微帶天線饋電方法的研究-邊饋、同軸探針、耦合饋電

1、- -第一章論文設(shè)計(jì)研究背景微帶天線的發(fā)展天線天線是作無線電波的發(fā)射或接收用的一種金屬裝置（如桿、線或線的排列）。在無線電設(shè)備中用來發(fā)射或接收電磁波的部件。無線電通信、廣播、電視、雷達(dá)、導(dǎo)航、電子對抗、遙感、射電天文等工程系統(tǒng)，凡是利用電磁波來傳遞信息的，都依靠天線來進(jìn)行工作。此外，在用電磁波傳送能量方面，非信號的能量輻射也需要天線。一般天線都具有可逆性，即同一副天線既可用作發(fā)射天線，也可用作接收天線。同一天線作為發(fā)射或接收的基本特性參數(shù)是相同的。這就是天線的互易定理。天線的分類：按工作性質(zhì)可分為發(fā)射天線和接收天線。按用途可分為通信天線、廣播天線、電視天線、雷達(dá)天線等。按工作波長可分為超長波天

2、線、長波天線、中波天線、短波天線、超短波天線，微波天線等。按結(jié)構(gòu)形式和工作原理可分為線天線和面天線等。描述天線的特性參量有方向圖、方向性系數(shù)、增益、輸入阻抗、輻射效率、極化和頻率。天線按維數(shù)來分可以分成兩種類型：一維天線和二維天線一維天線由許多電線組成，這些電線或者像手機(jī)上用到的直線，或者是一些靈巧的形狀，就像出現(xiàn)電纜之前在電視機(jī)上使用的老兔子耳朵。單極和雙級天線是兩種最基本的一維天線。二維天線變化多樣，有片狀（一塊正方形金屬）、陣列狀（組織好的二維模式的一束片），還有喇叭狀，碟狀。微帶天線微帶天線是近30年來逐漸發(fā)展起來的一類新型天線。早在1953年就提出了微帶天線的概念，但并未引起工程界的

3、重視。在50年代和60年代只有一些零星的研究，真正的發(fā)展和使用是在70年代。常用的一類微帶天線是在一個(gè)薄介質(zhì)基（如聚四氟乙烯玻璃纖維壓層）上，一面附上金屬薄層作為接地板，另一面用光刻腐蝕等方法作出一定形狀的金屬貼片，利用微帶線和軸線探針對貼片饋電，這就構(gòu)成了微帶天線。當(dāng)貼片是一面積單元時(shí)，稱它為微帶天線；若貼片是一細(xì)長帶條則稱其為微帶陣子天線。圖1所示為一基本矩形微帶天線元。長為L,寬為W2的矩形微帶天線元可看作一般低阻傳輸線連接兩個(gè)輻射縫組成。為半個(gè)微帶波長即為入g/2時(shí)，在低阻傳輸線兩端形成兩個(gè)縫隙a-a和b-b,構(gòu)成一二元縫陣,向外輻射。另一類微帶天線是微帶縫隙天線。它是把上述接地板刻出

4、窗口即縫隙,而在介質(zhì)基片的另一面印刷出微帶線對縫隙饋電。按結(jié)構(gòu)特征把微帶天線分為兩大類,即微帶貼片天線和微帶縫隙天線；按形狀分類,可分為矩形、圓形、環(huán)形微帶天線等。按工作原理分類,無論那一種天線都可分成諧振型（駐波型）和非揩振型（行波型）微帶天線。前一類天線有特定的諧振尺寸,一般只能工作在諧振頻率附近；而后一類天線無諧振尺寸的限制,它的末端要加匹配負(fù)載以保證傳輸行波。微帶天線一般應(yīng)用在150GHz頻率范圍，特殊的天線也可用于幾十兆赫。和常用微波天線相比,有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）體積小,重量輕,低剖面,能與載體（如飛行器）共形；（2）電性能多樣化。不同設(shè)計(jì)的微帶元,其最大輻射方向可以從邊射到端射范圍內(nèi)

