微带相控阵天线的计算
FEKO微带天线计算实例
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进行布尔合并运算并把名字改为ant
添加标题 修正面元介质属性
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– 在Faces中找到贴片面元和地板面元点击鼠标右键选择properties在弹出 的窗体Face properties中把其属性改为metal surface.选中Local mesh size把Mesh size改为fine_tri,由于电流在金属面上变化较为剧烈，因 此用更小的面元剖分金属面使结果更为精确。
添加标题 建立模型
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创建矩形贴片
– 输入以下坐标 (-len_x/2,-len_y/2,0) (-len_x/2,len_y/2,0) (len_x/2,len_y/2,0) (len_x/2,-len_y/2,0)
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•
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创建介质基片
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点击图标
创建地板
•
为了方便观察馈线 点击图标 再点击 点击OK （注：Active需选中）
0 (magnet.)
0 (magnet.)
MAXNKNO MAXNV MAXNQUA
= = =
12 10 0
Number of basis funct. for MoM: 1350 unknown: 1350 max. basisf. MAXNZEILE = Number of basis funct. for PO: 0 unknown: 0 max. basisf. MAXNKAPO = Storing the matrix and solving the linear set of equations in main memory (case 1)
微带天线在相控阵天线应用上的关键技术探讨
２ 鹭飞 ，耿 富 录． 《 ．丁 雷达原 理》 ．西安 电子科 技大 学 出版 社 ，２０ ０２
作 者 简 介
宛霞 ，女，工程师，零八一电子集团科技公司电信室。
３ ４
微 带天 线在 相控 阵天线 应 用上 的关键 技术 探讨
Ｏ八 一科技
起辐 射效 率下 降 ：功能 受基 片影 响大 等等 。为克 服微 带天线 的这 些局 限性 ，适应 不 断发展
由公 式 （ ） （ ）可 以看 出 ，采用 较小 的相 对介 电常数 ８ 或较 大 的 ｔｎ 板 ：增 加 １， ２ ， ａ ８基 介质 厚度 ：附加匹 配 网络都 可展宽 频带 。考 虑工 程实 现采取 的主要是 以下几 种 天线 。
（ ）多层 口径耦 合法 ，最 大可 以达 到 ５ ％的带 宽 。 １ ０
的雷 达天 线应 用需 求 ，进 行 微带 天线 研究 具有 重要 意义 。
２ 关键 技 术
要 实 现微 带 天线 在工 程 上 的应用 需要 解 决 其损 耗 大 ，带 宽 窄 ，辐射 效率 低 这 些缺 点 ， 结合 近代 雷达 系统 “ 四大威 胁” 的需求 ，以增 加雷 达 的抗 打击 抗 干扰能 力 ，需要 增强雷 达
１ 引 言
在一 般产 品 中 。早期 一 般采用 赋形 抛物 面 天线 ，近年 来使 用 了一 维相 扫 天线 技术 ，阵
元多 采取 的是 振子 天线 ，振 子天线 具 有在高 频段 损耗 较 大 ，带 宽相 对较 窄的缺 点 ，剖 面较 大 ，制作 工艺 复 杂 ，不 便 于调试 等缺 点
（ ）Ｅ形宽带 微带 贴 片天线 ，最 大可 以达 到 ３ ．％ ２ ０３ （ ）Ｖ Ｖ ｌｉ ３ ｉ ａｄ 天线 Ｖ型缝 宽频 带微带 天 线 ，最大达 到 ６ 的带 宽 ； ：ｌ
微带天线边缘阻抗计算公式
微带天线边缘阻抗计算公式微带天线的边缘阻抗可以通过以下公式进行计算：
Z\_0 = \frac{60}{\sqrt{\varepsilon_{\text{eff}}}}
\ln\left(\frac{8h}{w+0.25t}\right)。
其中，Z\_0 是微带线的特征阻抗，单位为欧姆；
\varepsilon_{\text{eff}} 是有效介电常数；h 是介质板的厚度；w 是微带线的宽度；t 是覆盖在微带线上的金属层的厚度。
