线极化微带天线阵列的设计

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宽带圆极化微带天线分析与设计

宽带圆极化微带天线分析与设计一、本文概述本文旨在深入探讨宽带圆极化微带天线的分析与设计。

随着无线通信技术的飞速发展，天线作为无线通信系统的关键组成部分，其性能直接影响到整个系统的传输质量和效率。

宽带圆极化微带天线作为一种重要的天线类型，具有宽频带、圆极化、低剖面、易集成等优点，因此在卫星通信、移动通信、雷达系统等领域具有广泛的应用前景。

本文将首先介绍宽带圆极化微带天线的基本原理和特性，包括其辐射机制、极化特性、带宽特性等。

随后，将详细分析宽带圆极化微带天线的设计方法，包括天线尺寸的选择、馈电方式的设计、介质基板的选取等。

在此基础上，将探讨影响天线性能的关键因素，如阻抗匹配、交叉极化、增益等，并提出相应的优化策略。

本文还将通过具体的案例分析，展示宽带圆极化微带天线在实际应用中的性能表现。

通过对比分析不同设计方案下的天线性能，为工程师和研究者在实际应用中提供有益的参考。

本文将总结宽带圆极化微带天线的设计与优化策略，并展望其未来的发展趋势和应用前景。

通过本文的研究，旨在为宽带圆极化微带天线的分析与设计提供理论支持和实践指导。

二、圆极化微带天线的基本原理圆极化微带天线是一种能够在空间中产生圆形极化波的天线，它具有独特的电磁辐射特性，广泛应用于无线通信、雷达探测和卫星通信等领域。

了解圆极化微带天线的基本原理对于其分析与设计至关重要。

圆极化波是一种电磁波，其电场矢量在空间中随时间旋转，形成一个圆形的轨迹。

圆极化微带天线通过特定的设计和构造，能够在其辐射区域内产生这样的圆形极化波。

这种波形的特性在于，无论接收天线的极化方式如何，圆极化波都能在一定程度上被接收，因此具有更好的抗干扰能力和更广泛的适用性。

圆极化微带天线的基本原理主要基于电磁场理论和天线辐射原理。

它通过在微带天线的辐射贴片上引入特定的相位差，使得天线的两个正交分量产生90度的相位差，从而形成圆极化波。

这种相位差可以通过在辐射贴片上刻蚀特定的槽口或引入附加的相位延迟线来实现。

S频段圆极化微带阵列天线的设计与仿真

S频段圆极化微带阵列天线的设计与仿真江瑛杨宏春王雄（电子科技大学物理电子学院，成都610054）********************摘要:微带阵列天线的使用对飞机的隐身性能、机动性能等都具有非常重要的现实意义,在分析矩形微带天线设计原理的基础上,依据指标设计要求,完成了一个S频段圆极化微带天线阵的设计;同时,利用三维电磁场仿真软件(A n s o f t H F S S)进行了仿真,并对其设计的参数进行了优化;在此基础上,通过实物加工,暗室实测,以及与A n s o f t H F S S仿真结果进行比较,对比结果表明本文设计的天线很好的达到了设计要求，具有一定的实用工程价值.关键词:微带天线;阵列;圆极化The Design and Simulation of an S-bandCircularly Polarized Microstrip Antenna ArrayJIANG YING（School of Physical Electronics, University of Electronic Science andTechnology of China, Chengdu 610054, P. R. China.)Abstract: It is important to use microstrip antenna in aircraft for stealth and movement . Based on the principle of rectangle microstrip antenna , the S- band circularly polarized microstrip antenna array is designed according to the quota requirement . By using a software for 3D electro-magnetic field analysis (Ansoft HFSS) , the S-band microstrip antenna array is simulated and the optimization of the parameters of design is obtained. The material object of antenna is made and measured in microwave anechoic chamber . The design of the S-band microstrip antenna array meets the requirement well comparing with HFSS′s simulation result and has practical engineering value.Keywords:microstrip antenna ; array ; circularly polarized1 引言从微带天线的概念提出以来,由于它剖面薄,重量轻,可与载体共形,易与有源器件集成等优点,已经被广泛地应用于卫星通信、导航等领域。

角馈方形微带贴片阵列天线交叉极化的研究-概述说明以及解释

角馈方形微带贴片阵列天线交叉极化的研究-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述本文主要研究了角馈方形微带贴片阵列天线的交叉极化特性。

随着通信技术的不断发展，对天线性能提出了更高的要求，其中交叉极化是天线设计中一个重要的研究方向。

角馈方形微带贴片阵列天线作为一种常见的微波天线，在实际应用中具有广泛的应用价值。

本文通过对该天线的设计原理和交叉极化机制进行分析，探讨了其在实验中的表现及可能的改进方向。

通过本研究，我们希望能够为微带天线的设计和优化提供一些参考，为未来的天线研究工作提供一定的启示。

1.2 文章结构文章结构部分旨在给读者一个整体的了解，告诉读者在本文中将会讨论哪些内容和展开哪些分析。

本文的结构主要包括引言、正文和结论三个部分。

在引言部分，我们将介绍本研究的背景和动机，并阐明本文的研究对象和研究目的。

正文部分将主要分为三个小节。

首先是角馈方形微带贴片阵列天线设计，我们将介绍天线的设计原理和具体的结构。

其次是交叉极化原理分析，我们将对天线的交叉极化机理进行深入探讨。

最后是实验结果与讨论，我们将展示实验结果，并对实验结果进行分析和讨论。

结论部分将从总结与回顾、研究意义和展望未来研究方向三个方面展开。

我们将总结本文的研究成果，探讨研究的意义，并展望未来在这个领域的研究方向和发展前景。

1.3 目的本文旨在研究角馈方形微带贴片阵列天线的交叉极化特性。

通过设计和分析不同参数下的天线结构，探讨其在交叉极化方面的性能表现，并进一步探讨其在通信系统中的应用潜力。

通过实验结果的验证和讨论，加深对该天线结构的理解，为其在实际工程应用中提供参考和指导。

同时，本研究也旨在为未来相关领域的研究提供一定的参考和启发，推动微波天线技术的发展。

2.正文2.1 角馈方形微带贴片阵列天线设计角馈方形微带贴片阵列天线是一种常用的微波天线，具有较好的指向性和辐射特性。

在本研究中，我们设计了一种新型的角馈方形微带贴片阵列天线，旨在实现更好的性能表现。

HFSS仿真2×2矩形贴片天线阵

HFSS 仿真2×2线极化矩形微带贴片天线阵微带天线以其体积小、重量轻、低剖面等独特的优点，在通信、卫星电视接收、雷达、遥感等领域得到广泛应用，它一般工作在100MHz-100GHz 宽广频域的无线电设备中，而矩形微带天线是微带天线最常用的辐射单元，它是一种谐振型天线，通常在谐振频率附近工作。