5、調(diào)整；易于得到各種極化；（3）易集成。能和有源器件、電路集成為統(tǒng)一的組件。貼片形狀是多種多樣的,實(shí)際應(yīng)用中由于某些特殊的性能要求和安裝條件的限制,必須用到其他形狀的微帶貼片天線。例如,國外某型炮彈引信天線要求半球覆蓋的方向圖,即E面和H面方向圖在端射方向（）的電平也要求在半功率電平以上,而規(guī)則的矩形或圓形貼片無法滿足。因此,為使微帶天線適用于各種特殊用途,對各種幾何形狀的微帶貼片天線進(jìn)行分析就具有相當(dāng)?shù)闹匾浴Ｎ炀€進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí),要對天線的性能參數(shù)（例如方向圖、方向性系數(shù)、效率、輸入阻抗、極化和頻帶等）預(yù)先估算,這將大大提高天線研制的質(zhì)量和效率，降低研制的成本。這種理論工作的開展，帶來了多

6、種分析微帶天線的方法，例如傳輸線、腔模理論、格林函數(shù)法、積分方程法和矩量法等。用上述各種方法計(jì)算微帶天線的方向圖，其結(jié)果是一致的，特別是主波束。本部分將對一般的矩形微帶天線進(jìn)行分析討論，為特殊形狀要求的微帶天線做好理論分析基礎(chǔ)。利用傳輸線模式分析微帶天線是比較早期的方法，也較簡單，其精確度可以滿足一般工程設(shè)計(jì)要求。1.2微帶天線的應(yīng)用情況微帶天線具有小型化、易集成、方向性好等優(yōu)點(diǎn)，因此其應(yīng)用前景廣闊，尤其可在無線電引信上積極的推廣與應(yīng)用?，F(xiàn)以國外某型炮彈引信為例，簡要說明微帶天線在引信上的分析與設(shè)計(jì)。該引信是調(diào)頻體制引信，天線部分由頭部的塑料封帽、微帶貼片和金屬底板組成，安裝在彈體頭部。該天線

7、在電流不連續(xù)點(diǎn)形成等效磁流源，靠改變各磁流的位置，可改變天線的方向性。第二章設(shè)計(jì)研究的理論依據(jù)微帶天線簡介微帶天線自20世紀(jì)70年代以來引起了廣泛的重視和研究，各種形狀的微帶天線在衛(wèi)星通信、多普勒雷達(dá)及其它雷達(dá)導(dǎo)彈遙測技術(shù)以及生物工程等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。下面介紹微帶天線的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及工作原理微帶天線的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)微帶天線是由一塊厚度遠(yuǎn)小于波長的介質(zhì)板（稱為介質(zhì)基片）和覆蓋在它兩面上的金屬片構(gòu)成的，其中完全覆蓋介質(zhì)板的一片稱為接地板，而尺寸可以和波長相比擬的另一片稱為輻射源，輻射源的形狀可以是方形、矩形、圓形和橢圓形等等、微帶天線的饋電方式分為兩種，一種是側(cè)面饋電，也就是饋電網(wǎng)絡(luò)與輻射源刻制在

8、同一表面；另一種是底饋，就是以同軸線的外導(dǎo)體直接與接地板相接，內(nèi)導(dǎo)體穿過接地板和介質(zhì)基片與輻射源相接。微帶天線主要的特點(diǎn)有：體積小，質(zhì)量輕，低剖面，因此容易做到與高速飛行其共形，且電性能多樣化（如雙頻微帶天線、圓極化天線等），尤其是容易和有源器件、微波電路集成為統(tǒng)一組件，因而適合大規(guī)模生產(chǎn)。在現(xiàn)代通信中，微帶天線廣泛的應(yīng)用于100MHz50GHz的頻率范圍。微帶天線的輻射原理由于分析微帶天線的方法不同，對它的輻射源理有不同的說法。為了簡單起見，我們以矩形微帶天線（Retangular-PatchMicrostripAntenna）為例，用傳輸模式分析法介紹它的輻射原理。設(shè)輻射元的長度為l,寬為

9、w,介質(zhì)基片的厚度為ho現(xiàn)將輻射元、介質(zhì)基片和接地板視為一段長為l的微帶傳輸線，在傳輸線的兩端斷開形成開路。根據(jù)微帶傳輸線理論，由于基片厚度h九，場沿h方向均勻分布。在最簡單的情況下，現(xiàn)沿著寬度w方向也沒有變化，而僅在長度方向（l九/2）有變化。在兩開路段的電場可以分解為相對于接地板的垂直分量和水平分量，兩垂直分量方向相反，水平分量方向相同，因而在垂直于接地板的方向，兩水平分量電場所產(chǎn)生的遠(yuǎn)區(qū)場相反相消。因此，兩開路端的水平分量可以等效為無限大平面上相同激勵(lì)的兩個(gè)縫隙，縫的電場方向與場邊垂直，并沿著長邊w均勻分布?？p的寬度為AlUh，長度為w，兩縫間距離為l小/2。這就是說，微帶天線的輻射可以