这个公式是根据微带线的物理结构和介电性质推导出来的。
通过这个公式，可以计算出微带天线的边缘阻抗，从而更好地设计和优化微带天线的性能。
除了这个公式，还有一些近似公式和数值计算方法可以用来计算微带天线的边缘阻抗，但上述公式是比较常用且较为精确的一种计算方法。
在实际应用中，可以根据具体的设计要求和条件选择合适的计算方法来计算微带天线的边缘阻抗。
相控阵计算
相控阵计算
【原创实用版】
目录
1.相控阵计算的定义和基本原理
2.相控阵计算的应用领域
3.相控阵计算的优势和局限性
4.我国在相控阵计算领域的发展现状和前景
正文
相控阵计算是一种基于相位控制原理的高效计算方法，其基本原理是通过控制信号的相位来实现对信号的幅度和相位的调整，从而实现对波束的形成和控制。
相控阵计算在很多领域都有广泛的应用，包括通信、雷达、声呐、光学等领域。
在通信领域，相控阵计算可以用于实现波束赋形，从而提高信号传输的质量和效率。
在雷达领域，相控阵计算可以用于实现对目标的精确定位和识别，提高雷达系统的性能。
在声呐领域，相控阵计算可以用于实现对水下目标的探测和定位，提高声呐系统的性能。
在光学领域，相控阵计算可以用于实现对光束的控制，提高光学系统的性能。
尽管相控阵计算具有很多优势，但也存在一些局限性。
首先，相控阵计算需要对信号的相位进行精确控制，这需要使用高精度的相位控制设备。
其次，相控阵计算需要处理大量的数据，这需要使用高效的计算方法和算法。
我国在相控阵计算领域有着较高的技术水平和丰富的应用经验。
我国已经成功研发出一系列相控阵计算设备，包括相控阵雷达、相控阵声呐等。
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天线计算公式
天线计算公式天线计算公式是在无线通信领域中非常重要的一部分，它可以帮助我们设计和优化天线系统，以获得更好的信号传输效果。
在本文中，我们将介绍几种常见的天线计算公式，并解释它们的作用和应用。
我们来介绍一下天线增益的计算公式。
天线增益是衡量天线辐射能力的指标，通常以dBi为单位。
天线增益的计算公式为：G = η * D * λ^2 / (4π)其中，G表示天线的增益，η表示天线的效率，D表示天线的方向性，λ表示信号的波长。
这个公式告诉我们，天线的增益与天线效率、方向性和信号波长有关。
通过调整这些参数，我们可以优化天线的性能。
接下来，我们介绍一下天线输入阻抗的计算公式。
天线的输入阻抗是指天线输入端所呈现出的电阻和电抗的综合特性。
天线输入阻抗的计算公式为：Zin = R + jX其中，Zin表示天线的输入阻抗，R表示天线的电阻，X表示天线的电抗。
通过测量和计算天线的电阻和电抗，我们可以了解天线的匹配情况，从而调整天线系统的匹配网络，以提高信号传输效率。
天线辐射功率的计算也是天线设计中的重要内容。
天线辐射功率是指天线向空间辐射能量的能力。
天线辐射功率的计算公式为：Prad = (|E|^2 * Rrad) / (2 * η)其中，Prad表示天线的辐射功率，|E|表示天线电场强度的模值，Rrad表示天线的辐射阻抗，η表示自由空间的特性阻抗。
通过计算天线的辐射功率，我们可以评估天线的发射性能，并作出相应的调整。
天线的带宽计算也是天线设计中的一项重要任务。
天线的带宽是指天线在一定频率范围内能够正常工作的能力。
天线的带宽计算公式为：BW = f2 - f1其中，BW表示天线的带宽，f2表示天线能够正常工作的最高频率，f1表示天线能够正常工作的最低频率。
通过计算天线的带宽，我们可以选择合适的频率范围，以满足实际应用的需求。
我们来介绍一下天线的极化计算公式。
天线的极化是指天线辐射电磁波时电磁场的方向和偏振状态。
天线的极化计算公式为：P = |Eh|^2 / (|Eh|^2 + |Ev|^2)其中，P表示天线的极化度，|Eh|表示水平方向上的电场强度的模值，|Ev|表示垂直方向上的电场强度的模值。
相控阵移相公式
相控阵移相公式相控阵（Phased Array）是一种通过改变天线阵列中各个单元之间的相位差来实现波束方向调整的技术。
相控阵技术在无线通信、雷达、声纳等领域得到广泛应用，它通过调整各个天线单元的相位，可以实现波束的控制，从而达到改变信号传输方向、增强信号覆盖范围和抑制干扰等目的。
在相控阵系统中，移相公式是一种重要的数学工具，用于计算不同天线单元之间的相位差。
移相公式的核心思想是通过改变每个天线单元的相位，使得从不同方向的信号在特定方向上形成波束，从而实现波束的定向传输。
