【精品】曹磊天线设计与分析

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1、宽频带微带天线研究1.1概述微带天线是20壯纪70年代出现的一种新型天线形式。早在1953年美国的Deschamps教授就已提出微带辐射器的设想，但由于当时的集成技术和介质基片材料尚未趋于完善，因此未能取得较大的进步。直到20世纪70年代初期，当微带传输线的理论模型及对敷铜的介质基片的光刻技术发展之后，实际的微带天线才制作出來。微带天线最初作为火箭和导弹•上的共形全向天线获得了应用，随着材料科学技术的发展，实用的微带天线才得到了长足的发展。现己大量应用于IOOMHzA-IOOGHz宽频域的无线电设备中，特别是在飞行器上和地而便携式设备中。微带天线的出现是现代微波集成电路技术在理论和

2、实践上应用于天线理论的一个重要成就。微带天线的特征是比通常的微波天线有更多的物理参数，它们可以有任意的几何形状和尺寸。和常用的微波天线相比，它有如下一些优点：⑴体积小，重量轻，低剖而，能与载体(如飞行器)共形，且除了在馈电点处要开出引线孔外,不破坏载体的机械结构，这对于高速飞行器特别有利。(2)电性能多样化。不同设计的微带元，其最人辐射方向可以从边射到端射范围内调整，易于得到各种极化，特殊设计的微带元还可以亦双频或多频工作。(3)能和令源器件、电路集成为统一的组件，因此适合人规模生产，简化了整体的制作和调试，大大降低了成本。和其它天线相比，它也有一些缺点：(1)相对带宽较窄，主要是

3、谐振型微带天线。现在已经有一些改进方法。(2)损耗较人，因此效率较低，这类似于微带电路。特别是行波型微带天线，衣匹配负载匕有较大的损耗。(3)单个微带天线的功率容量较小。(4)介质基片对性能影响大。由于工艺条件的限制，批量生产的介质棊片的均匀性和一致性还有欠缺，这影响了微帯天线的批量生产和大型天线阵的构建。微带天线的优点远远超过了它的缺点，再加上微带天线的实现方法和计算方法都已非常成熟，这就为克服微带天线的缺点奠定了基础。本文就是应用已有的理论来设计一个宽带微带天线。1.2研究的目的和意义在无线电技术领域，对于信息的传输，天线的作用是不可缺少的。随着社会的发展和进步，对信息传输的要

4、求也越来越高。因此，天线的发展方兴耒艾。微带天线市于其低剖血、价钱便宜，并可制成多功能、对共一形的天线，其尺寸可大町小，大的微带天线其长宽可到十儿米，小的只有儿毫米。显然，其优势是明显的。在电视技术领域，随着电视在农村的普及以及高淸晰度电视的出现，微带天线的发展和应用有着广阔的市场和光明的前呆。现有的微带天线还不能完全满足现代无线通信系统的需求。然而，微带天线有很多设计参量可供调整优化，以便进一步减少天线尺寸和半价，增加带宽，同吋其它性能得到优化。为此，人们都集中于努力设计宽带微带天线。根据所搜集的大量文献表明，大部分方法使天线的带宽展宽了很多，但使天线的尺寸也增大了，同时增加了制

5、作和调整的复杂程度。rh于微带贴片天线逐渐向宽带、小型化、结构简单的方向发展，所以在宽带微带天线的设计中，应考虑增加带宽的同时不应使天线的尺寸过大或过于复杂，否则将增加天线制作和分析的难度。本文采川引入空气隙方法来展宽天线的频带，.既不会增加天线的尺寸，也不会使天线的结构复杂化。为了解决软件无线电所需的宽频带天线，本文将给出了单个宽带微带天线一个完桀的研究过程，一从场论出发，对微带天线的性能进行理论分析，利用计算机辅助，设计出十个中心频率在2GHz左右,带宽大于4%单个微带天线。将此天线作为阵元可以组成天线阵，虽然单个天线的带宽不是非常宽，但是组合起來可以形成宽频带，本文的研究将为

6、软件无线电接收机所需的宽带射频天线的设计做个初步的探索。第2章微带天线的基本理论天线是各种无线电设备屮不可缺少的组成部分，它能有效地定向地辐射或接收无线电波并由馈线同收发系统联系起来，起着能量转换作用。微波传输线(是用來传输微波信息和能量的各种形式的传输系统的总称)，从本质上讲是一个封闭系统。它的基木功能是传输电磁能量，其电磁场被束缚在传输线附近而不会传到遥远的空间。它自身的不连续性是以川来构成各种形式的微波元件。而天线是由传输线演变成的，但它的基本功能恰好与传输线相反，是向空间辐射或接收电磁能量是一个开放系统。不管是线天线还是面天线，其辐射源都是高频电流元，这是共性。因此，讨论电

7、流元的辐射场是讨论天线问题的出发点。讨论天线要解决的两个最重要的问题是阻抗特性和方向特性。一前者要解决大线与馈线的匹配问题;后者要解决定向辐射或定向接收问题,也就是要解决提高发射功率或接收机灵敏度的问题。而不论是阻抗特性还是方向特性都必须首先求出天线在远区的电磁场分布。为此要求解满足天线边界条件的麦克斯韦方程组。对于这样一个电磁场的边值问题，严格的数学求解是很困难的。因此，经常采用工程近似的方法进行研究，即用某种初始场的近似分布代替真实的准确分布来计算辐射场。这样，即