10、等效為兩個(gè)縫隙所組成的二元陣列。輻射場及方向函數(shù)設(shè)一縫隙上電壓為U，縫的切向電場EuU/h，可以等效為沿著z方向的磁x流，考慮到理想接地板上磁流的鏡像，縫隙的等效磁流為J2UJ=mh設(shè)磁流沿著x和z方向都是均勻的，則單縫的輻射場為e-jkrE=-j2Ukw申4兀rsin(kWcos0)kTC0SsinP又因?yàn)檠刂鴛軸陣列、間距為l小/2的二元陣的陣因子為sincosp)=cos(專sincosp)由方向圖乘積定理，并分別令=90o和p=90o，即可得到微帶天線的E面和H面方向函數(shù)為F(p)=cos(klcosp)=cos(cosp)E22sin(kwcos)F()=2sinHkwcos2由上述

11、兩式可以分別畫出E面和H面w=九/2方向圖。有方向圖可以發(fā)現(xiàn)。矩形微帶天線的E面方向圖與理想縫隙的H面方向圖相同,這是因?yàn)樵谠撁鎯?nèi)的兩個(gè)縫隙的輻射不存在波程差。所不同的是H面，由于接地板的反射作用，使得輻射變成單方向的了。從上面的分析可以看到，微帶天下的波瓣較寬，方向系數(shù)低，這正是微帶天線的缺點(diǎn)之一，除此之外，微帶天線的缺點(diǎn)還有頻帶窄、損耗大、交叉極化大、單個(gè)微帶天線的功率容量小等。盡管如此，由于微帶制作陣元的一致性很好，且易于集成，故很多場合將其設(shè)計(jì)成微帶天線陣，因此得到了廣泛的應(yīng)用。隨著通信和新材料及集成技術(shù)的發(fā)展，微帶天線必將在越來越多的領(lǐng)域發(fā)揮它的作用。微帶天線的一些設(shè)計(jì)參數(shù)輸入阻抗四

12、端網(wǎng)絡(luò)、傳輸線、電子電路等的輸入端口所呈現(xiàn)的阻抗。實(shí)質(zhì)上是個(gè)等效阻抗。只有確定了輸入阻抗，才能進(jìn)行阻抗匹配，從信號源、傳感器等獲取輸入信號。阻抗是電路或設(shè)備對交流電流的阻力，輸入阻抗是在入口處測得的阻抗。高輸入阻抗能夠減小電路連接時(shí)信號的變化，因而也是最理想的。在給定電壓下最小的阻抗就是最小輸入阻抗。作為輸入電流的替代或補(bǔ)充，它確定輸入功率要求。天線的輸入阻抗定義為輸入端電壓和電流之比：ZininIin其值隨著天線長度及工作頻率不同而發(fā)生變化。其值表征了天線與發(fā)射機(jī)或接收機(jī)的匹配狀況，體現(xiàn)了輻射波與導(dǎo)行波之間能量轉(zhuǎn)換的好壞。由于微帶線的傳輸主模為TEM模，因此可以用靜態(tài)分析方法求得單位長分布電

13、容C和分布電感L,從而有1z=4lTcovCp式中，相速v1/JLCc/N（c為自由空間中的光速）。pr導(dǎo)帶厚度為零時(shí)的特性阻抗計(jì)算公式為Zo30bw+0.441be式中，w是中心導(dǎo)帶的有效帶寬，由下式給出：e寧w(0,w/b0.351(0.35-w/b)2,w/b0.35導(dǎo)帶厚度不為零的計(jì)算公式這里省略不寫。駐波比(VSWR)為了描述駐波的大小，引入了一個(gè)新的參量電壓駐波比，工程上簡記為VSWR。定義波腹點(diǎn)電壓振幅與波節(jié)點(diǎn)電壓振幅之比為電壓駐波比，用p表示，即DUp=屮min電壓駐波比（VSWR）是射頻技術(shù)中最常用的參數(shù)，用來衡量部件之間的匹配是否良好。當(dāng)業(yè)余無線電愛好者進(jìn)行聯(lián)絡(luò)時(shí)，當(dāng)然首先