移相公式的推导离不开波动理论和信号处理技术，并且需要考虑到天线阵列的几何形状、波长和工作频率等因素。
在相控阵系统中，移相公式通常用于计算天线单元之间的相位差，以实现波束的定向传输。
移相公式的一般形式可以表示为：Δφ = k * d * sinθ其中，Δφ表示相位差，k是波数（k = 2π/λ，λ为波长），d是天线单元之间的间距，θ是信号入射角。
通过调整相位差Δφ，可以实现信号的定向传输，从而实现波束的控制。
相控阵移相公式的推导离不开波动理论和信号处理技术。
在推导过程中，需要考虑到天线阵列的几何形状、波长和工作频率等因素，以及信号入射角的变化范围。
根据具体的应用场景和需求，可以选择不同的移相公式进行计算。
相控阵移相公式在实际应用中具有重要意义。
通过调整相位差，可以实现波束的定向传输，从而改变信号传输方向、增强信号覆盖范围和抑制干扰等。
相控阵技术的出现，使得无线通信、雷达、声纳等领域的性能得到了显著提升，为人类的生活和工作带来了便利和安全。
相控阵移相公式是相控阵技术的重要组成部分，通过调整天线单元之间的相位差，可以实现波束的定向传输。
相控阵技术在无线通信、雷达、声纳等领域得到广泛应用，为人类的生活和工作带来了便利和安全。
相控阵移相公式的研究与应用，将继续推动相控阵技术的发展，为人类社会的进步做出新的贡献。
相控阵导引头微带天线阵设计及单元功率容量计算概要
第30卷第6期2010年12月弹箭与制导学报J o u r n a l o f P r o j e c t i l e s,R o c k e t s,M i s s i l e s a n d G u i d a n c eV o l.30N o.6D e c2010相控阵导引头微带天线阵设计及单元功率容量计算*郝媛,潘英锋,唐志凯(空军雷达学院,武汉430019摘要:文中重点研究了微带天线的功率容量能否满足相控阵导引头的要求。
首先,根据课题需要进行了相控阵导引头天线阵的总体设计;然后,根据典型参数和需要的探测距离,计算出导引头天线阵中每个单元的发射功率;接着,对矩形微带天线的功率容量进行了研究,并给出了矩形微带天线功率容量随关键参数变化的曲线,该曲线对于矩形微带天线的设计具有参考价值,研究结果表明微带天线的功率容量可以满足相控阵导引头的应用要求。
关键词:相控阵;导引头;相控阵导引头;功率容量中图分类号:T J765.3文献标志码:AA r r a y D e s i g n a n d E l e m e n t’s P o w e r C a p a c i t y C a l c u l a t i o n f o rH o m i n g S e e k e r’s M i c r o s t r i p A n t e n n a A r r a yHA O Y u a n,P A N Y i n g f e n g,T A N G Z h i k a i(A i r F o r c e R a d a r A c a d e m y,W u h a n430019,C h i n aA b s t r a c t:W h e t h e r m i c r o s t r i p a n t e n n a’s p o w e r c a p a c i t y c a n m e e t p h a s e d a r r a y h o m i n g s e e k e r’s r e q u i r e m e n t w a s s t u d i e d.F i r s t l y, a n t e n n a a r r a y u s e d b y p h a s e d a r r a y h o m i n g s e e k e r w a s s y s t e m a t i c a l l y d e s i g n e d,t h e n t r a n s m i t t i n g p o w e r o f e a c h u n i t o f s e e k e r’s a n t e n n a a r r a yw a s c a l c u l a t e d a c c o r d i n g t o t y p i c a l p a r a m e t e r s a n d t h e r e q u i r e d d e t e c t i o n r a n g e;A f t e r t h a t t h e p o w e r c a p a c i t y o f r e c-t a n g u l a r m i c r o s t r