C 波段，是频率在4—8GHz 的无线电波，通常的上行频率范围为5.925—6.425GHz ，下行频率范围为3.7—4.2GHz 。

雷达天线具有将电磁波聚成波束的功能，定向地发射和接收电磁波。

本实验采用HFSS13.0设计了一款工作于C 波段中心频率在5.75GHz 的矩形贴片线极化微带雷达天线阵列，根据理论经验公式初步计算出矩形微带贴片天线的尺寸，然后在HFSS13.0里建模仿真，根据仿真结果反复调整天线的尺寸，对天线的结构进行优化，直到天线的中心频率为5.75GHz 为止。

1 单个侧馈贴片天线的仿真1.1 矩形贴片天线的设计导波波长g λ，矩形贴片天线的的有效长度e L 2/g e L λ= ， e g ελλ/0=有效介电常数为e ε，r ε为介质的介电常数211212121-⎪⎭⎫⎝⎛+-++=w h r r e εεε矩形贴片的实际长度为L ， L=e L －2L ∆=e ελ2/0－2L ∆=ef c ε02－2L ∆0f 天线的实际频率，L ∆微带天线等效辐射缝隙的长度()()()()8.0/258.0264.0/3.0412.0+-++=∆h W h W hL eeεε矩形贴片的宽度为W210212-⎪⎭⎫ ⎝⎛+=r f c W ε基片尺寸取：g L LG λ2.0+≥ ，g W WG λ2.0+≥介质板材为Rogers RT /duroid 5880，其相对介电常数r ε=2.2，厚度h=2mm ，损耗角正切为0.0009。

在设计过程中，我们假设贴片、微带线的厚度t 与基片厚度相比可以忽略不计，即005.0/≤h t ，在设计过程中，我们令t=0。

微带贴片天线阵列的研究与设计

微带贴片天线阵列的研究与设计随着无线通信技术的快速发展，天线作为无线通信系统的重要组件，其性能和设计受到了广泛。

微带贴片天线作为一种常见的平面天线，具有体积小、重量轻、易于集成等优点，被广泛应用于现代通信系统中。

本文将重点探讨微带贴片天线阵列的研究与设计。

微带贴片天线的基本原理是利用微带线来传输信号，并在贴片表面形成电磁场，从而实现电磁波的辐射和接收。

微带贴片天线的应用范围广泛，如移动通信、卫星通信、雷达等领域。

为了满足现代通信系统的需求，微带贴片天线阵列的研究与设计成为了关键。

微带贴片天线阵列的研究与设计方法包括理论分析、实验测试和数据分析。

理论分析是研究微带贴片天线阵列的基础，通过建立模型来分析天线的辐射特性和性能参数。

常用的分析方法包括电磁场理论和有限元法等。

实验测试是研究微带贴片天线阵列的重要环节，通过测试数据来验证理论分析的正确性。

实验测试包括天线性能参数的测量和辐射特性的测试等。

数据分析是对实验测试结果进行处理和解释的过程，通过对比不同数据来优化天线阵列的设计。

实验结果表明，微带贴片天线阵列具有优良的性能特点和优势。

微带贴片天线阵列的辐射性能较强，能够实现方向性和增益的控制。

微带贴片天线阵列的带宽较宽，有利于实现多频段通信。

微带贴片天线阵列易于集成和制造，具有较低的成本和较高的可靠性。

这些优点使得微带贴片天线阵列在未来通信领域中具有广泛的应用前景。

本文通过对微带贴片天线阵列的研究与设计，总结了其性能特点和优势，并指出了微带贴片天线阵列在技术创新和应用推广方面的意义。

微带贴片天线阵列作为一种重要的平面天线，具有广泛的应用前景。

在未来的研究中，可以进一步探索微带贴片天线阵列的高效设计和优化方法，提高其性能和可靠性，以满足不断发展的无线通信需求。

随着无线通信技术的快速发展，天线作为通信系统中关键的组成部分，其性能和设计受到了广泛。

特别是高性能宽带双极化微带贴片天线，其在无线通信领域具有广泛的应用前景。

一种双线双圆极化微带天线阵列的设计

一种双线双圆极化微带天线阵列的设计赵东贺;蒋博;牛传峰;孙良【摘要】设计了一种双线双圆极化的多层印制板形式的微带天线阵列,采用缝隙耦合和微带线边馈实现天线的双极化,通过开关及圆极化器实现天线的双线双圆极化输出.通过对影响天线性能的各个参数进行优化设计,并加工了天线阵列,天线实测带宽为约15%,天线增益优于17dB.该天线单元结构简单,剖面低,可以作为大型微带天线阵列的子阵进行通信.%A dual linearly polarized and dual circularly polarized antenna array with muti-layers printed circuit board is proposed.Dual linearly polarizations are implemented by slots coupling and microstrip lines' side feeding, while the outputs of dual linearly polarizations and dual circularly polarizations are implemented by using a switch and a 90°bridge, respectively.By optimizing the parameters which affect antenna's performances, the antenna array is fabricated, with measured bandwidth of over 15% and antenna gain of over 17dB.The antenna unit manifests simply structure and low profile, which is an admirable candidate for the sub-array of large microstrip antenna arrays.【期刊名称】《河北省科学院学报》【年(卷),期】2017(034)001【总页数】6页(P25-30)【关键词】微带天线;多层印制板;双线双圆极化;低剖面【作者】赵东贺;蒋博;牛传峰;孙良【作者单位】中国电子科技集团公司第五十四研究所,河北石家庄 050081;中国电子科技集团公司第五十四研究所,河北石家庄 050081;中国电子科技集团公司第五十四研究所,河北石家庄 050081;中国电子科技集团公司第五十四研究所,河北石家庄 050081【正文语种】中文【中图分类】TN821卫星通信系统作为无线通信领域的重要组成分支，在人类生活中起着越来越重要的作用。

高增益微带天线阵列的设计

摘要作为应用系统中常选用的微带天线，虽然具有体积小、重量轻、剖面薄、等优点，但是在效率和方向性这些基本性能上，一般的单个微带天线很难做的很好。

而为了解决这个基本问题，将若干微带天线构成天线阵，就成为了常用的解决办法。

本论文根据远距离射频识别系统对天线的需求，设计了一种工作在2.45GHz频率下的微带天线阵，并对其结构进行了改良设计。

论文的主要工作是：首先，阐述了微带天线和天线阵列的基本理论，以及微带天线的基本设计步骤，综合天线阵元和匹配网络，馈电网络，设计出了一个由八个等幅同相馈电的阵元所组成的均匀直线阵列。

