单频圆形微带贴片天线设计
LS频段的圆极化双频单贴片天线设计-hjj
题目：L/S频段的圆极化双频单贴片天线设计1. 所设计天线的应用背景通信设备的不断更新和扩容，需减小天线之间的相互干扰，这就要求天线朝着宽频带方向发展。
为了充分利用越来越拥挤的微波频段，通常希望多个系统共用一副天线或者天线收发共用，这一现状促使了天线的双频甚至多频技术的出现。
现在市场上普遍流行的多模手机就是很好的例证。
圆极化天线具有可接收任意极化的来波、旋向正交性、圆极化波入射到对称目标时旋向逆转等极化特性，在面对云雨干扰、剧烈震动、影响重叠等外来因素干扰时表现优异，能满足在通信、雷达、电子对抗、电视广播等方面的更严格、更精密的探测或是传输要求，而小型化是集成电路的发展趋势。
近年来，宽带多频的圆极化微带天线发展迅速，广泛应用于军事和民用通信的多个领域。
本设计旨在介绍一种单贴片的双频圆极化天线的实现，该方法适用于设计工作于L/S频段的双频天线，具体应用领域包括卫星导航（GPS/BeiDou）、WLAN、RFID等。
2. 设计天线的关键或主要指标等的介绍该天线采用单贴片的微扰法来实现双频，即通过单一贴片激励两个主要的横磁波模式实现双频，这里主要是TM10和TM30模；采用简单的单同轴馈电实现圆极化，尺寸小结构紧凑。
天线的设计指标：中心频率：1.54GHz，2.98GHz反射系数：<-15dB增益：1dBi交叉极化：<-15dB3. 该类天线发展情况微带天线具有剖面薄、体积小、重量轻、平面结构、可共形、易集成、功能多样化、成本低、易于批量生产等一系列颇具特色的优点。
近年来国内外研究者在圆极化天线能与设备大小协调、多频工作等方面取得了一系列成果。
实现微带天线小型化的尝试繁多，具体有贴片表面狭缝加载,即通过在天线贴片中加载十字形狭缝、弯折的狭缝或Y形狭缝;贴片边缘加载狭长切口；方形和三角形贴片切角、圆形贴片边缘切割；贴片外加调谐枝节以及利用分形技术在贴片或者地板上加载特定尺寸的EBG结构等。
多频天线通常采用单贴片的多模谐振和贴片层叠的方法来实现。
一种圆形开槽微带天线的设计
方式 ， 微带天线 的等效谐振 电路等 。在这些影响因
素 中， 微带 天线 基 板 的相对 介 电常 数 、 介 质损 耗 角 、 几 何 尺寸 是基 本 的影 响 因素［ ２ ］ 。而使 微 带天 线 宽频
ａ ｎ ｄ Ｐ ｒ ｏ ｐ ａ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， １ ９ ８ ２ ， （ ３ ０ ） ： ９ １ ８ — ９ ２ ２ ．
本文 的分析和仿真可见 ， 在辐射贴片上开槽扩展 了
微 带 天线 的带宽 ， 也 实现 了天线 的小 型化 。
作者 简介 赖 慧芳 （ １ ９ ８ ５ 一） ， 女， 江西 石城人 ， 硕士研 究生 ，
助教 ， 主 要 研究 方 向 ： 光 学 工程 、 应用 光学 、 微 带 天
参考 文献
［ １ ］ Ｙａ ｎ ｇ Ｆ ， Ｚ ｈ ａ ｎ ｇ Ｘ Ｘ ， Ｙ ｅ Ｘ Ｎ， Ｙａ ｈ ｙ ａ Ｒ Ｓ
线。
圆环［ ４ ］ ， 通过贴片形状的变化 ， 使得天线等效谐振 电
路的 Ｑ值降低 ， 从而使天线获得更大 的带宽。或者
在天 线贴 片 开槽 或者 地 平 面开槽 ， 增加 天 线上 的 电 流路 径 长度 ， 使 天线 产生 一 个 比常 规矩 形贴 片 谐 振 频 率 较低 的谐 振 点 ， 从 而 扩展 了天 线 的带 宽 。通 过
Ｃ ｏ ｍｍｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ［ Ｊ ］ ． Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｎ ｎｔ Ａ ｅ ｎ ｎ ａ ｓ
ａ ｎ ｄ Ｐ ｒ ｏ ｐ ａ ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， ２ ０ ０ １ ， ４ ９ （ ０ ７ ） ： １ ０ ９ ４ — １ １ ０ ０ ． ［ ２ ］ Ｋ． Ｒ ． Ｃ ａ ｒ ｖ ｅ ｒ ， Ｊ ． Ｗ． Ｍｉ ｎ ｋ ． Ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ￣ ｉ ｐ ｎｔ Ａ ｅ ｎ ｎ ａ Ｔ ｅ — ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ［ Ｊ 】 ． Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ． Ｏｎ ｎｔ Ａ ｅ ｎ ｎ ａ ｓ ａ ｎ ｄ Ｐ ｒ ｏ ｐ ａ ｇ ａ — ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｊ ａ ｎ ． １ ９ ８ １ ， ２ ９ （ ０ ２ ） ： ２ － ２ ４ ． 【 ３ １ Ｖ． Ｐ ａ ｌ ａ ｎ ｉ ｓ ａ ｍｙ ａ ｎ ｄ Ｒ． Ｇ ａ ｒ ｇ ． Ｒ ｅ ｃ ｔ ａ ｎ ｇ ｕ ｌ ａ ｒ － － Ｂａ ｎ ｄ Ｅ－ － ｓ ｈ ａ ｐ ｅ ｄ Ｐ ａ ｔ ｃ ｈ Ａｎ ｔ ｅ ｎ ｎ ａ ｓ ｆ ｏ ｒ Ｗｉ ｒ ｅ ｌ ｅ ｓ ｓ