i p a n t e n n a w a s s t u d i e d a n d t h e c u r v e o f c a p a c i t y c h a n g e w i t h k e y p a r a m e t e rc h a n g e w a s g i v e n,w h i c h i s h e l p f u l f o rde s i g n of r e c t a ng u l a r m i c r o s t r i p a n t e n n a.Th e r e s u l t s s h o w e d t h a t mi c r o s t r i p a n t e n n a’s p o w e r c a p a c i t y c a n m e e t t h e n e e d o f p h a s e d a r r a y s e e k e r.K e y w o r d s:p h a s e d a r r a y;s e e k e r;p h a s e d-a r r a y s e e k e r;p o w e r c a p a c i t y0引言导引头是整个精确制导武器中最具核心地位的子系统,其性能优劣直接影响精确制导武器的效能。
相控阵导引头微带天线阵设计及单元功率容量计算概要
第30卷第6期2010年12月弹箭与制导学报J o u r n a l o f P r o j e c t i l e s,R o c k e t s,M i s s i l e s a n d G u i d a n c eV o l.30N o.6D e c2010相控阵导引头微带天线阵设计及单元功率容量计算*郝媛,潘英锋,唐志凯(空军雷达学院,武汉430019摘要:文中重点研究了微带天线的功率容量能否满足相控阵导引头的要求。
首先,根据课题需要进行了相控阵导引头天线阵的总体设计;然后,根据典型参数和需要的探测距离,计算出导引头天线阵中每个单元的发射功率;接着,对矩形微带天线的功率容量进行了研究,并给出了矩形微带天线功率容量随关键参数变化的曲线,该曲线对于矩形微带天线的设计具有参考价值,研究结果表明微带天线的功率容量可以满足相控阵导引头的应用要求。
关键词:相控阵;导引头;相控阵导引头;功率容量中图分类号:T J765.3文献标志码:AA r r a y D e s i g n a n d E l e m e n t’s P o w e r C a p a c i t y C a l c u l a t i o n f o rH o m i n g S e e k e r’s M i c r o s t r i p A n t e n n a A r r a yHA O Y u a n,P A N Y i n g f e n g,T A N G Z h i k a i(A i r F o r c e R a d a r A c a d e m y,W u h a n430019,C h i n aA b s t r a c t:W h e t h e r m i c r o s t r i p a n t e n n a’s p o w e r c a p a c i t y c a n m e e t p h a s e d a r r a y h o m i n g s e e k e r’s r e q u i r e m e n t w a s s t u d i e d.F i r s t l y, a n t e n n a a r r a y u s e d b y p h a s e d a r r a y h o m i n g s e e k e r w a s s y s t e m a t i c a l l y d e s i g n e d,t h e n t r a n s m i t t i n g p o w e r o f e a c h u n i t o f s e e k e r’s a n t e n n a a r r a yw a s c a l c u l a t e d a c c o r d i n g t o t y p i c a l p a r a m e t e r s a n d t h e r e q u i r e d d e t e c t i o n r a n g e;A f t e r t h a t t h e p o w e r c a p a c i t y o f r e c-t a n g u