然后，使用高频仿真软件HFSS，对设计出的天线结构建模。

最后，根据对直线阵列的结构，性能的分析，提出了将八元直线阵列转变成两列四行的平面阵列，然后将平面阵列在仿真软件中重新建立模型。

通过对直线阵列和平面阵列的仿真结果可以得出结论：在相互间距略小于二分之一波长的情况下，直线阵列达到最佳辐射，方向性最好。

在最佳距离下，增加阵元可以使得天线的的最大增益提高，但是会出现更多的副瓣。

而平面阵列相比于直线阵，虽然在垂直于轴向的平面上出现了更多的副瓣，但是主瓣宽度得到了很大的压缩，得到了更好的方向性。

而平面阵带来的问题就是由于相互耦合变得严重，使得匹配程度的下降，结果就是效率的损失，和方向性增强一起作用的结果就是总体增益和直线阵相差不多。

但是由于平面阵主瓣宽度的变小，方向性的明显提高，平面阵更适合用于对方向敏感的工作环境。

关键词：微带天线；天线阵；高增益；HFSS；仿真ABSTRACTMicro-strip antenna is often chosen in applications. It has small size, light weight, thin profiles, etc. But as the basic properties, the efficiency and direction of one single micro-strip antenna are very difficult to do well. In order to solve this fundamental problem, pose a number of micro-strip antenna arrays, has become a common solution.In this paper, a micro-strip antenna array which works in 2.45GHz frequency is designed based on needs of long-range radio frequency identification and the structure design is improved.The works of this paper are below: First of all, it expatiate the micro-strip antenna and antenna array's basic theory and basic steps of design of micro-strip antenna. Based on the structure of the antenna array element and the matching network, the feed network, design an eight elements uniform linear array with the elements feed by same amplitude and phase circuits .Then ,use the high frequency simulation software HFSS ,model the structure of the designed antenna .Finally, based on analysis of the linear array structure and performance , put forward the eight elements linear array into a four lines two rows planar array and then model structure of the array in the simulation software.According the simulation results of linear array and planar array, these can be concluded: in the mutual spacing of slightly less than half wavelength, the linear array achieve the best radiation, the directivity is the best. Under this spacing, the maximum gain can be increased by increasing the number of the elements, but there will be more sidelines .Compared with linear array, the planar array compresses the main lobe width very much although get more side lobes in the plane perpendicular to the axial, and get a better directivity. Plane array brings problem that the mutual coupling become serious which brings the loss of efficiency. However, due to the narrow width of main lobe, improved directivity, the planar array is more suitable for the sensitive directional working environment.Key Words：Micros trip antenna; antenna array; high gain; HFSS; simulation目录1 绪论 (1)1.1 微带天线的发展及现状 (1)1.2 微带天线阵 (2)1.3设计目标 (3)2 微带天线的基本原理 (4)2.1 微带天线的基本原理 (4)2.2 微带天线的分析方法 (6)2.2.1传输线法 (6)2.2.2空腔理论 (8)2.2.3多端口网络模型 (9)2.2.4数值分析方法 (10)3 天线阵原理 (12)3.1二元阵与方向图乘积定理 (12)3.2均匀直线阵 (13)4微带天线阵列的设计 (16)4.1 阵元的设计 (16)4.1.1介质基板的选取 (16)4.1.2单元宽度的选取 (17)4.1.3单元长度的确定 (18)4.2馈电与匹配 (18)4.2.1馈电方式的选择 (18)4.2.2匹配网络的设计 (19)4.3阵列的设计 (20)5仿真分析 (23)5.1仿真使用软件 (23)5.2仿真过程 (23)5.2.1方向图 (24)5.2.2 S参数 (25)5.2.3增益特性 (26)5.2.4输入阻抗 (27)5.2.5直线阵的总结分析 (28)5.3平面阵的仿真 (28)5.3.1方向图 (29)5.3.2 S参数 (31)5.3.3增益 (31)5.3.4输入阻抗 (32)5.3.5 平面阵的总结分析 (32)结论 (34)参考文献 (35)致谢 (36)1 绪论1.1 微带天线的发展及现状天线作为天线作为无线通信不可缺少的一部分，其基本功能是辐射和接收无线电波，其性能的优劣对整个系统的性能有着重要的影响。

