宽带微带天线技术的探讨

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1、宽带微带天线技术的探讨

2、第1内容加载中...1.3天线加载在微带天线上加载短路探针，可以提高谐振频率以调谐天线。天线采用探针馈电，他的典型结构如图2所示。这种结构中，主要是通过调整馈电探针的位置来激励多种相邻的谐振模式，然后借助于短路销钉调谐各个谐振频率，使所有的谐振点适当接近，这样天线总的工作频带将大大展宽。馈电探针的位置一般偏离天线主轴，用以激励不同的谐振模式，而短路销钉均匀地分列于贴片边缘，用以调谐天线和实现天线小型化。这种结构的微带天线，如果探针和短路销钉的位置选取适当，他的工作频带可以达到67.5%［3］。但是在这种结构中，阻抗匹配极大地依赖于短路销钉和探针的位置，并且

3、短路销钉的粗细和数量都比较明显地影响谐振频率，所以调谐和实现匹配比较困难，计算和仿真也比较复杂。500)this.style.ouseg(this)">1.4采用多层介质基片微带天线的结构采用多层介质基片，将馈电网络与天线贴片分别置于不同的介质基片上，这样可以获得宽频带的驻波比特性。这种类型的微带天线普遍采用的是电磁耦合的馈电方式。早期出现的这类型天线（以双层为例）如图3所示，他利用馈线本身对贴片进行馈电，改变贴片振子与馈线的相对高度和改变贴片中心与馈线端点的相对位置，就可以获得一个匹配点。利用这种馈电方式在基片厚度选取合适的情况下带宽可以达到7.7%［4］。这种结

4、构的改进如图4所示，他同样采取电磁耦合的馈电方式，与以前不同的是他的匹配利用一个短的调谐枝节来实现，这种方法比较容易快速和精确地找到匹配点。当天线模型设计得当时，他的带宽可以达到13%［4］。同时，采用多层介质基片可以实现多频段工作，当配置得当时，多个谐振频率适当接近，结果将形成频带大大展宽的多峰谐振电路。目前，采用多层介质基片展宽频带的微带天线中，馈电还可以利用口径耦合实现，也就是在天线贴片与馈电网络加1个带有缝隙的接地板，微带线通过此口径对贴片馈电。总的而言，采用多层介质基片展宽频带这种方法，匹配调节比较复杂而且精确度不是很高。同时，随覆盖层厚度的增加，天线的谐振频率呈单调降低，

5、并且驻波比先减小后增大。因此，在设计天线过程中，必须考虑覆盖层对天线贴片和馈电网络的影响，这样加大了计算量和设计难度。1.5采用特殊形式近年来，由于无线通信的发展需求，各种形状的微带贴片天线都被用来拓展频带和实现天线的小型化。例如蝶形、倒F形、三角形、L形等等。500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">上述的各种宽带方法可以分别单独使用，但一般为了改善天线性能，常综合采用多种方法。2天线的分析和设计方法目前，对微带天线的理论分析除了传统的传输线模型理论、空腔模型理论、积分方程法外，被广泛使用的数值分析

6、方法有结合谱域技术的矩量法（MOM）和能解决宽频带及瞬变信号的时域有限差分法（FDTD）、快速多极子算法、遗传算法和神经网络的引入加速了天线的优化。传统的一些理论分析方法适合规则贴片的分析设计，分析结果能比较满意地符合工程计算的精度，计算过程简单，计算量也不是很大。但是，随着现代雷达、无线通信的飞速发展，简单形状的微带贴片以及传统的解析方法已经不能满足和解决现代的设计要求，只能借助于数值算法。矩量法（MOM）将积分方程转化为矩阵方程，利用矩阵的代数运算进行直接频域求解。这种方法适用于任意形状和非均匀性问题，但可能导致非常大的病态矩阵。FDTD是直接求解电磁问题的一种强有力数值计算工具

7、。他不仅具有对复杂结构的模拟能力，而且容易得到计算空间场的暂态分布情况。同时，选用适当激励源，通过一次时域计算就可以获得天线的宽频带辐射特性。因此，FDTD是目前计算电磁学的一个热点。针对微带天线的设计，目前流行的设计软件主要有基于有限元法的HFSS（HighFrequencyStructureSimulator）和基于矩量法的Ensemble两种软件。HFSS具有的主要特色体现在：（1）用户可以通过交互式界面输入任何结构的微波部件和各种不均匀区的几何形状、尺寸；材料特性参数；端口位置和端口阻抗定义线。（2）按用户指定的精度计算多端口结构端口处的S参数。（3）以电场强度E和磁场强度H

8、作为基本物理量，从麦克斯韦（Maxble软件也是场仿真软件，他可以计算和仿真单层和多层微带天线、多种微带电路以及多种阵列天线等。但是Ensemble不能绘制和仿真结构复杂的三维微带天线，相对HFSS而言有一定的差距。总的来说，正是由于这些设计软件的出现，大大缩短了微带天线的设计周期，降低了研制成本，为微带天线的研究工作人员提供了一个方便而有力的设计工具。3结语虽然当前针对微带天线提出了很多扩展频带的方法，但是都存在不足，而且实用性不是很高，还有待于进一