一种新型单层单贴片宽带圆形微带天线
・
２４ ７ ・
弹 箭 与 制 导 学 报
一
种新型单层单贴 片宽 带圆形微带天线
丁 毅 ， 光 明 ， 文 然 王 苏
（ 军 工 程 大学 导 弹学 院 。 西 三 原 ７３ ０ ） 空 陕 １ ８ ０
摘
要 ： 计 了 一 种 新 型单 贴 片单 层 的开 缝 微 带 天 线 。天 线 开 缝 后 产 生 了 两 个 相 近 的 谐 振 点 ， 过 对 缝 隙 的 设 通
ｏ Ｏ ｆ１
ｆｏ ２ ６ ＧＨｚ ｔ ． ２ ｒ ｍ ． ４ Ｏ ２ ９ ＧＨｚｉ ｏ ｔ ｉｅ ｏ ｈ ｓｎ ｖ ｌ ｎ ｅ ｎ ． ｔ Ｓｅ ｓ Ｏｍ ａ ｅ ａ ｄ ｔ ｅ ｐ ｏ ｉ Ｏ ｄ ｅｔ ｈ ｂ ａｎ ｄ ｆ ｒｔ ｉ ｏ ｅ ｔ ｎ ａ Ｉ ’ ａ ｙ ｔ ｋ ｎ ｈ ｒ ｆｌ ｉ ｌ Ｗ ｕ Ｏ ｔ ｅ Ｓ ａ ｅＳ
ｔｐｅｒｓ ｎ ｎ ｒｑ ｅ ｃｅ ｙ ｌａ ｉｇ ｔ ｓ ａ ｅｓｏｓ ｙａ ｊ ｓｉｇ ｔｅｓｚ ｆｔ ｅｓｏｓ Ｉ ｍａ ｅ ｈ ｓ ｐ ｒ ｔ ｇ ｆｅ ｉｌ ｅｏ ａ ｔｆｅ ｕ ｎ ｉｓｂ ｏ ｄｎ ｗｏＬ—ｈ ｐ ｌｔ，ｂ ｄｕ ｔ ｈ ｉｅｏ ｈ ｌｔ． ｔ ｋ ｓｔ ｅｅｏ ｅａ ｉ ｒ— ｎ ｎ
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一种圆形开槽微带天线的设计
一种圆形开槽微带天线的设计介绍：微带天线是一种常见的天线形式，广泛应用于无线通信系统中。
圆形开槽微带天线是一种具有较大带宽和较高辐射效率的设计。
它由圆形金属基底和中心开槽组成，通过调整开槽的参数，可以实现不同频率上的工作。
设计步骤：1.选择合适的基底材料：常见的基底材料有FR-4玻璃纤维胶片和PTFE，选择材料时要考虑其介电常数和损耗因子。
2.计算基底尺寸：根据工作频率和介电常数，计算得到合适的基底尺寸。
对于圆形开槽微带天线，基底的直径应大于波长的四分之一3.设计圆形开槽：圆形开槽是通过在基底中心开一个圆形孔的方式实现的。
孔的直径和位置会影响天线的工作频率和辐射特性。
可以使用天线模拟软件进行仿真和优化。
4.添加微带线：在孔的边缘连接到微带线，微带线的宽度和长度也是可以调整的参数之一、微带线的长度可以根据公式l=λ/4来计算，其中l为微带线长度，λ为工作频率的波长。
5.优化设计：通过仿真和测试，对设计进行优化。
可以调整基底尺寸、开槽参数和微带线参数等，以实现更好的性能。
6.制作天线：使用PCB制作技术将设计好的天线印刷在基底上。
可以选择双面PCB板，将微带线印刷在一侧，然后通过焊接连接到另一侧，形成闭路。
7.测试性能：通过测试，检验天线的工作频率、辐射特性和带宽等性能指标。
8.优化设计：根据测试结果，对设计进行再次优化，进一步改善性能。
总结：圆形开槽微带天线是一种常见的天线设计，可以实现较大的带宽和较高的辐射效率。
在设计过程中，需要选择合适的基底材料和尺寸，并进行开槽和微带线的优化。
通过仿真、制作和测试，可以获得理想的性能。
这种设计可以广泛应用于无线通信系统中。
圆极化微带天线的设计及研究
摘要微带天线具有体积小，重量轻，低剖面，制造成本低，易于批量生产，易于和微带线路集成等特点，能得到单方向的宽瓣方向图，易于实现双频段、双极化等多功能工作。
这些优点使得微带天线在大约100MHz～100GHz宽广频域上，广泛应用于包括卫星通信、雷达、遥感、制导武器以及便携式无线电设备。
论文首先回顾了微带天线的发展史，介绍了它的结构、优缺点及应用，然后给出了微带天线的几种分析方法，包括传输线法，空腔模型法，积分方程法等，并介绍了微带天线圆极化的原理和实现方法以及微带天线的馈电方式。
然后在Ansoft HFSS中创建了一个单馈圆极化微带天线和双馈圆极化微带天线，分析了S11和VSWR参数，画出了方向图。
为了实现圆极化，进行了轴比的优化仿真，达到了较为理想的结果。
关键词：微带天线、圆极化、轴比AbstractThe microstrip antennas has the volume to be small, the weight is light, the low section plane, the production cost is low, easy volume production, easy and characteristics and so on microstrip line integration, can obtain the single direction wide petal directional diagram, easy to realize, the double polarization dual range and so on multi-purpose work. These merits cause the microstrip antennas in approximately the 