改善交叉极化特性的平面微带阵列天线设计

㊀基金项目:国家自然科学基金(61671249)收稿日期:2020-08-24㊀㊀㊀通信作者:葛俊祥作者简介:葛俊祥(1960-),男,江苏南京人,教授,主要从事电磁场理论㊁微波毫米波理论与技术㊁天线理论与技术㊁雷达系统等的研究;方娟娟(1996-),女,河南信阳人,研究生,研究方向为天线理论与技术㊂第39卷㊀第12期2020年12月电子元件与材料ELECTRONIC ㊀COMPONENTS ㊀AND ㊀MATERIALSVol .39No .12Dec .2020改善交叉极化特性的平面微带阵列天线设计方娟娟,葛俊祥,汪㊀洁,林㊀海(南京信息工程大学电子与信息工程学院电子信息技术与装备研究院,江苏南京㊀210044)㊀㊀摘要:为了改善阵列天线交叉极化特性,设计并制作了一款中心频率为9.5GHz 的单层平面微带阵列天线㊂该天线由10组偏转ʃ45ʎ的贴片单元组成,通过将贴片对称分布在馈电网络两侧以及在贴片上加载可改变表面电流分布的水平缝隙的方法,以改善阵列天线交叉极化特性㊂为保障-25dB 以下的旁瓣电平,馈电网络采用了泰勒加权分布方式分别给每对贴片单元进行馈电㊂所设计的天线整体尺寸为200mm ˑ70mm ˑ1mm ㊂实测结果表明,该阵列天线的带宽(<-15dB )为260MHz ,增益为16.1dBi ,E 面旁瓣电平为-27dB ,E 面和H 面交叉极化电平分别优于-35dB 和-15dB ㊂该天线具有成本低㊁馈电网络简单㊁交叉极化特性良好的特点,在航海雷达等领域有良好的应用前景㊂关键词:微带阵列天线;交叉极化;馈电网络;泰勒加权;阵元开缝法;X 波段DOI :10.14106/j .cnki .1001-2028.2020.0471中图分类号:TN 82㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:ADesign of planar microstrip array antenna with improvedcross -polarization characteristicsFANG Juanjuan ,GE Junxiang ,WANG Jie ,LIN Hai(Institute of Electronic Information Technology and Equipment,College of Electronic and Information Engineering,Nanjing University of Information Science &Technology,Nanjing㊀210044,China)㊀㊀Abstract :In order to improve the cross polarization characteristic of array antenna ,a single -layer planar microstrip array antenna operating in X -band was designed and manufactured.The proposed antenna was composed of ten groups of patches with a horizontal deflection of ʃ45ʎ.The cross -polarization characteristics were improved by distributing the patches symmetrically andloading horizontal slots.In order to realize the side -lobe level below -25dB ,Taylor weighted distribution mode was adopted for the feeding network.The total size of the array antenna is 200mm ˑ70mm ˑ1mm.The measurement results show that the bandwidth of the antenna is 260MHz.The gain is 16.1dBi and side lobe level is -27dB.The horizontal and vertical cross polarization are better than -35dB and -15dB ,respectively.Due to low cost ,simple feed network and good cross -polarization characteristics ,this antenna has good application prospect in Marine radar and other fields.Key words :microstrip array antenna ;cross polarization ;feeding network ;Taylor weighted ;slotting array elements ;X -band㊀㊀天线的交叉极化是表征天线性能的重要参量之一,它对于天线增益㊁辐射性能和抗干扰等有着较大的影响[1]㊂因此,在某些应用场合,系统对天线极化纯度具有较高的要求(通常要求达到-30dB 以下)[2],如卫星通讯和船舶导航等㊂近年来,学者们对降低阵列天线交叉极化做了大量的研究[3-10]㊂如文献[3]将辐射片和馈电网络通过嵌入式地板隔离的方法减小馈电网络辐射对天线辐射的影响,以此降低阵列天线交叉极化㊂虽然一些文献研究可以获得-40dB 的超低交叉极化,但是此时的馈电网络第39卷㊀第12期83㊀结构往往非常复杂,需要采用多层微带板结构,加大了阵列天线的设计和制作难度,同时也增加了阵列天线的制造成本㊂文献[6]中的设计在一定程度上简化了差分馈电网络的结构,相位和幅度也更加稳定㊂但是对于阵元数较多的天线,馈电结构仍然较为复杂,该设计并不适用㊂文献[7]中将图像排列的思想运用到天线单元排列中,通过调整独立馈电子阵的排列抑制交叉极化㊂在阵元数较多的情况下,阵列辐射图会产生较高旁瓣,该结构在工程应用中并不实用㊂因此,适用于多阵列的低交叉极化平面阵列天线仍有待进一步研究㊂X 波段雷达具有技术成熟㊁探测精度高㊁尺寸较小等优点,而广泛用于地球探测卫星㊁气象卫星㊁目标跟踪等㊂其中,在航海雷达目标跟踪的应用中,要求天线垂直方向波束宽度在15ʎ~30ʎ,以防止船舶摇摆时丢失目标,同时也减少海杂波对天线垂直方向的电磁干扰㊂为此,本文提出一款可用于航海雷达的X 波段单层平面微带阵列天线,具有馈电结构简单㊁成本低㊁水平面交叉极化特性良好的特点㊂1㊀天线阵列设计1.1㊀天线单元设计选用相对介电常数εr 为4.4,损耗角正切值tan δ为0.02,厚度h 为1mm 的FR 4介质作为基板㊂天线单元采用如图1(a )所示的偏转45ʎ的微带边馈贴片结构,天线的工作中心频率f c 为9.5GHz ,根据公式(1)-(5)计算可以得到贴片宽度W 和长度L 尺寸[11]近似为:W =9.61mm ,L =7.29mm ㊂λ=c f cεe(1)W =c 2f c εr +12æèçöø÷-12(2)L =c 2f cεe-2ΔL(3)εe =εr +12+εr -121+12h W æèçöø÷-12(4)ΔL =0.412hεe +0.3()W /h +0.264()εe +0.258()W /h +0.8()(5)式中:λ为介质中的波长;εe 为微带天线的有效介电常数;ΔL 为等效辐射缝隙的长度㊂利用电磁场仿真软件HFSS (High Frequency Structure Simulator )对天线单元进行全波仿真计算以确定最终尺寸㊂贴片单元组如图1(b )放置,形成2ˑ1元子阵列㊂由于子阵中两个贴片表面电流水平分量同向,垂直分量反向,空间中水平方向辐射叠加的同时,垂直方向辐射抵消,形成水平极化㊂该结构可以有效地改善该子阵列水平面的交叉极化㊂图1㊀矩形平面微带单元Fig .1㊀Rectangular planner microstrip element1.2㊀馈电网络设计馈电网络主要由十个非等分功分器构成㊂其中,四端口非等分功分器如图2所示,Port 1为输入端,Port 2㊁Port 3和Port 4为输出端,输入端和输出端的特性阻抗为Z 0㊂Port 2和Port 4输出功率相等,Port 2和Port 3输出功率比为1ʒk 2㊂当结点电压为V 0时,Port 1输入功率为:P 1=P 2+P 3+P 4=12V 20Z 0(6)各输出端口的输出功率为:方娟娟等:改善交叉极化特性的平面微带阵列天线设计84㊀Vol .39No .12Dec .2020P 2=P 4=12V 20Z 2(7)P 3=k 2P 2=12V 20Z 3(8)式中:Z 2㊁Z 3分别为Port 2和Port 3的输入阻抗,由公式(6)-(8)计算得:Z 2=k 2+2()Z 0(9)Z 3=k 2+2k 2Z 0(10)输入端经过四分之一波长阻抗变换器与各输出端匹配㊂由公式(11)-(12)计算得到各输出端口对应的四分之一波长匹配段阻抗值分别为Z 12㊁Z 13㊁Z 14㊂Z 12=Z 14=Z 0k 2+2(11)Z 13=Z 0k2+2k 2(12)图2㊀四端口非等分功率分配器Fig .2㊀Four -port unequal power divider由于本设计阵列天线采用中心左右对称的馈电结构,因此设计计算只需要计算一半即可㊂为保障水平方向-25dB 以下的旁瓣电平,阵列天线馈电网络采用了泰勒加权分布,这样计算得到的归一化电流分布为:1ʒ0.88ʒ0.67ʒ0.44ʒ0.28㊂另外,依据公式(6)-(12),可以计算获得各支路的特性阻抗(计算结果见表1)㊂经HFSS 仿真优化后,图3所示的馈电网络的回波损耗和各端口传输相位结果如图4所示㊂表1㊀馈电网络的主要参数Tab .1㊀Main parameters of the feeding network端口Port 1Port 2Port 3Port 4Port 5Z0(Ω)5050505050Z n 1(Ω)70687484.5100Z n 2(Ω)104.595.887.581.5图3㊀馈电网络的参数定义Fig .3㊀Configuration and definition of parameters for halfof the feeding network图4㊀馈电网络的仿真结果Fig .4㊀Simulated results of the proposed feeding network1.3㊀2ˑ10单元阵列天线设计以图1(b )所示2ˑ1单元子阵为基础,结合馈电网络设计2ˑ10单元平面微带阵列天线,相邻贴方娟娟等:改善交叉极化特性的平面微带阵列天线设计第39卷㊀第12期85㊀片间距约为一个等效介质波长,以此实现各个天线单元的同相激励,仿真模型如图5(a )所示㊂由图5(b )所示的仿真结果可看出,阵列天线在水平面主波束内交叉极化非常低,可达到-35dB ㊂不过这种空间垂直分量抵消仅在有限角度内实现,垂直面的交叉极化在主瓣之外出现了较高情况㊂当然,这种情况有时也是非常有用的,如双面双极化要求情况等㊂本设计的主要目的是改善阵列天线交叉极化特性,因此接下来将在此基础之上研究改善垂直面交叉极化的方法㊂当馈电网络两侧贴片间距减小时,仿真结果表明垂直面交叉极化有所下降,但是水平面交叉极化会随着贴片距离的减小而恶化㊂因此仅利用如图5(a )所示天线单元对称排列的方法降低交叉极化具有一定局限性㊂图5㊀2ˑ10阵列天线仿真模型及结果Fig .5㊀Simulation model and results of 2ˑ10array antenna2㊀改进型阵列天线设计2.1㊀改进型2ˑ10阵列天线设计天线的极化方向是天线辐射时的电场强度的方向,即辐射单元表面电流的流动方向㊂在本设计中,天线主极化是水平极化,则垂直流向的电流形成的电场就是相应的交叉极化㊂因此降低交叉极化可以通过减少垂直方向的电流来实现[12]㊂如图6所示,在方形贴片中心沿着水平方向开缝,水平方向的缝隙阻断了垂直方向的电流分量,保留了水平方向的电流分量,贴片单元极化方向由45ʎ线极化[13]变为水平极化㊂仿真优化过程中,贴片单元阻抗值对缝隙的长度和宽度的变化不敏感㊂图6㊀改进型平面微带单元Fig .6㊀Improved planner microstrip element改进后的阵列天线仿真模型及结果如图7所示㊂可以看出,开缝后天线水平面和垂直面的交叉极化均比未开缝的天线有明显下降㊂水平面主瓣范围内交叉极化可达-45dB ,垂直面交叉极化电平比图5(b )所示结果减小了25dB ㊂这验证了切割表面电流能影响极化方向[14],可以用来抑制交叉极化㊂同时,改进后的天线增益还增加了3dB ㊂考虑到航海雷达实际应用中海面回波的影响,本设计要求垂直面波束宽度小于30ʎ,2ˑ10单元阵列天线垂直面波束宽度为40ʎ,因此通过增加垂直方向单元数来减小波束宽度㊂2.2㊀改进型4ˑ10阵列天线设计由于天线单元偏转45ʎ造成水平方向结构不对称,若采用两个2ˑ10单元阵列天线由功分器分别对阵列馈电的形式,不仅功分器的设计较为复杂,同时也会增加一定损耗㊂因此,在图7(a )所示阵列天线两侧各串联一片同尺寸贴片单元,组成4ˑ10单元阵列天线㊂改进型4ˑ10单元阵列天线仿真结果如图8所示,可以看出天线交叉极化特性仍保持了改进型2ˑ10单元阵列天线的优势,垂直面波束宽度为25ʎ,满足了设计要求㊂方娟娟等:改善交叉极化特性的平面微带阵列天线设计86㊀Vol .39No .12Dec .2020(a )改进型2ˑ10阵列天线仿真模型(b )辐射方向图图7㊀改进型2ˑ10阵列天线仿真模型及结果Fig .7㊀Simulation model and results of improved2ˑ10array antenna3　天线实测结果与分析为了证明方案有效性,分别加工了原型(无缝)和改进型(有缝)两种天线,并在暗室对两种阵列天线的远场方向图和交叉极化进行了测量,天线实物和测试环境如图9所示㊂天线实测结果如图10和图11所示㊂天线阻抗带宽(<-15dB )分别为200MHz 和260MHz ㊂由于本文选用的天线基板为FR 4板材,其介电常数极不稳定,基板实际介电常数小于仿真所设值,根据公式(1)可知实际介质波长大于仿真值,从而导致实测中心频率向高频处发生偏移㊂由图11结果可看出,原型和改进型天线增益分别为13.5dBi 和16.1dBi ,水平面主极化旁瓣电平均达到-25dB 以下,垂直面波束宽度均为30ʎ以内,实测结果与仿真结果基本一致㊂考虑到图5(a )中馈电网络两侧贴片较大的距离对垂直面交叉极化的影响,适当减小了贴片单元的尺寸,对应的图11(b )中垂直面交叉极化下降了5dB ㊂由于受天线加工工艺和测试环境的限制,实测方向图和仿真结果差距较为明显,原型天线水平面的实测交叉极化电平为-25dB ,改进型天线水平面的实测交叉极化电平为-35dB ㊂对比两种天线的实测结果,改进型天线增益更高,带宽更宽㊂虽然垂直面单元数的增加造成天线垂直面副瓣升高,一定程度恶化了该面的交叉极化,但是通过对比,改进型天线交叉极化电平仍优于原型天线10dB ㊂实测结果表明本设计具有改善阵列天线交叉极化特性的功能㊂(a )改进型4ˑ10阵列天线仿真模型(b )回波损耗(c )辐射方向图图8㊀改进型4ˑ10阵列天线仿真模型及结果Fig .8㊀Simulation model and results of improved4ˑ10array antenna方娟娟等:改善交叉极化特性的平面微带阵列天线设计第39卷㊀第12期87㊀(a )原4ˑ10阵列天线实物㊀(b )改进型4ˑ10阵列天线实物㊀(c )在微波暗室中测试的场景图图9㊀天线实物以及测试场景图Fig .9㊀Physical antennas and test scenediagram图10㊀两种阵列天线的仿真和实测回波损耗对比图Fig .10㊀Simulated and measured results of the proposed arrayantennas图11㊀两种阵列天线的仿真和实测辐射方向图Fig .11㊀Simulated and measured radiation patterns of the proposed array antennas方娟娟等:改善交叉极化特性的平面微带阵列天线设计88㊀Vol .39No .12Dec .2020㊀㊀本文设计的天线主要参数与其他文献中同类型天线对比的结果如表2所示㊂相较于其他文献的方案,本文设计的馈电网络结构更加简单,水平面交叉极化特性良好㊂表2㊀本文设计的天线与同类型天线参数比较Tab .2㊀Comparison of the proposed array antenna with similar previously文献工作频率(GHz )阵元数基板层数基板材料天线增益(dBi )旁瓣电平(dB )交叉极化电平(dB )[3]9.512ˑ122Rogers 588025.7-21-36[6]12.622ˑ22Rogers 5870/Arlon AD 60012.32-17[8]20.516ˑ161Rogers 588029-25-26[10] 3.51ˑ41Rogers 300312.2-29本文9.54ˑ101FR 416.1-27/-12-35/-154　结论本文提出了一款单层平面微带阵列天线设计,将贴片对称分布于馈电网络两侧的结构有效抑制了阵列天线水平方向的交叉极化,达到了-35dB ㊂在此基础之上,通过在贴片中心加载水平缝隙,使阵列天线垂直方向交叉极化电平达到了-15dB ㊂由于天线垂直面旁瓣较高,一定程度恶化了该面的交叉极化,因此阵列天线垂直面的交叉极化抑制有待进一步研究㊂相较于其他文献的方案,本文设计的馈电网络结构更加简单,水平面交叉极化特性良好,单层介质基板的设计也降低了天线的制作成本,为改善阵列天线交叉极化特性提供了一种新的思路,在航海雷达等领域有良好的应用前景㊂参考文献:[1]王进凯.天线交叉极化对雷达抗干扰的影响[J ].中国新通信,2019,21(24):61.[2]秦顺友,许德森.卫星通信地面站天线工程测量技术[M ].北京:人民邮电出版社,2006.[3]Mardani H ,Nourinia J ,Ghobadi C ,et al.A compactlow -side lobes three -layer array antenna for X -bandapplications [J ].AEU -InternationalJournalofElectronics and Communications ,2019,99:1-7.[4]宋长宏,吴群,张文静,等.一种双扼流槽双极化低旁瓣阵列天线[J ].电波科学学报,2013,28(5):857-861.[5]Saeidi -Manesh H ,Zhang G.High -isolation low cross -polarization ,dual -polarization ,hybrid feed microstrip patch array antenna for MPAR application [J ].IEEE Transactions on Antennas and Propagation ,2018,66(5):2326-2332.[6]Jin H Y ,Chin K S ,Che W Q ,et al.Differential -fedpatch antenna arrays with low cross polarization and wide bandwidths [J ].IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters ,2014,13:1069-1072.[7]Saeidi -Manesh H ,Zhang G F.Challenges and limitationsof the cross polarization suppression in dual -polarization antenna arrays using identical subarrays [J ].IEEE Transactions on Antennas and Propagation ,2020,68(4):2853-2866.[8]Guan D F ,Qian Z P ,Zhang Y S ,et al.High -gain SIWcavity -backed array antenna with wideband and low sidelobecharacteristics [J ].IEEEAntennasWirelessPropagation Letters ,2014,14:1774-1777.[9]Kuo F Y ,Hwang R B.High -isolation X -band marineradar antenna design [J ].IEEE Transactions on Antennas and Propagation ,2014,62(5):2331-2337.[10]Deng C J ,Behzad Y ,Kamal S.Series -fed dual -polarized single -layer linear patch array with high polarization purity [J ].IEEE Antennas and WirelessPropagation Letters ,2019,18(9):1746-1750.[11]张德保.应用于24GHz 物位雷达的微带阵列天线设计[J ].电子元件与材料,2020,39(3):76-81.[12]吴峻岩,牛全民,张丰,等.角馈方形贴片微带天线交叉极化抑制方法研究[J ].空军预警学院学报,2019,33(2):93-97.[13]金良,葛俊祥,汪洁.W 波段45ʎ线极化天线阵设计[J ].电子学报,2019,47(6):1378-1383.[14]Li W W ,Li Q H ,Meng Y ,et al.A broadbandmicrostrip patch antenna with multiple open slots [J ].Microwave and Optical Technology Letters ,2019,61(3):626-632.方娟娟等:改善交叉极化特性的平面微带阵列天线设计。

