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天线CAD微带天线 天线CAD微带天线 基本要求：工作频带1.1-1.2GHz ，带内增益≥4.0dBi ，VSWR ≤2:1。微波基板介电常数为 0=6.0 ，厚度H ≤5mm ，线极化。总结设计思路和过程，给出具体的天线结构参数和仿真结果，如VSWR 、方向图等。（80分） 拓展要求：检索文献，学习并理解微带天线实现圆极化的方法，尝试将上述天线设计成左旋圆极化天线，并给出轴比计算结果。（20分） 一． 微带天线 1. 结构与分类 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。当贴片是一面积单元时，称它为微带天线；若贴片是一细长带条则称其为微带振子天线。 长为L ，宽为W2的矩形微带天线元可看作一般低阻传输线连接两个辐射缝组成。L 为半个微带波长即为λg/2时，在低阻传输线两端形成两个缝隙a-a 和b-b ，构成一二元缝阵，向外辐射。 另一类微带天线是微带缝隙天线。它是把上述接地板刻出窗口即缝隙，而在介质基片的另一面印刷出微带线对缝隙馈电。 按结构特征把微带天线分为两大类，即微带贴片天线和微带缝隙天线；按形状分类，可分为矩形、圆形、环形微带天线等。按工作原理分类，无论那一种天线都可分成谐振型(驻波型) 和非揩振型(行波型) 微带天线。前一类天线有特定的谐振尺寸，一般只能工作在谐振频率附近；而后一类天线无谐振尺寸的限制，它的末端要加匹配负载以保证传输行波。 2. 微带天线的性能 微带天线一般应用在1～50GHz 频率范围，特殊的天线也可用于几十兆赫。和常用微波天线相比，有如下优点： (1)体积小，重量轻，低剖面，能与载体(如飞行器) 共形 (2)电性能多样化。不同设计的微带元，其最大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 (3)易集成。能和有源器件、电路集成为统一的组件。 3. 分析方法 微带天线进行工程设计时，要对天线的性能参数(例如方向图、方向性系数、效率、输入阻抗、极化和频带等) 预先估算，这将大大提高天线研制的质量和效率，降低研制的成本。这种理论工作的开展，带来了多种分析微带天线的方法，例如传输线、腔模理论、格林函数法、积分方程法和矩量法等。用上述各种方法计算微带天线的方向图，其结果是一致的，特别是主波束。 二． 设计思路和过程 1. 根据设计要求 选中心频率为f 0 = 1.15GHz、厚度设为h=4mm，参考《HFSS 应 用详解》的微带天线设计实例，由天线几何结构参数推导计算公式求得相关参数： 介质基板厚度:h=4mm 介电常数为:εr =6 矩形贴片的宽度：W=c εr +1-1/2() =139.5mm 2f 02 2+h (1+12) -1/2 2w 有效介电常数：εe =εr +1εr -1 等效缝隙长度：?L =0.412h (εe +0.3)(W /h +0.264) (εe -0.258)(W /h +0.8) 矩形贴片的实际长度：L =-2?L =49.4mm 对于同轴馈电的微带贴片天线，在确定贴片长度L 和宽度W 之后，还需要确定同轴馈电的位置, 馈点的位置会影响天线的输入阻抗。在微波应用中通常使用50Ω的标准阻抗，因此需要确定馈电的位置使天线的输入阻抗等于50欧姆。 对于TM 10 模式，在W 方向上电场强度不变，因此理论上W 方向上任意一点都可以作为馈电，一般情况在W 方向上馈电位置选取在中心点。 在L 方向上电场有λg /2的改变，因此在L 长度方向上，从中点到两侧，阻抗逐渐变大，输入阻抗等于50欧姆时馈电位置可以由下式计算 式中 ξre (L)= εr +1εr -1 2+h (1+12) -1/2 2L 求解得x f =10.7mm 参考地长度L GND ≥L +6h ;宽度W GND ≥W +6h 应该模型选取参考地的长度和宽度分别为：L GN D =75mm W GND =164mm 2. 用HFSS 根据相关参数创建微带天线模型: （1）创建参考地 （2）创建介质板层 （3）创建微带贴片 （4）创建同轴馈线的内芯 （5）创建信号传输端口面 （6）创建辐射