100MHz-100GHz broad frequency range, widely applies in includes the satellite communication, the radar, the remote sensing, the guided weapon as well as the portable wireless apparatus.The paper first reviewed microstrip antennas's history, introduced its structure, the good and bad points and the application, then have given microstrip antennas's several analysis method, including the transmission long-base method, the cavity modeling, the integral equation law and so on, and introduced the microstrip antennas circular polarization's principle and realizes the method as well as microstrip antennas's feed method. Then AnSoft Hfss in the creation of a single-fed circular polarization microstrip antenna and double-fed circular polarization microstrip antenna and double-fed circular polarization microstrip antenna, the analysis of the S11 and VSWR parameters, to draw a pattern. In order to achieve circular polarization, the axis carried on the optimization simulation, to a more satisfactory results.Key words：microstrip antenna；circular polarization; axial ratio目录摘要 (I)ABSTRACT (II)目录 (III)第一章绪论 (1)§1.1微带天线的发展 (1)§1.2微带天线的定义和结构 (1)§1.3微带天线的优缺点 (2)§1.4微带天线的应用 (3)第二章微带天线的原理技术 (4)§2.1微带天线的辐射机理 (4)§2.2微带天线的分析方法 (5)§2.2.1传输线模型法 (5)§2.2.2空腔模型法 (8)§2.2.3积分方程法 (8)§2.3微带天线的馈电方法 (9)§2.4微带天线圆极化技术 (10)§2.4.1圆极化天线的原理 (10)§2.4.2圆极化实现技术 (11)§2.5其他形式的微带天线 (15)第三章圆极化微带天线的仿真与优化 (19)§3.1A NSOFT HFSS高频仿真软件的介绍 (19)§3.2圆极化微带天线的仿真优化 (19)§3.2.1圆极化微带天线的仿真设计 (19)§3.2.2天线轴比的优化 (22)第四章双馈圆极化微带天线的设计 (25)§4.1两路微带等功率分配器的设计与仿真 (25)§4.2双馈圆极化微带天线的仿真分析 (29)§4.2.1创建天线模型 (29)§4.2.2 优化天线模型 (33)致谢 (37)参考文献 (37)第一章绪论§1.1微带天线的发展微带天线的概念早在1953年就已经提出了，但并未引起工程界的重视。
设计实验 微带贴片天线设计
设计实验微带贴片天线的设计一、实验目的Fig. 1 微带贴片天线设计思路1、通过HFSS仿真设计微带贴片天线，具体参数要求如下：✓工作频率为2.6GHz，使用材料为FR4（相对介电常数ε=4.4），厚度为1.6mm的双面覆铜板；✓辐射贴片采用夹角为180°的扇形贴片，利用50Ω的微带线进行馈电，用1/4波导微带匹配段对天线进行阻抗匹配；✓要求天线的血站频率在2.55GHz~2.65GHz范围内，且仿真参数S11在谐振频率出小于-13dB。
2、天线设计思路参考Fig.1，仿真成功后做出实物板。
二、实验原理1、HFSS仿真设计流程：建立模型→设置边界和激励（包括金属板、介质板和空气盒子）→建立优化→设置求解条件，并执行仿真→生成结果。
2、利用APPCAD计算微带线参数：介质板厚度为1.6mm，FR4材料的相对介电常数ε=4.4，中心频率为2.6GHz，根据APCAD计算，如图Fig.2所示，为使微带线馈电电阻为50.04Ω，微带线宽度应为W3=3.06mm，并且1/4波导微带匹配段的长度应为L=15.65mm.Fig. 2 扇形贴片天线参数计算同时，金属板尺寸为100mm×75mm，可初步估计扇形半径R=33mm，馈线长度L3=5mm，匹配段宽度W=1mm。