l a r m i c r o s t r i p a n t e n n a w a s s t u d i e d a n d t h e c u r v e o f c a p a c i t y c h a n g e w i t h k e y p a r a m e t e rc h a n g e w a s g i v e n,w h i c h i s h e l p f u l f o rde s i g n of r e c t a ng u l a r m i c r o s t r i p a n t e n n a.Th e r e s u l t s s h o w e d t h a t mi c r o s t r i p a n t e n n a’s p o w e r c a p a c i t y c a n m e e t t h e n e e d o f p h a s e d a r r a y s e e k e r.K e y w o r d s:p h a s e d a r r a y;s e e k e r;p h a s e d-a r r a y s e e k e r;p o w e r c a p a c i t y0引言导引头是整个精确制导武器中最具核心地位的子系统,其性能优劣直接影响精确制导武器的效能。
相控阵天线-
无源相控阵仅有一 个中央发射机和一 个接收机, 发射机 产生的高频能量经 过计算机自动分配 给天线阵的各个辐 射器, 目标反射信 号经接收机统一放 大
34
35
36
2λ πd•s in0
31
d sin
d
d
0
2
k
(N－ 1)
0
12
k
0
s
in1
d2/
N－ 1
32
移相器是电调天线的重要组成 部分, 它通过调节馈电网络的 长度来改变各振子馈电相位, 实现天线波束下倾
33
有源相控阵的每个 辐射器都配装有一 个发射/接收组件, 每个组件都能自己 产生, 接收电磁波, 因此在频宽, 信号 处理和冗度设计上 都比无源相控阵具 有较大的优势
28
不下倾
电调下倾
机械下倾
29
电下倾的产生
无下倾时
在馈电网络中 路径长度相等
有下倾时
在馈电网络中 路径长度不相等
30
常规天线
电调天线
对于间隔排列为d的N个单元阵列, 当 相邻单元的相位呈等相均匀分布时, 天线最大波束形成于法向正前方。
当相邻单元的相位依次相差Φ时, 最大 波束形成于θ0空间方向。
相控阵天线
1 天线的基本结构及工作原理 2 天线的输入阻抗 3 天线的极化方式 4 天线的辐射方向图 5 天线的增益 6 相控阵的基本模型
2
天线
抱杆
室外馈线
主馈线（7/8“）
室内超柔馈线
防雷保护器 基站主设备
3
反射板
振子
4
发射时:
把高频电流转换为 电磁波
接收时:
把电磁波转换为高 频电流
相控阵天线的基本原理介绍
相控阵天线的基本原理介绍相控阵天线是目前卫星移动通信系统中最重要的一种天线形式，由三个部分组成：天线阵、馈电网络和波束控制器。
基本原理是微处理器接收到包含通信方向的控制信息后，根据控制软件提供的算法计算出各个移相器的相移量，然后通过天线控制器来控制馈电网络完成移相过程。
由于移相能够补偿同一信号到达各个不同阵元而产生的时间差，所以此时天线阵的输出同相叠加达到最大。
一旦信号方向发生变化，只要通过调整移相器的相移量就可使天线阵波束的最大指向做相应的变化，从而实现波束扫描和跟踪。
相控阵天线有相控扫描线天线阵和平面相控阵天线。
图一图一 N单元相阵远区观察点P处的总场强可以是认为线阵中N个单元在P点产生的辐射场强叠加：图二线性相控阵天线这一天线阵的方向图函数为：图三平面相控阵天线相控阵在快速跟踪雷达、测相等领域得到广泛的应用，它可以使主瓣指向随着通信的需要而不断地调整。
相控阵为主瓣最大值方向或方向图形主要由单位激励电流的相对来控制天线阵。
通过控制阵列天线中辐射单元的馈电相位改变方向图形状的天线。
控制相位可以改变天线方向图最大值的指向，以达到波速扫描的目的。
在特殊情况下，也可以控制副瓣电平、最小值位置和整个方向图的形状。
用机械方法旋转天线时，惯性大、速度慢，相控阵天线克服了这已缺点，波速的扫描高。
它的馈电相一般用电子计算机控制，相位变化速度快，即天线方向图最大值指向或其他参数的变化迅速。
这是相控阵天线的最大特点。
一般相控阵天线应对每一辐射单元的相位进行控制。
为了节省移相器和简化控制线路，有时几个辐射单元共用一个移相器。
相控阵天线的关键器件是移相器和天线辐射单元。
移相器分连续式移相器和数字式移相器两种。
