【正文】 合型饋電結(jié)構(gòu)中還可以在饋線與貼片之間插入一帶有矩形縫隙的接地板，微帶線通過縫隙對貼片饋電。采用長度比貼片尺寸稍小的縫隙一般可獲得滿意的匹配。 微帶天線圓極化技術(shù)167。即，沿其傳播方向看去波的瞬時電場矢量的端點軌跡是一個圓。2． 一個圓極化波可以分解為兩個在空間和在時間上均正交的等幅的極化波。?903．任意極化波可分解為兩個旋向相反的圓極化波。因此，任意極化的來波都可由圓極化天線收到，反之，圓極化天線輻射的圓極化波也可由任意極化的天線收到。4．天線若輻射左旋圓極化波，則只接收左旋圓極化波而不能接收右旋圓極化波，反之，若天線輻射有旋圓極化波，則接收右旋圓極化波，這稱為圓極化天線的旋向正交性，其實，這一性質(zhì)就是發(fā)射和接收天線之間的互易定理。例如，國際通信衛(wèi)星 V 號上的 4GHz 多波束發(fā)射天線輻射有旋圓極化波，形成兩個東、西“半球波束”同時也輻射左旋圓極化波，形成兩個輻射不同地區(qū)的“波束區(qū)域”,這四個波束都工作于 4GHz 頻段互不干擾，從而實現(xiàn)四重頻譜復(fù)用，增加了通信容量。微帶天線的優(yōu)點之一是便于實現(xiàn)圓極化工作，實現(xiàn)圓極化工作可采用單片法或多片法，單片法又分單點饋電法和多點饋電法，下面分別討論這兩種方法。 圓極化實現(xiàn)技術(shù)空軍工程大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計）12一．單片法　單點饋電單片法是設(shè)法在微帶貼片空腔中激勵兩個簡并模，這兩個簡并模能輻射正交極化、幅度相等、相位相差 的電磁波。由上式可見為使兩種模式的場同時被激勵并具有k/01??k/10相同的振幅，應(yīng)有 ， ，但此時它們的比值為實數(shù)而不是 。為此，ba?10k取近似正方形貼片 ，激勵頻率滿足關(guān)系 。??0,yx圖 圓極化波的 k 平面上面各式中 k 值應(yīng)為:　????????????efrefr jkj ????tan21tan100 39。?Qef21tan39。因此 為直徑10k?01/?j?01,k??10?的圓上，并且滿足關(guān)系 。??空軍工程大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計）14　 利用圖 的幾何關(guān)系求 A 的解：由三角形相似關(guān)系得　　 ， 　　　　　　　　0110kkp??1001kq??（）由上式及（）式得，　 　　Akkp39。1001kAkq??（）上兩式相加得　　　　　　　　???????????????AQkAk1239。39。k　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　 Ak2139。由（）式可見，若 則 A＝0， （）式的 無法確定?！　τ倚龍A極化波（）式右邊取 ，只需定義j? 　　　　　　　　　 axbyA0cos??（）則以上的討論對右旋圓極化波完全適用，由三角關(guān)系　　　　　　 ????bxxbyy 0000 cos,cos ????? ??可見，若 是左旋圓極化波的饋電點，則 或 就??0,x 0,y0,ya是右旋圓極化波的饋電點。二．單片法　多點饋電用單貼片實現(xiàn)圓極化的另一方法是利用兩個饋電點電來激勵一對正交簡并模并用饋電網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)相位上的正交。的相位差依靠在一個支路中插入四分之一波長延遲線來實現(xiàn)。3dB 分支電橋可在較寬頻率范圍內(nèi)保持 90176?？哲姽こ檀髮W(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計）16 圖 多點饋電圓極化微帶天線三．多片法多片法是在不同的貼片中激勵相互正交的模式來實現(xiàn)圓極化輻射的。饋電微帶線在離微帶振子四分之一波長處短路，使振子和縫隙分別位于電壓和電流的最大值處，輻射場是左旋圓極化波；如果縫隙位置不變，將振子置于距終端四分之三波長處則可得到一可旋圓極化波。圖 振子—縫組合圓極化微帶天線167。這類天線與微帶貼片天線相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、更高的集成度和更大的帶寬等優(yōu)點。