根据以上参数可绘制如图Fig.3所示。
Fig. 3 扇形贴片天线参数和设计示意图3、制板流程：导出图形→打印胶片→PCB板打孔穿线→将胶片固定在PCB板上进行曝光→显影→刻蚀→用酒精除去感光膜→焊接→测试。
三、仿真过程与分析正面示意图背面示意图Fig. 4 微带贴片天线设计金属板示意图1、建立模型（Fig.4）。
打开HFSS，绘制介质板，第一个点（-10，0，0），第二个点相对坐标为（100，75，-1.6），建立尺寸为100mm×75mm×1.6mm的长方体。
●绘制正面图形：绘制馈线：第一个点（38.475，0，0），第二个点相对坐标（3.06，5，0），建立3.06mm×5mm的矩形馈线。
圆形贴片
一、设计原理矩形贴片是微带贴片天线最基本的模型，本设计就是基于微带贴片天线基础理论及熟练掌握HFSS10仿真软件基础上，设计一个右手圆极化圆形贴片天线，其工作频率为2.45GHZ，分析其园区福设成以及S曲线。
二、仿真步骤1、建立新的工程运行HFSS，点击菜单栏中的Project>Insert HFSSDesign,建立一个新的工程。
2、设置求解类型（1）在菜单栏中点击HFSS>Solution Type。
（2）在弹出的Solution Type窗口中（a）选择Driven Modal。
（b）点击OK按钮。
3、设置模型单位将创建模型中的单位设置为毫米。
（1）在菜单栏中点击3D Modeler>Units。
（2）设置模型单位（a）在设置单位窗口中选择：mm。
（b）点击OK按钮。
4、创建微带天线模型（1）创建地板GroundPlane。
在菜单栏中点击Draw>Rectangle，创建矩形模型。
在坐标输入栏中输入起始的坐标：X：-45，Y：-45，Z：0.按回车键。
在坐标输入栏中输入长、宽：dX:90,dY:90,dZ:0按回车键。
在特性（Property）窗口中选择Attribute标签，将该名字修改为GroundPlane。
（2）为GroundPlane设置理想金属边界。
在菜单栏中点击Edit>Select>By HFSS>Boundaries>Assign>Perfect E.在理想边界设置窗口中，将理想便捷命名为PerfE_Ground,点击OK确认。
在3D模型窗口中将3D模型以合适的大小显示。
（3）建立介质基片。
在菜单栏点击Draw>Box或者在工具栏中点击按钮，创建长方体模型。
在击右下角的坐标输入栏中输入长方体的起始坐标：X:-22.5，Y：-22.5，Z：0。
按回车键结束输入。
输入各坐标时，可以用Tab键来切换。
输入长方体X、Y、Z三个方向的尺寸：dX:45,dY:45,dZ:5按回车键结束输入。
基于单贴片圆形微带天线的交叉口径耦合馈电天线模型设计
基于单贴片圆形微带天线的交叉口径耦合馈电天线模
型设计
不停车电子计费系统（ETC）是一种用于高速公路、桥梁以及隧道等众多收费场所的全自动电子化收费系统，是解决高速公路收费口拥堵、节约高速公路用地资源及节能减排的有效手段。
相比较正在使用的人工半自动收费方式，电子不停车收费技术可使车道通行能力提升3至5倍。
ETc系统通过自动车辆识别系统（AVI）以及收费信息的实时在线交互来实现车辆和收费站之间的无线通信。
通过车辆的RFID系统和路边收费单元之间的短距离专用通信，ETC系统可以在没有其他任何人为协作的情况下独自完成整个收费的流程。
文章针对ETC系统设计了一款天线以用于其车载（OBU）单元。
为了满足小型化、宽频带、以及圆极化的要求，文章对众多的微带天线形式进行了研究。
普通的单贴片微带天线的圆极化带宽是很窄的，一般都不超过1％。
使用微带天线阵技术，可以较大幅度地提高带宽，但天线的结构复杂。
而对于单贴片微带天线来说，采用一些新型的馈电技术可以有效地展宽天线的圆极化带宽。
如采用共面波导馈电、L型馈电、双馈或四馈技术等等，虽然带宽得到很大提高，但是结构也比较复杂。
文章基于单贴片的圆形微带天线，设计了一款交叉口径耦合馈电的天线模型，此种馈电方式比较易于产生圆极化波，而且其阻抗匹配以及频带宽度等。
设计4：圆极化微带天线设计
分析结果：①谐振频率随Lc的变大而降低 ；
②当Lc在
44.4mm~44.5mm之间时，谐振频率在1.58GHz~1.57GHz之间
查看输入阻抗和馈电位置的关系
查看当Lc=44.45mm时的输入阻抗
实部 虚部
当工作频率为1.575GHz时，输入阻抗为（32.34+j8.51）Ω， 要使输入阻抗为50 Ω左右，则L1的值必须大于初始值6.9mm。
查看输入阻抗和馈电位置的关系
添加L1的参扫：范围7.4mm~9mm，间隔0.2mm
分析结果：①输入阻抗随L1的变大而变大 ； ②当L1=8.8mm时，输入阻抗约为50Ω
优化分析
优化变量
Lc
8mm~9mm 44mm~45mm
dB(S(1,1))
目标函数 dB(AxialRatioVa lue)
单馈电圆极化天线实现原理