连续式移相器的移相值可在0°～360°范围内连续变化，数字式移相器的移相值是离散的，只能是360×(1/2)^n的整数倍，移相器应保证在一定的频率范围内获得所需要的移相值。
天线辐射单元的设计应使一定移相范围内和一定频率范围内的输入阻抗的变化尽可能小，以保证发射机正常工作，防止由于射频信号的多次反射而出现寄生副瓣和方向图中出现凹点的现象。
相控阵天线设计方案
相控阵天线设计方案一、相控阵天线需求分析1.天线应用场景图1-(a)图1-(b)如图1所示，定义XOY平面为天线安装面，天线采用平板结构外形，与天花板共形安装。
为了实现AP的远距离覆盖能力，天线需要在天花板平面具备高增益特性；在AP的高密度部署区域，需要天线波束集中于垂直向下区域，同时窄波束有利于降低AP之间的相互干扰。
由此可知，天线需要具备高增益、大角度覆盖的能力。
2.天线指标要求图25G频段：4.9GHz~5.9GHz在xz/yz面：第一档：theta=90°增益大于5dB第二档：theta=90°增益比第一档增益下降4dB第三档：theta=90°/-90°增益小于-9dBtheta=60°/-60°增益小于-6dB2.4G频段：2.4GHz~2.49GHz在xz/yz面：第一档：theta=90°增益大于3dB第二档：theta=90°增益比第一档增益下降4dB第三档：theta=90°/-90°增益小于-9dBtheta=60°/-60°增益小于-6dB根据图2坐标定义，天线波束需要具备在±90°角度内满足大角度、高增益扫描状态。
图3根据图3阵列布局要求，每个天线子阵采用线阵形式，各自覆盖俯仰0°~90°角度，最终实现整阵对于下半空间的全覆盖。
二、天线设计方案阵列天线的大角度扫描是阵列天线设计的一大难点。
从理论上讲阵列的天线增益满足：阵列增益=单元增益+阵因子增益，天线单元的广角辐射特性决定了阵列波束的宽角扫描特性。
当阵列主波束扫描时，随着扫描角度的不同，其增益也在天线单元方向图的限制范围内改变。
当阵列波束扫描至天线单元的增益降至-3dB 的角度时，阵列增益将减小-3dB。
因此，天线单元的3dB 波束覆盖范围，也是阵列的3dB 波束扫描范围。
相控阵天线有源单元方向图的计算方法
e TE TE
00 00
+
V TM 00
eT M 00
+
z(
¨#
eTM 00
)
jk z 00
exp(- jkz00 z )
( 6)
式( 6) 可以表示为
30
中国 空 间科 学技 术
2009 年 12 月
E( r , H, U) = Cex p(- jkx0 x - jky0 y - jkz 00 z )
图 1 有源单元方向图计算流程
图 2 无限阵示意 图
根据电磁场叠加原理, 上半空间任意一点的场可以表示为
E ] ( r, H, U) =
e- j r
kr
E
a
(
H,
U)
F
(
H,
U)
( 1)
式中 式中
Ea( H, U) 为有源单元方向图表达式; F( H, U) 为阵因子。
]
]
F( H, U) = 2 2 ex p jmc( kx - kx0 ) + jnd ( k y - ky0 ) m = - ] n= - ]
Method for Calculating the Active Element Pattern of the Phased Array Antennas
Du Hailong Yan L ubin ( China Academy of Space Technology , Beijing 100094)
( 7)
C=
{
VTE 00
(
xk
y0
-
yk x0 ) +
V
TM 00
[
xkx
微带天线输入阻抗计算
微带天线输入阻抗计算1. 前言微带天线作为一种新型的天线结构，因其具有简单、轻巧、易制作等优点，逐渐得到了广泛的应用。
在微带天线应用中，输入阻抗问题一直是存在的，而正确的输入阻抗匹配可以确保天线的性能得到最佳的发挥。
因此，本文将重点介绍微带天线的输入阻抗计算方法。
2. 微带天线结构简介微带天线是一种由金属微带线、介质衬底和接地板组成的片状天线结构。
其中，金属微带线是天线辐射的主要部分，介质衬底是支撑微带线的基板，而接地板则用来承载微带结构。
3. 微带天线的输入阻抗微带天线的输入阻抗是指天线在工作频率下所表现出的阻抗值。
其计算方法与传统的天线不同，主要涉及到天线结构的电磁学特性及传输线特性。
在微带天线中，输入阻抗的大小取决于微带线宽度、长度、介质层厚度、介电常数、工作频率等因素。
同时，由于微带天线是一种宽带天线，其输入阻抗值受到工作频率的影响较小，因此可以采用的折中方法是，在设计中选择合适的参数，尽量使得天线的输入阻抗在工作频率上接近50Ω。