空軍工程大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計）17下面用積分方法法對微帶振子天線進行簡單分析。0??（）式中 為 的反變換， 由（）式計算。二．微帶縫隙天線　　微帶縫隙天線是在微帶線或帶狀線的接地板上開縫構(gòu)成的天線，其結(jié)構(gòu)如圖 (a)所示。微帶縫隙天線有窄縫和寬縫兩種形式，窄縫微帶的縫寬比縫長小得多，窄縫天線可以看成是振子天線的對偶形式，只要基片的厚度遠(yuǎn)小于工作波長，基片對遠(yuǎn)區(qū)場的影響就可以忽略不計?！? (a) (b)圖 微帶縫隙天線微帶縫隙天線在航天飛行器、衛(wèi)星直播電視及醫(yī)學(xué)診斷中得到應(yīng)用。微帶行波天線具有引人注目的寬帶特性，同時具有饋電簡單、波束窄、方向圖隨頻率可變的優(yōu)點。空軍工程大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計）18下面介紹幾種周期結(jié)構(gòu)的例子。壁壘線由微帶線周期直角彎折而成，它的一個周期為四個直角彎頭，輻射由直角彎折產(chǎn)生，為了提高輻射效率和減少不連續(xù)性的影響，彎折切成倒角。當(dāng) H= / L= /D=3 /4 時各彎折輻射場的極化分量，水平極??化和垂直極化分量相位差 90176。?圖 壁壘形微帶行波天線(b)鏈形線鏈形微帶行波天線的結(jié)構(gòu)如圖 所示，由矩形微帶環(huán)(圖 a)或回形微帶環(huán)（圖 b）相隔一定距離級聯(lián)而成，矩形微帶環(huán)寬度 2T 約為一個導(dǎo)波波長，環(huán)長和環(huán)間距 S 略小于為半個導(dǎo)波波長，環(huán)間微帶線的特性阻抗為 50 ，矩形環(huán)微帶線?的特性阻抗為 100 。這種天線可等效為相距 2T 的兩個線陣，陣元為相距 S 的等效行波電流（電振子）或等效行波磁流（彎頭磁流的z 分量） 。空軍工程大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計）19圖 微帶鏈形天線空軍工程大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計）20第三章 圓極化微帶天線的仿真與優(yōu)化167。因此，微波工程方面涌現(xiàn)出了許多具有挑戰(zhàn)性的課題。這樣的一個設(shè)計周期往往很長，難以在當(dāng)今日趨激烈的競爭中占有優(yōu)勢。Ansoft HFSS 是 Ansoft 公司推出的基于電磁場有限元方法（FEM ）的分析微波工程問題的三維電磁仿真軟件，Ansoft HFSS 以其無與倫比的仿真精度和可靠性，快捷的仿真速度，方便易用的操作界面，穩(wěn)定成熟的自適應(yīng)網(wǎng)格剖分技術(shù)，使其成為高頻結(jié)構(gòu)設(shè)計的首選工具和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并已廣泛應(yīng)用于航空、航天、電子、半導(dǎo)體、計算機、通信等多個領(lǐng)域，幫助工程師們高效的設(shè)計了各種高頻結(jié)構(gòu)。 圓極化微帶天線的仿真優(yōu)化167。 GroundPlane：90mm*90mm Substrate:45mm*45mm*5mm，,材料 Rogers R04003. Patch:32mm*32mm Pin 半徑 *高 5mm,材料 Pec。 Air160mm*160mm*70mm,將輻射邊界命名為 Rad1。并將切角命名為 Cut，兩個切角呈中心對稱，可以通過旋轉(zhuǎn)復(fù)制創(chuàng)建另一個切角，命名為 Cut_1，最后用 Patch 將兩個切角減去。167。（b）在菜單欄中選 HFSS〉ResultsOutput Variables。在Goals 標(biāo)簽中點擊 Add 添加優(yōu)化目標(biāo)。(d)在菜單欄中點擊 HFSSAnalyze,進行優(yōu)化分析。說明越接近圓極化?？哲姽こ檀髮W(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計）26第四章 雙饋圓極化微帶天線的設(shè)計167。用饋微帶線電，這里選擇用兩路微帶功率分配器兩路微帶等分功率分配器。