同轴线的馈电点位于辐射贴片的对角线位置时，可以激发 TM10和TM01两个模式如果让辐射贴片的长宽相同，这样激发 的两个模式的频率相同、强度相等，而且两个模式电场的相位 差为零。若辐射贴片谐振长度Lc，微调谐振长度：L=Lc+a W=Lc-a。前者对应容抗，后者对应感抗，调节a的值，使每一 个阻抗实部和虚部相等（B=G），则两阻抗大小相等，相位分 别为-45和+45，这就满足了圆极化条件
1.6mm Lc-Delta Lc+Delta 6.9mm
50mm L1
46.1mm 0.0143*Lc
查看天线的谐振点
m
f 1.53GHz
S11 -16.89dB
在初始尺寸下的谐振频率为1.53GHz，而设计要求中心频率为 1.575GHz，因此需要参数扫描分析谐振频率和Lc的关系
圆形贴片天线尺寸计算公式
圆形贴片天线尺寸计算公式
而对于圆形贴片天线尺寸的计算公式，主要有以下几种方式：
1.感性计算法
D=2[(L/C)/(εr某c)]^(1/2)
其中，c为光速。
2.基于共振模式的计算法
根据圆形贴片天线的共振条件及导体长度L，可得到其直径D的公式。
其计算公式如下：
D=λ0/(2π某(1+2L/λ0)^(1/2))
其中，λ0为自由空间波长。
3.基于谐振频率的计算法
在圆形贴片天线上，会存在多个谐振频率，其较低的谐振频率会对应
着天线的共振频率。
因此，根据该共振频率f0及介质厚度h，可计算出
天线直径D的公式。
其计算公式如下：
D=λ0/(2π某(1-2h/λ0)^(1/2))
以上三种方式都可以用来计算圆形贴片天线的尺寸，其中采用不同的
基础理论和参数，计算结果可能存在差异，需要进行实验验证。
除此之外，还有一些实用技巧在圆形贴片天线的设计中也很重要。
例如，可以采用折角设计来减小天线取向不稳定性，或者采取贴片叠层技术
来实现多频段宽带操作。
综合使用这些技巧，可以设计出高性能、小尺寸的圆形贴片天线。
（多图）单频圆形微带贴片天线设计
（多图）单频圆形微带贴片天线设计关键字：微带贴片天线同轴馈电 HFSS软件回波损耗微带天线是在一块背面敷以金属薄层作接地板的介质基片上，贴一金属辐射片而形成的天线。
它有微带线和同轴线这两种主要的馈电方式。
微带天线在金属贴片与金属接地板之间激发辐射场，通过贴片四周与接地板之间的缝隙向外辐射，因此也称作缝隙天线。
频带窄、功率容量小、损耗大和基片对性能影响较大等是微带天线的缺点，其优点是体积小，质量轻，低剖面，制造简单，成本低，易集成，容易实现双频、多频段工作等，也正是这些优点，使得工作在100 MHz~50 GHz频率范围内的微带天线常用于卫星通信、指挥和控制系统、导弹遥测、武器引信、环境检测等。
无线电引信在军事上可用于控制武器弹丸的引炸，来达到最大的杀伤效果。
而天线属于引信察觉装置的一部分，用于发射和接收信号。
所以，天线的性能对引信的工作状态以及武器弹丸的杀伤力有非常大的影响。
由于天线要附着在弹头上，而一般的弹体头部大都是圆锥形，为了便于将微带天线安装在弹头部位，本文将设计一个中心频率为7.2 GHz的圆形微带贴片天线，其相对介电常数为εr = 4.4，损耗正切tan δ = 0.164 6。
1 圆形微带天线设计1.1 介质设计在天线设计中，介质基片的材料及厚度，对天线的性能有很大影响，所以首先需要考虑介质的材料及其厚度。
而材料选择主要考虑的电特性参数是其相对介电常数εr和损耗角正切tan δ。
介电常数的稳定性非常重要，变化的介电常数将导致贴片频率漂移。
介电常数大能减小贴片尺寸，但通常也会减小贴片单元带宽；介电常数小又会增加贴片周围的边缘场，降低辐射效率。
大损耗基片常常会降低天线效率，增加反馈损耗，所以在选择介质材料时，需要综合考虑。
本设计综合考虑后，确定以FR4环氧树脂板为介质材料，其相对介电常数为εr= 4.4，损耗正切tan δ = 0.164 6，这也是微带天线设计中常用的一种材料。
对基片的厚度而言，厚介质基片，可提高天线机械强度、增加辐射功率、减小导体损耗，展宽频带；但同时也会增加介质损耗，引起表面波的明显激励。
圆形微带天线
(26)
E j n
hE z (a,0)ak 0 e jk 0 r cos n J n1 (k 0 a sin ) J n1 (k 0 a sin ) (27) 2 r
E j n
hE z (a,0)ak 0 e jk 0 r cos sin n J n 1 (k 0 a sin ) J n1 (k 0 a sin ) (28) 2 r
（11）
由式子（1） 、 （8 ） 、 （11）可得电场的表示式
J 0 (k 0m ) 2 2 k 2a (k 2 k 2 ) aJ (k a) m 2 0 0m 0m E z j J 4a(sin n ) cos n( ) J n (k nm ) n2 2 m1 n 1 n(k 2 k nm ) (a 2 2 ) J n (k nm a ) k nm
2
2
(31)
cos sin n J n1 (k 0 a sin ) J n 1 (k 0 a sin ) sin d d
该式可简化为
(hE z (a,0)ak 0 ) 2 Pr Ir 1920
式中
(32)
I r J n1 (k 0 a sin ) J n 1 (k 0 a sin )
(16)
(17)
已知 k 01 0 ，所以以上二式可以写成