4. 微带天线输入阻抗计算方法微带天线输入阻抗的计算方法有多种，其中较为常用的有直接计算法、调谐法和EM仿真法等。
在实际设计中，经常采用EM仿真软件进行计算，以保证计算结果的准确性。
在使用EM仿真软件时，需要首先建立微带天线的三维模型，在进行设计时采用传输线模型建立微带线，同时采用全波分析方法计算天线的电磁场特性，最终得到微带天线的输入阻抗。
5. 结语微带天线输入阻抗的计算方法虽然较为复杂，但通过正确的计算方法可以确保天线的性能得到最佳的发挥。
因此，在设计微带天线时，需要更加注重对输入阻抗的精确计算和匹配。
同时，随着科技的不断发展，未来微带天线将在更广泛的应用领域得到应用，更加高效的计算方法也将随之应运而生。
5g微带阵列天线
5G 微带阵列天线要求：利用介质常数为2.2，厚度为1mm ，损耗角为0.0009的介质，设计一个工作在5G 的4X4的天线阵列。
评分标准： 良：带宽〈7%优：带宽〉7%且效率大于60%1微带辐射贴片尺寸估算设计微带天线的第一步是选择合适的介质基板，假设介质的介电常数为r ε，对于工作频率f 的矩形微带天线，可以用下式设计出高效率辐射贴片的宽度W ，即为：121()2r c w f ε-+=式中，c 是光速，辐射贴片的长度一般取为/2e λ；这里e λ是介质的导波波长，即为：e λ=考虑到边缘缩短效应后，实际上的辐射单元长度L 应为：2L L =-∆式中，e ε是有效介电常数，L ∆是等效辐射缝隙长度。
它们可以分别用下式计算，即为：1211(112)22r r e h wεεε-+-=++(0.3)(/0.264)0.412(0.258)(/0.8)eew hL hw hεε++∆=-+2.单元的仿真由所给要求以及上述公式计算得辐射贴片的长度L=19.15mm,W=23.72mm。
采用非辐射边馈电方式，模型如图1所示：图1 单元模型此种馈电方式，可以通过移动馈电的位置获得阻抗匹配，设馈电点距离上宽边的偏移量为dx,经仿真得到当dx=4mm时，阻抗匹配最好。
另外，之前计算出的尺寸得到的谐振点略有偏移，经过仿真优化后贴片尺寸变为L=19mm,W=23.72mm。
仿真结果图如图2，图3所示。
图2 S11参数图3 增益图从图中可以看出谐振点为5GHz，计算的相对带宽为2.2%，增益为5.78dB。
2. 2×2阵列设计设计馈电网络并组阵，模型图如图4所示。
图4 2×2微带天线阵列图5 S11参数由S11参数可以看到2×2阵列天线谐振点为5GHz，且此时的S11=-19dB，说明反射损耗小，匹配良好。
相对带宽约为2.8%。
图6 方向图由方向图可以看出2×2阵列天线的增益为13.96dB,第一副瓣电平为-10.6dB，可知组阵能使天线的增益变高。
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仿真的结果： 28， 228
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二者的差异来于在理论公式中， 假设天线单元有无限多个，同时 天线单元之间没有相互影响。
第二种方法
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另存project，取名 microstrip_antenna_array2
第二种方法
回到单天线 删除结果
30
第二种方法
在本次计算中，取前面的圆贴片单元天线，在X方向以间距60mm并排6个单元，频率2.4GHz： 1、扫描角θ=0°，则ΔΨ=0.06*sin0°*360°*2.4*109/(3*108)=0° 2、扫描角θ=15°，则ΔΨ=44.7° 3、扫描角θ=30°，则ΔΨ=86.4° 4、扫描角θ=45°，则ΔΨ=122.2°
单个阵子天线尺寸
介质εr=2.33
feed center
S参数
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瞬态求解器，并行计算 扫描角θ=30°，则ΔΨ=86.4°
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瞬态求解器，并行计算 扫描角θ=45°，则ΔΨ=122.2°
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②六边形二维相控阵天线的计算
文献：星载多波束相控阵天线设计与综合优 化技术研究，尚勇， 梁广， 余金培， 龚文 斌，遥测遥控，2012，33（4）：37-45.