一個無耗、可逆三端口接頭能夠?qū)崿F(xiàn)功率分配或功率合成的功能，但是各個端口不能同時實現(xiàn)匹配和功率分配端口之間的相互隔離。如圖 41 所示，給出一個微帶二等分功率分配器實際結(jié)構(gòu)圖及其導(dǎo)帶的平面電路圖形。兩端傳輸線長度都為四01Z分之一中心波長，理想情況假設(shè)它們彼此之間沒有耦合。由于結(jié)構(gòu)對稱，當(dāng)信號從端口③輸入時，在兩端傳輸線的對應(yīng)點上電壓是等幅同相的，R 上沒有電流，相當(dāng)于 R 不空軍工程大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計）27起作用；而當(dāng)信號從端口①輸入時，它將分兩路到達(dá)端口 ②，只要 R 的數(shù)值和位置選擇合適，可以使兩路信號相互抵消，從而使得①和② 兩個端口隔離。圖 微帶二等分功率分配器利用網(wǎng)絡(luò)分析理論可求得二等分微帶功率分配器的設(shè)計參數(shù)如下：， ，0102Z?04gl?02RZ? 這里選取 R2=R3=Z0=50Ω，Z 02=Z03= Z0 =, r=2Z0=100Ω,介質(zhì)常數(shù)=，高度 h=2mm 的介質(zhì)基板,設(shè)置主頻 f=。1?下面運用 HFSS 對兩路微帶等分功率分配器進行仿真：空軍工程大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計）28圖 功分器 HFSS 仿真圖經(jīng)過 Analyze，結(jié)果如下：2. 242322120 Gain[dB]Freq[GHz]圖 S11 反射系數(shù)圖空軍工程大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計）292. VSWR[dB]Freq[GHz] 圖 端口 1 的電壓駐波比 Gain[dB]Freq[GHz] S21 3 圖 S21 和 S31 反射系數(shù)圖比較空軍工程大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計）301010120220140 ang[de]Freq[GHz] S21 3圖 S21 和 S31 的相位比較從圖 和圖 可以看出當(dāng)頻率為 時,S11 ,電壓駐波比為 ,說明此功率分配器在 時匹配很好。這說明此功率分配器基本上滿足了能夠工作且實現(xiàn)等分的必要條件，所以運用此功率分配器來為微帶天線饋電是可行的。 雙饋圓極化微帶天線的仿真分析167。r?1hairh 微帶線功率分配器對貼片天線進行饋電采用探針饋電，空氣層中需用同軸電纜包裹，防止損耗。由于 50Ω 的微帶線的寬度為 ，相2?位差 90?時的長度也即是 /4 為 ，又微帶線處于貼片兩邊的中心位置，0e?所以 La 應(yīng)該為 。按照此模型進行仿真設(shè)計如下圖：空軍工程大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計）32圖 天線模型圖此時饋電點的位置在貼片的邊緣的中心點，設(shè)置激勵，選中主頻為，進行仿真，結(jié)果如下：2. 10864 S[dB]Freq[GHz] S1圖 S11 反射系數(shù)圖空軍工程大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計）332. 8101214 VSWR[dB]Freq[GHz] VSWR圖 電壓駐波比10500501001020304050607080 AxialRtio[dB]Theta[Deg] AxialRtio[dB]圖 天線軸比圖空軍工程大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計）34150505105 0306090120150180210240270303010505105 phi=0圖 天線的方向圖從以上 4 圖可以看出，該天線仿真結(jié)果并不理想，頻率的諧振位置和方向圖的最大增益方向都有所偏差，軸比的結(jié)果也不好，需要進行改進。 優(yōu)化天線模型這里我對天線的饋電點位置進行改動，進行優(yōu)化。反射系數(shù)20dB 時的帶寬為 %，有較寬的帶寬。從圖 可以看出，軸比低于 3dB 的角度范圍為 48176。達(dá)到了良好的軸