2 ˆ j 2 J M ( a, ) 2 2 m 1 (k k 0m )a m 1 2 E z (a, ) j J 2 2 m1 (k k 0m )a m1
一种2.4GHz圆极化微带贴片天线的设计与实现
0 引言20世纪70年代中期，微带天线理论得到重大发展。
微带天线由于体积小、重量轻、馈电方式灵活、成本低、易于目标共形等优点而深受人们亲睐，在移动通信、卫星通信、全球卫星定位系统（GPS）、无线局域网通信等领域得到了大力推广和广泛应用。
然而随着卫星通讯、运载火箭测控通讯技术的不断发展，雷达应用范围的扩大以及对高速目标在各种极化方式和气候条件下的跟踪测量需要，单一极化方式很满足要求，圆极化天线的应用研究就显得十分重要[1-2]。
圆极化天线具有旋向正交性，即圆极化波入射到对称目标（平面、球面等）具有旋向逆转的特性，这一特性在通信、电子对抗中得到广泛应用，尤其是在移动通信和GPS 领域中用来抗雨雾干扰和多径反射；圆极化天线能够接收任意极化的来波，其辐射波也可被任意极化的天线接收，这一特性在电子对抗中用来干扰侦察敌方的各种线极化、椭圆极化的无线电波，在微波探测领域用来减少信号漏失并提高探测灵敏度[3]。
基于微带圆极化天线的优点，为一谐波探测雷达设计了中心频率为2.4GHz 的圆极化微带贴片发射天线，使得谐波探测雷达在探测时不需考虑扫描角度的影响，提高了探测的速度和灵敏度，文中将给出天线的详细设计方案和实测性能。
1 微带贴片天线工作原理1.1 辐射机理微带天线是在带有导体接地板的介质基片上贴加金属薄片而形成的天线[4]。
通常介质基片的厚度与波长相比是很小的，属于电小天线。
微带天线结构比较简单，实际上就是一块印刷电路板，全部功率分配器、匹配网络、辐射器都可以刻在介质基片的一侧，另一侧为金属地板。
导体贴片一般是规则形状的面积单元，如矩形、圆形、三角形、椭圆形或其它形状，其中矩形贴片较为常用。
其馈电方式也是多种多样，除微带线馈电和同轴线馈电两种基本方式外，还有临近耦合馈电、口径耦合馈电、共面波导馈电等技术。
常用的微带天线是由微带传输线馈电的矩形贴片天线[5]。
在贴片和接地板之间激励起射频电磁场，并通过贴片四周与接地板间的缝隙向外辐射，因此微带天线也可看作是一种缝隙天线。
圆形贴片天线尺寸计算公式
圆形贴片天线尺寸计算公式
圆形贴片天线的尺寸是根据天线的工作频率和介质常数来计算的。
圆形贴片天线是一种常用的微波天线，广泛应用于无线通信和雷达系统中。
在设计圆形贴片天线时，需要考虑天线的共振频率和天线尺寸之间的关系。
一般来说，圆形贴片天线的直径与工作频率之间存在一定的比例关系。
计算圆形贴片天线的尺寸需要用到以下公式：
1. 圆形贴片天线的直径 D (mm) = 300 / f (GHz) ，其中 f 为天线的工作频率（单位为 GHz）。
这个公式是根据速度光常数和天线的共振频率之间的关系得出的。
2. 圆形贴片天线的长度 L (mm) = 0.25 * D (mm) 。
这个公式是根据天线的长度与直径之间的比例关系得出的。
3. 圆形贴片天线的宽度 W (mm) = 0.5 * D (mm) 。
这个公式是根据天线的宽度与直径之间的比例关系得出的。
需要注意的是，这些公式是基于理想情况下的天线设计，实际应用中
可能需要根据具体的情况进行调整。
例如，考虑到天线与周围环境的相互作用，可能需要对天线尺寸进行微调。
此外，还需要根据天线的介质常数来选择合适的材料。
介质常数会影响天线的工作频率和性能。
常见的材料有 FR-4 玻璃纤维复合材料和PTFE（聚四氟乙烯）等。
总之，圆形贴片天线的尺寸计算是天线设计的重要一步，通过合理选择天线尺寸和材料，可以提高天线的性能和工作效果。
新型S波段宽带圆形贴片天线的设计
新型S波段宽带圆形贴片天线的设计0 引言微带天线是在带有导体接地板的介质基片上贴加导体薄片而形成的天线，它具有剖面薄，体积小，重量轻，容易实现多频段等优点。
但微带天线有其固有缺陷，即宽带比较窄，一般只有5％左右。
因此，展宽微带天线的带宽具有十分重要的意义。
目前，随着微带天线的应用越来越广，对于如何展宽天线的带宽已经出现了很多有效的方法，其基本方法有以下几种：(1)增大微带介质的厚度；(2)降低微带介质的介电常数；(3)采用有耗介质；(4)附加阻抗匹配网络等。
前两种方法制作起来比较简单，容易加工；第三种方法以天线增益的降低为代价；第四种方法需要设计宽带匹配电路，电路结构复杂，制作难度大。
本文设计了一种新型天线，该天线采用较厚的空气层与较薄的聚四氟乙烯双层介质，在前两种方法的基础上又利用金属电容片补偿同轴探针馈电时所引入的电感，同时在辐射贴片上开缝形成双峰谐振，进一步拓展了天线的带宽。
文中对本天线，采用同轴探针直接馈电的天线与仅采用电容补偿馈电的天线的带宽进行了比较。
对微带天线进行计算与仿真，调节圆弧形缝隙的位置与长度，可以使单个圆形贴片的阻抗带宽在S波段内达到38％甚至更高，满足了现代通信对天线带宽的要求。
1 微带天线的模型结构微带贴片天线的模型结构，辐射贴片与接地板之间的介质由两部分组成，下层为空气介质，其厚度为h1，上层是聚四氟乙烯，厚度为h2，并且h1远大于h2，这样的组合既可以增大介质层的厚度，又可以等效降低相对介电常数。