CST STUDIO SUITETM
微带相控阵天线的计算
电子科技大学
2014年6月
相控阵天线
2
单个阵子天线尺寸(单元)
新建project，取名 microstrip_antenna_single
介质εr=2.33
feed center 偏心9.2mm
3
选择模板
4
修改工作面属性
5
创建介质基板
6
创建接地面
7
创建贴片天线
8
创建同轴线介质芯
9
创建同轴线金属内导体
10
定义波端口
11
设置频率、边界和远场监视器
12
瞬态时域求解
13
端口时域信号
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S参数
15
端口场
16
远场
17
远场
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相控阵天线计算的三种方法
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第一种方法
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第一种方法
另存project，取名 microstrip_antenna_array1
并删除结果
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第三种方法
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第三种方法
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第三种方法
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第三种方法
45
第三种方法
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三种方法之总结
• 由单个天线计算天线阵：
–未考虑天线结构之间的耦合,未考虑激励之间的影 响。
• 整体模型，单独串行激励计算辐射场：
–计算仅考虑天线结构之间的相互影响。
• 整体模型，同时并行激励：
–同时考虑结构的相互影响和激励之间的相互影响。
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第二种方法
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第二种方法
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第二种方法
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第二种方法
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第二种方法
选择Results-Combine Results..命令
端口1
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第二种方法
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第二种方法
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第二种方法
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第三种方法
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第三种方法
另存project，取名 microstrip_antenna_array2
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单个阵子天线尺寸
介质εr=2.33
feed center
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先构建基本单元，再选中基本单元向x方 向平移，注意平移距离和重复次数！！！
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依次设定端口1、2、3、4、5、6！
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瞬态求解器，并行计算 扫描角θ=0°，则ΔΨ=0°
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瞬态求解器，并行计算 扫描角θ=15°，则ΔΨ=44.7°
工作界面显示 三维远场结果
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第一种方法
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第一种方法
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第一种方法寻找最大辐射方向的方 Nhomakorabea：逐步逼近法
根据目测，选定φ=270度作 为初始值固定，扫θ，得出最 大辐射在θ=21度；再选定 θ=21度作为初始值固定，扫 φ，得出最大辐射在φ=227度； 再选定φ=227度作为初始值 固定，扫θ，得出最大辐射在 θ=28度；再选定θ=28度作为 初始值固定，扫φ，得出最 大辐射在φ=228度。 最终确定为最大辐射方向在 φ=228度， θ=28度。
2f d y sin sin C
其中C为光速，dx和dy为单元在x方向和y方向的间距，负号表示相位的滞后。
故阵列中每个天线单元的相位差为：
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2 * 2.4 *10 0.06sin cos 8 2 3 *10
9
2 * 2.4 *10 0.06sin sin 8 2 3 *10
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第一种方法
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第一种方法
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可以按照二维相控阵的理论，求出主瓣 的 ( , )
用等相位面投影法可得，当矩形天线阵的波束指向为( , ) 时，在x方向相 2f 邻单元的相位差为：
x k x d x
C
d x sin cos
在y方向相邻单元的相位差为： y k y d y
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谢谢！
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练习： ①、一维相控阵天线的计算 ②、六边形二维相控阵天线的计算
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①一维相控阵天线的计算
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等相面 Δ
X方向的一维天线阵，天 线单元之间空间间距为d， 若要扫描角为θ（即辐射 主瓣方向与Z轴的夹角）， 则天线单元之间的相移 角ΔΨ =?(依次滞后这么 多角度)
2f K d sin d sin 8 C 3 10