线极化微带天线

十.方向性系数、增益和半功率宽度天线的方向性系数定义为最大辐射方向上的辐射功率密度与平均辐射功率密度之比。

将矩形微带天线看成为一段传输线分开的两个缝隙所构成，其中有一个缝隙的方向性系数可表示成()()**22/2122101Re |42/4r E H E H W D I r θφφθθππλρπ=-== 式中，2200cos sin tan sin 2k W I d πθθθθ⎛⎫= ⎪⎝⎭⎰ 上式对应的坐标关系如图所示。

间隔为L 的上述两个缝隙的方向性系数为11221D D g =+ 其中12g 为归一化互导，可由下式求出： 22000122012sin cos tan sin sin 1120W L J g d G πππθθθθλλθπ⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭=⋅⎰ 其中1G 为单缝的辐射电导，()0J x 是以x 为自变量的零阶贝塞尔函数。

天线的增益G 为方向性系数与效率的乘积，即G D η=⋅当r ε给定，增益随厚度的增加而增大；r ε不同时，则增益随r ε的增加而减小。

在具体的应用中往往对天线的波束宽度提出要求。

所谓半功率宽度是指增益减小3分贝或辐射场减小到最大值的0.707时两方向之间的度数，可用下式计算1/2012arccos 212BH k W θ⎛⎫ ⎪ ⎪=⎛⎫ ⎪+ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭1/22222007.032arccos 3BE k L k h θ⎛⎫= ⎪+⎝⎭式中，BH θ和BE θ分别为H 面和E 面半功率波束宽度。

十一.频带宽度BW频带窄是微带天线的主要缺陷之一。

线极化微带天线输入阻抗对频率的敏感性远甚于方向特性对频率的敏感性。

因此天线的频带往往以输入端电压驻波系数（VSWR ）之小于某给定值的频率范围BW 来表示，若VSWR 给定值为S ，则VSWR S <的BW 为BW = 2VSWR <的不同介质基板的天线频带如图。

由图可见，对于给定的频率，选用较小的r ε的基板频带较宽；对于选定的r ε，则基板厚度h 增大时频带加宽。

微带天线的设计和阻抗匹配

微带天线的设计和阻抗匹配微带天线是一种广泛应用于无线通信领域的新型天线。

它具有体积小、重量轻、易于集成等优点，因此特别适合于现代通信系统的应用。

本文将详细介绍微带天线的原理、设计思路、阻抗匹配方法以及实验验证等方面的内容。

微带天线是在介质基板上制作的一种天线。

它主要由辐射元和传输线组成，通过在介质基板上印制金属导带，形成辐射元和传输线，利用电磁波的辐射和传播特性实现天线的功能。

由于辐射元和传输线都印制在介质基板上，因此微带天线具有体积小、重量轻、易于集成等优点。

选择合适的介质基板，根据需要选择介电常数、厚度、稳定性等参数；在介质基板上印制金属导带，形成辐射元和传输线；根据设计要求，对金属导带进行形状和尺寸的调整；为提高天线的性能，需要进行阻抗匹配等调试；选取合适的材料：根据应用场景和设计要求，选择合适的介质基板和金属材料；设计形状和尺寸：根据天线设计的原理，设计合适的辐射元和传输线形状，以及其尺寸大小；考虑天线的抗干扰能力：为提高天线的性能，需要采取措施提高天线的抗干扰能力，如设置保护区、采用滤波器等。

微带天线的阻抗匹配是实现天线高效辐射的关键环节。

通常情况下，微带天线的阻抗不是纯电阻，而是具有一定的电抗分量。

为了使天线与馈线之间实现良好的阻抗匹配，通常采用以下方法：改变馈线的特性阻抗：通过调整馈线的几何形状、材料等参数，改变馈线的特性阻抗，使其与天线的阻抗相匹配；添加电阻、电容等元件：在馈线与天线之间添加适当的电阻、电容等元件，以调整天线的阻抗，实现阻抗匹配；采用分步匹配：通过在馈线与天线之间设置适当的阶梯状阻抗，逐渐接近天线的阻抗，从而实现良好的阻抗匹配。