与传统探针直接馈电不同，本天线在探针顶部加载了一个小的圆形金属贴片对上层的辐射贴片进行耦合馈电，电容片的半径为R，位置处于两层介质的交界面上。
顶层的辐射贴片并没有采用普通的圆形贴片，而是在其适当的位置开了一个圆弧形槽。
辐射贴片的半径为R_out，圆弧槽的外半径为R_slot，宽度为 d_slot，两端口之间的距离为W，馈电同轴探针距离贴片圆心的水平距离为feed。
2 微带天线的理论分析圆形微带天线的谐振频率可近似用下式表示：式中：a 为圆形贴片的半径；εr为介质的有效介电常数。
圆形微带天线毕设论文..
大连海事大学毕业论文二○一三年六月圆形微带天线的仿真设计专业班级：通信工程1班姓名：徐睿指导教师：王钟葆信息科学技术学院摘要微带天线以其体积小、重量轻且容易实现多频段的特点，越来越得到广泛应用，但其带宽较窄，限制了其发展，因此展宽微带天线的带宽具有十分重要的意义。
为了拓宽阻抗带宽，本文通过HFSS仿真软件，对圆形微带天线进行建模研究。
天线采用聚四氟乙烯和空气两层介质，通过同轴探针顶部加载圆形金属电容片来对辐射贴片进行耦合馈电，由此补偿探针引起的电感，调整圆形贴片尺寸、金属电容片尺寸和馈电点位置，来达到谐振点。
并且分析了不同厚度空气层介质对微带天线带宽的影响，分析其规律，最终使天线带宽达到最大。
本文中建模仿真的工作频率为2.45GHz，分析结果表明最终得到带宽达到24%，远超过一般微带天线的2%-5%。
关键字：宽频带；圆形微带天线；电容馈电ABSTRACTMicrostrip antenna is getting widely used because of the characteristics of small volume, light weight, and easily achieving multi-band operation. But the narrow bandwidth totally limited its development, improving the bandwidth of the microstrip antenna has much vital significance.In order to broaden the impedance bandwidth, a study on the circular microstrip antenna based on the HFSS simulation software is performed in this paper. The antenna consists of two layer medium, which are the PTFE and the air, feeding the radiation patch by adding a circular metal capactive patch to the top of coaxial probe, so this could cancel out the inductance caused by probe. By adjusting the size of the radiation patch and capacitive patch, and the position of the feed point, the resonance point can be achieved. The analysis of the effect of different thickness of the air layer on the bandwidth of microstrip antenna is performed to find the maximum bandwidth.The operation frequency of the designed antenna in this paper is 2.45GHz, the results show that the bandwidth of 24%, far more than 5% of the traditional microstrip antenna.Keywords：Broadband; Circular microstrip antenna; Capactive fed目录第1章绪论 (1)1.1 概述 (1)1.1.1国内外研究动态 (2)1.1.2.研究目的和意义 (2)1.2 本章小结 (2)第2章微带天线的基本理论 (3)2.1 概述 (3)2.2 微带天线的分析方法 (3)2.2.1 传输线法 (4)2.2.2 空腔模型 (5)2.2.3 其它方法 (6)2.3 微带天线的馈电方法 (6)2.3.1 微带线馈电 (6)2.3.2 同轴线馈电 (6)2.3.3 电磁耦合馈电 (7)2.4微带天线频带展宽的方法 (7)2.4.1采用厚基板 (7)2.4.2采用相对介电常数较小或损耗角正切较大的基板 (7)2.4.3附加阻抗匹配网络 (8)2.4.4采用楔形或阶梯形签板 (8)2.4.5采用非线性基板材料 (8)2.4.6采用非线性调整元件 (8)2.4.7采用在贴片或接地板“开窗”的办法 (9)2.5空气介质对天线影响 (9)2.6 本章小结 (9)第3章软件模型构建 (11)3.1 HFSS简介 (11)3.2模型建立 (11)3.2.1分步建模 (11)3.2.2模型效果图 (13)3.3 分析设置 (14)3.4本章小结 (15)第4章 (16)4.1微带天线的理论分析 (16)4.2 仿真分析 (16)4.2.1. S参数图 (16)4.2.2 Z参数图 (18)4.2.3 电压驻波比和方向图 (19)4.3比较不同空气层厚度 (21)4.3.1 空气层厚度8mm (21)4.3.2 空气层厚度10mm (23)4.3.3 空气层厚度12mm (25)4.3.4 比较分析 (27)4.4 本章小结 (28)结论 (29)参考文献 (30)致谢 (32)圆形微带天线的仿真设计第1章绪论1.1 概述微带天线是20世纪70年代出现的一种新型天线形式。
(完整word版)圆极化微带天线设计
GPS圆极化微带天线设计1.1微带天线简介微带天线是在一块厚度远小于工作波长的介质基片的一面敷以金属辐射片7面全部敷以金属薄膜层做接地板而成°GP茨线通常使用平面天线和螺旋形天线。
近年来微带天线由于具有重量轻,体积小，易于实现圆极化。
而GP功能在个人行动通讯设备特别是手机中的普及，更使得GP头线的小型化研究成为十分热门的话题。
1.2GPS微带天线结构与原理上图是一个简单的微带天线结构，由辐射元，介质层和参考地三部分组成。
与天线性能相关的参数为辐射元的长度L,辐射元的宽度W,介质层的厚度h,介质的相对介质电常数& r ，介质的长度和宽度。
1.3辐射机理理论上可以采用传输线模型来分析其性能，假设辐射贴片的长度近似的为半波长，宽度为w,介质基片厚度为h,工作波长为入；我们可以将辐射贴片，介质基片和接地板视为一段长度为入/2的低阻抗微带传输线，在传输线的两端断开形成开路。
由于介质基片厚度hvv入，故电路沿着h方向基本没有变化。
最简单的情况可以假设电场沿着宽度w方向也没有变化。
那么在只考虑主模激励（TM10 模）的情况下辐射基本上可以认为是由辐射贴片开路的边缘引起的。
在两开路的电场可以分解为相对于接地板的垂直分量和水平分量，由于辐射贴片长度约为半个波长，所以两垂直分量方向相反，水平分量方向相同。
因此，两开路端的水平分量电场可以等效为无限大平面上同相激励的那个缝隙，缝隙的宽度为厶L （近似等于基片厚度h）,长度为w,等效缝隙相距为半波长，缝隙的电场沿着w方向均匀分布，电场方向垂直于w。
1.4微带天线贴片尺寸估算考虑到边缘缩短效应后，实际的辐射单元长度 L 应为L 二—c-2 △ L 式中e 是有效介电常数，△ L 是等效辐射缝隙长度, f ” e 同轴线馈电点的位置，宽度方向上馈电点的位置一般在中心点， 在长度方向上边 缘处（x= L/2 ）的输入阻抗最高。
由以下的公式计算出输入阻抗为 50欧姆的馈 电点位置： L12HFSS 设计环境概述2.1模式驱动求解。
课程设计：基于cst仿真的6GHz圆极化微带贴片天线设计
Harbin Institute of Technology课程设计说明书（论文）课程名称：天线仿真设计题目：圆极化微带天线的仿真院系：班级：设计者：学号：指导教师：设计时间：哈尔滨工业大学一、课程设计目的1、了解微带天线的辐射原理和分析方法，并掌握微带天线尺寸计算一般过程；2、了解微带天线圆极化的方法，并设计一种圆极化微带天线；3、学习并掌握CST软件的使用，熟悉天线仿真的流程，并完成天线的优化设计。
二、天线设计目标本文设计的圆极化矩形微带贴片天线的中心频率为6 GHz，并且将满足一下技术指标：1、反射系数S11<10dB（VSWR<2）；2、天线轴比小于3dB；3、绝对带宽100MHz；4、增益大于5dB；5、输入阻抗50Ω；6、波瓣宽度大于70deg。
三、微带天线背景1、微带天线简介微带天线是近30年来逐渐发展起来的一类新型天线。
早在1953年就提出了微带天线的概念，但并未引起工程界的重视。
在50年代和60年代只有一些零星的研究，真正的发展和使用是在70年代。
常用的一类微带天线是在一个薄介质基(如聚四氟乙烯玻璃纤维压层)上，一面附上金属薄层作为接地板，另一面用光刻腐蚀等方法作出一定形状的金属贴片，利用微带线和轴线探针对贴片馈电，这就构成了微带天线。
由于微带天线有独特的优点，而缺点随着科技的进步正在研究克服，因此它有广阔的应用前景。
一般说来，它在飞行器上的应用处于优越地位，可用于卫星通讯、天线电高度表、导弹测控设备、导引头、环境监测设备、共形相控阵等。
徽带天线在地面设备上应用也有其优势方面。
特别是较低功率的各种民用设备，例如医用微波探头，直播卫星的接收阵以及当前的蓝牙设备的收发天线等，由于微带带天线能集成化，它在毫米波段的优势非常明显。
当然它并不是完美无缺的，我们将其与微波天线相比，简单介绍它的优缺点。
微带天线和常用的微波天线相比较，它有以下一些突出的优点：(1)重量较轻，体积比较小，剖面低，能与飞行器等载体共形。