为了验证微带天线的性能和阻抗匹配的效果，通常需要进行实验测试。

实验测试主要包括以下步骤：搭建测试平台：根据需要搭建测试平台，包括信号源、功率放大器、接收机等；连接测试平台：将微带天线与测试平台连接，确保稳定的信号传输；调整阻抗匹配：根据实验结果，对天线的阻抗匹配进行微调，以获得最佳的性能；进行测试：在不同的频率、距离等条件下进行测试，收集数据并进行分析；结果分析与讨论：根据实验数据进行分析和讨论，评估微带天线的性能和阻抗匹配的效果。

新型L频段双圆极化微带阵列天线的设计

新型L频段双圆极化微带阵列天线的设计李文;姚宜东;徐毅;袁伟涛;杨新华;王启申【摘要】Circularly-polarized array antennas attract more and more attentions in the modern wireless applications because of its specific performance characteristics. A L-band circularly-polarized microstrip patch antenna working in wide axial ratio bandwidth is proposed. The antenna adopts the special double feed network, thus to provide 0 degree feed and 90 degree feed to the two adjacent sides of radiation patch respectively. Two layers of feed network are same in structural size, and connected through the bridge to ensure that the two adjacent sides of radiation patch have 90 degrees phase difference, thus improving circular polarization performance of the antenna. The simulation results show that the microstrip array antenna could work at 1.525~1.559 GHz; with double circular polarized antenna; antenna gain> 13 dBi; VSWR<1.5; E and H plane lobe width> 25°.%圆极化阵列天线由于其自身的性能特点，在现代无线应用中越来越受到广泛的关注。

双频带圆极化微带阵列天线设计

双频带圆极化微带阵列天线设计胡金艳;杨君;秦文华;赵建平;徐娟【摘要】利用旋转馈电技术设计了一种双频带圆极化微带阵列天线,以扩充天线的通信容量,提高抗干扰能力.天线由四个对角切角的矩形贴片和一个金属矩形环组成.天线利用贴片切角实现圆极化,利用两个贴片的对角线长度不等实现双频特性.天线中心的矩形环既可当做馈电网络,为圆极化波提供所需的递增相位,又可以提高天线的辐射性能.最后,利用电磁仿真软件HFSS对天线的性能进行数值计算,阵列天线的-10 dB阻抗带宽分别为1.3～1.4 GHz和1.55～1.58 GHz,3 dB轴比带宽分别为1.36～1.42 GHz和1.6～1.62 GHz.%A dual-band circularly-polarized micro-strip patch array, by using a sequential-phase feeding network, is designed and implemented, thus to expand the communication capacity and improve the anti-interference capability. The antenna, composed of four rectangular patches with diagonally tangential angles and one metal rectangular ring, is circularly-polarized by using the corner patch, while the dual-frequency is realized by using the unequal diagonal lengths of two patches. The mental square ring in the center of the antenna may act as a feeding network, which provides both the increasing phase for circularly-polarized wave and a radiator to enhance the performance of the antenna. Finally, the simulation on the antenna with HFSS software indicates that the -10 dB impedance bandwidth of the patch array is 1.3～1.4 GHz and 1.55～1.58 GHz , and the measured 3dB AR bandwidth 1.36～1.42 GHz and 1.6～1.62 GHz respectively.【期刊名称】《通信技术》【年(卷),期】2018(051)001【总页数】6页(P234-239)【关键词】旋转馈电;双频带;圆极化;微带阵列【作者】胡金艳;杨君;秦文华;赵建平;徐娟【作者单位】曲阜师范大学物理工程学院,山东曲阜 273165;曲阜师范大学物理工程学院,山东曲阜 273165;曲阜师范大学物理工程学院,山东曲阜 273165;曲阜师范大学物理工程学院,山东曲阜 273165;曲阜师范大学物理工程学院,山东曲阜273165【正文语种】中文0 引言与线极化天线相比，圆极化天线有几个重要的优势：对抗多径干扰或衰落﹑减少电离层的“法拉第旋转”效应和降低极化失配。

南通大学线极化微带天线及天线阵设计分析35页PPT

61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学，如日中之光；志而好学，如炳烛之光。 ——刘向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好的教师是幸福，不如说好的教师是不幸。 ——海贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦。——杰纳勒尔·乔治·S·巴顿
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南通大学线极化微带天线及天线阵设计分析
26、机遇对于有准备的头脑有特别的亲和力。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力量泉源之一，也是成功的利器之一。没有它，天才也会在矛盾无定的迷径中，徒劳无功。- -查士德斐尔爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林斯潘。

线极化微带天线阵列的设计

线极化微带天线阵列的设计线极化微带天线阵列的设计ABSTRACTMicrostrip, microwave, originated in the middle of the last century, in the end of la st century has launched the research of practical antenna and made the first batch of pra ctical antenna, the microstrip antenna has made breakthrough progress now, no matter in theory or application on the depth and width of further development, this new antenna has been increasingly mature, its application to our daily life, military, science and techn ology are closely related. Compared with the common antenna microstrip antenna with small volume, light weight, the characteristics of thin section, it can be made with missil e and satellite surface phase structure, and suitable for mass production printed circuit te chnology. Therefore, microstrip antenna has been widely used in wireless communicatio n, remote sensing and radar. However, according to the structure of microstrip antenna, t here are still some shortcomings, such as narrow band, low efficiency, low gain and poo r directivity. The way to solve these problems is to arrange a number of antenna element s in a regular arrangement, and make up the antenna array to improve the gain and direc tion of the antenna.Based on the theory of microstrip antenna and basic theory of microstrip antenna ar ray, HFSS is used to analyze the array antenna. The array antenna with the center freque ncy of 5.8GHZ is designed, and the characteristics of the antenna are studied in detail. T he gain of antenna array is obviously larger than that of single microstrip antenna, and t he direction is better. Therefore, the antenna array was used for simulation and the corr elation parameters in the results were compared and analyzed, and the correlation param eters were optimized and adjusted. Simulation of the antenna of the indicators are up to par, the physical processing, and testing in microwave dark room to the related paramete rs of the antenna, and comparing with design index,the simulation results, finally reach ed the design requirements.Keywords: miccrostrip antennas antenna array directivity gain HFSS simulation 目录第一章绪论 (1)1.1 微带天线的发展、研究背景及意义 (1)1.2国内外研究现状 (1)1.3论文主要内容及工作 (2)第二章微带天线及其阵列基本原理 (4)2.1微带天线的结构 (4)2.2微带天线的基本原理 (4)2.3 微带天线的馈电 (6)2.4天线的特性参量 (8)2.5 功率分配器 (15)2.6 微带天线阵列 (17) 2.6.1微带天线阵列的分类 (17)2.6.2微带天线阵列的分析方法 (19)第三章线极化微带天线阵列设计及仿真 (21) 3.1 HFSS简介及仿真设计步骤 (21)3.2天线阵列单元仿真 (22)3.3功分器仿真 (25)3.4馈电网络仿真 (26)3.5阵列天线仿真 (28)第四章天线实物性能测试原理及结果 (33) 4.1测试原理 (33)4.2测试结果 (34)第五章结论 (37)结束语 (38)致谢 (39)。

南通大学线极化微带天线及天线阵设计

1.辐射贴片示意图如下图所示：
2.微带线两种馈线方式示意图
微带线馈电
同轴线馈电
3.两种馈电比较
由于我们平时所用的同轴馈电头都是 50 Ω，然而普通微带天线的输入阻抗一般都在 100 Ω以上，想要与之匹配，必须使用微带阻抗变换器，这样就会使微带天线基片面积增大。所以，如果对使用天线的面积有限制的话，那么背馈的方式为最佳。虽然背馈能够省去很多面积，但是作为阵列设计时，大部分采用侧馈方式，因为侧馈方式便于将能量馈入阵元。实际操作中可以先把天线和 50 Ω的馈线设计好，然后用实验的办法测定出阻抗变化器的宽度，再进行制作即可。
Ｈ面线极化方向图Ｈ面交叉极化方向图
方向图
0 10 0 -10 -20 -30 -40 -30 -20 -10 0 10 -150 180 150 -120 120 -90 90 -60 60 -30 30
Ｅ面交叉极化Ｅ面线极化
7.仿真结果分析
用软件根据基板的类型和厚度，计算得到的数据还是有差异的，需要自己不断的设置优化参数，进行优化，取定一个范围，设置变化步长，仿真出各种反射系数和增益图，得到最佳数据。总结一些结论。微带贴片的宽度决定了整体的中心频率，呈反比关系，馈线和贴片的长度决定了波端口输入阻抗，从而影响其反射系数和增益，当然，这个也是受到其他因素影响，比如空气盒子和贴片的距离，阵列中，贴片之间的距离，馈电的位置，波端口的大小，以及波端口后加上的铜片等等。
1.HFSS软件设计基本数据
基板中心频率介电常数损耗角正切值基板高度馈线的宽度波端口长度波端口高度贴片长度贴片宽度空气与贴片距离 RogersRT/duroid5880(tm) 2.5Ghz 2.2 0.0009 0.508mm 1.567mm 8*馈线宽度 6.5*基板高度 42.2mm 39.26mm 大于等于 / 2

1×4微带贴片天线阵的分析与设计

1×4微带贴片天线阵的分析与设计王谦【摘要】微带天线具有许多优点，如体积小、重量轻、剖面薄、容易与载体共形、与集成电路的兼容性好、易于大批量制作等，在近几十年中得到了广泛的应用。

但其主要缺点是频带较窄，因而限制了它更广泛的应用，针对于此，本文提出了引入直线阵的方法，并进行了深入分析和讨论。

【期刊名称】《黑龙江科技信息》【年(卷),期】2015(000)027【总页数】2页(P73-73,74)【关键词】宽频带;微带天线;直线阵【作者】王谦【作者单位】国家新闻出版广电总局九五二台，四川宜宾 644400【正文语种】中文在无线电技术领域，对于信息的传输，天线的作用是不可缺少的。

由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结构过于复杂，否则将增加天线制作和分析的难度。

本文采用引入直线阵方法来展宽天线的频带，既可展宽天线的频带，也不会使天线的结构过于复杂。

为了解决软件无线电所需的宽频带天线，本文将给出了1×4宽带微带天线阵一个完整的设计过程，利用计算机辅助，设计出一个中心频率在6GHz左右，带宽大于4%单个微带天线。

天线分析的基本问题是求解天线在周围空间建立的电磁场，求得电磁场后，进而得出其方向图、增益和输入阻抗等特性指标。

微带天线的分析方法主要分为两大类:基于简化假设的近似方法和全波分析方法。

全波分析方法有更好的适应性和更高的精度，但速度较慢。

第一种方法包括传输线模型、空腔模型和分段模型。

这种方法将贴片单元当作一段传输线或是空腔谐振器，简化了分析和计算，提高了速度，并且物理概念清晰，可以提供设计的初始数据。

2.1 微带天线的技术指标根据前面的理论分析，本文设计出的天线要达到以下几个技术指标:2.1.1 中心频率:f=6GHz；2.1.2 驻波比系数:VSRW<2.0；2.1.3 频带宽度:BW〉4%；2.1.4 增益:G>5dB;2.1.5 输入阻抗:50Ω。

线极化微带天线

第三章线极化微带天线矩形微带天线一、结构和设计要求矩形微带天线如图3-1所示，其与设计有关参量包括：辐射元长度L ，辐射元宽度W ，介质板厚度h ，介质板的长度LG 和宽度WG ，介质的相对介电常数r ε和损耗正切tan δ。

图中所示的馈线是所谓“侧馈”的微带线，后面将要论述到矩形微带贴片也可以用同轴接头的芯线穿过接地面和介质板的所谓“背馈”来激励。

矩形微带天线可以单独作为天线，也可用作各种微带天线阵中的阵元，后一种情况将在第七章中论述。

对矩形贴片微带天线的设计要求，总的来说要满足使用部门所提出的一系列技术指标，其中包括：（1）中心工作频率及频带宽度。

（2）方向特性，即方向性系数D ，增益G 及波束宽度。

（3）阻抗特性，一般以天线输入端电压驻波系数小于某一给定值的频带范围表示。

（4）极化特性，线极化时往往给定允许的交叉极化电平。

（5）机械结构要求，包括最大的安装面积和高度限制、安装条件及对天线保护盖板的技术要求。

（6）环境条件下的工作特性，其中包括在给定的振动、冲击、高低温、湿度、低气压及运输等条件下所必须满足的各项电气的和机械的性能指标。

（7）外部调整手段，这一般是指中心工作频率和输入阻抗的可调性。

二、介质基板的选取作为微带天线设计的第一步就是要选定介质基板并确定其厚度h ，这是因为基板材料的r ε和tan δ值及其厚度h 直接影响着微带天线的一系列性能指标。

1.对尺寸及体积重量的影响工作于主模01TM 模矩形微带天线贴片长度L 近似为/2g λ，g λ为介质内波长。

0g λλ=0λ为自由空间波长，e ε为有效介电常数，e ε可表示为：1/21110(1)22r r e h Wεεε-+-=++ 可见L 值与r ε直接相关。

当L 、W 取定后，则h 的取值决定着天线的体积和重量。

显然，当要求天线工作于较低的频段时，如果安装面积或体积重量有限制，应选用r ε较大的基板。

2.对方向特性的影响如在传输线模型分析法中所述，矩形微带天线的E 面方向图宽度与两辐射边间距L 有关。