14、會(huì)想到測量一下天線系統(tǒng)的駐波比是否接近1:1。發(fā)射機(jī)與天線匹配的條件是兩者阻抗的電阻分量相同、感抗部分互相抵消。如果發(fā)射機(jī)的阻抗不同，要求天線的阻抗也不同。在電子管時(shí)代，一方面電子管本輸出阻抗高，另一方面低阻抗的同軸電纜還沒有得到推廣，流行的是特性阻抗為幾百歐的平行饋線，因此發(fā)射機(jī)的輸出阻抗多為幾百歐姆。而現(xiàn)代商品固態(tài)無線電通信機(jī)的天線標(biāo)稱阻抗則多為50歐姆，因此商品VSWR表也是按50歐姆設(shè)計(jì)標(biāo)度的。天線系統(tǒng)和輸出阻抗為50歐的發(fā)信機(jī)的匹配條件是天線系統(tǒng)阻抗為50歐純電阻。要滿足這個(gè)條件，需要做到兩點(diǎn)：第一，天線電路與工作頻率諧振（否則天線阻抗就不是純電阻）；第二，選擇適當(dāng)?shù)酿侂婞c(diǎn)。一些國外

15、雜志文章在介紹天線時(shí)經(jīng)常給出VSWR的曲線。有時(shí)會(huì)因此產(chǎn)生一種錯(cuò)覺，只要VSWR=1,總會(huì)是好天線。其實(shí)，VSWR=1只能說明發(fā)射機(jī)的能量可以有效地傳輸?shù)教炀€系統(tǒng)。但是這些能量是否能有效地輻射到空間，那是另一個(gè)問題。一副按理論長度作制作的偶極天線，和一副長度只有1/20的縮短型天線，只要采取適當(dāng)措施，它們都可能做到VSWR=1,但發(fā)射效果肯定大相徑庭，不能同日而語。做為極端例子，一個(gè)50歐姆的電阻，它的VSWR十分理想地等于1,但是它的發(fā)射效率是0。而如果VSWR不等于1，譬如說等于4，那么可能性會(huì)有很多：天線感性失諧，天線容性失諧，天線諧振但是饋電點(diǎn)不對，等等。在阻抗園圖上，每一個(gè)VSWR數(shù)

16、值都是一個(gè)園，擁有無窮多個(gè)點(diǎn)。也就是說，VSWR數(shù)值相同時(shí)，天線系統(tǒng)的狀態(tài)有很多種可能性，因此兩根天線之間僅用VSWR數(shù)值來做簡單的互相比較沒有太嚴(yán)格的意義。S參數(shù)U二SU+SUr111i112i2U二SU+SUr221i122i2U,U,U,U：分別是端口1和端口2的歸一化入射電壓和反射電壓i1i2r1r2S：端口2匹配時(shí)，端口1的反射系數(shù)；11S：端口1匹配時(shí)，端口2的反射系數(shù)；22S：端口1匹配時(shí)，端口2到端口1的反向傳輸系數(shù)；12S：端口2匹配時(shí)，端口1到端口2的正向傳輸系數(shù)；21可見，S矩陣的各個(gè)參量是建立在端口接匹配負(fù)載基礎(chǔ)上的反射系數(shù)或者傳輸系數(shù)，令終端短路、開路和接匹配負(fù)載時(shí)，

17、測得的輸入端反射系數(shù)分別為對于互易網(wǎng)絡(luò)：S=S1221對于對稱網(wǎng)絡(luò)：S二S1122對于無耗網(wǎng)絡(luò)：sMs=I對于互易端口，S二S1,所以只要測量求得S.、S及S三個(gè)量就可以。1221122211rinbS丄s2r1=S+121-a111-Sr1221輸入端參考面處的反射系數(shù)為：r，r和r，代入上式，并解出soms二r11mS2二122(r-r)(r-r)msomtr-rosr2r+romts22r-ros由此可以測得s參數(shù)。增益增益系數(shù)是綜合衡量天線能量轉(zhuǎn)換和方向特性的參數(shù)，它是方向系數(shù)與天線效率得乘積，記為G,即G二D耳A由上式可見：天線方向系數(shù)和效率越高，則增益系數(shù)越高?，F(xiàn)在我們來研究增益系

18、數(shù)的物理意義。由計(jì)算可得到：r2|E2G=max-60Pirr由上式可得一個(gè)實(shí)際天線在最大輻射方向上的場強(qiáng)為max假設(shè)天線為理想的無方向性天線，即D=1,耳二1,G二1,則它在空間各方向上A場強(qiáng)為lEI二maxr可見，天線的增益系數(shù)描述了天線與理想的無方向性天線相比在最大輻射方向上將輸入功率放大的倍數(shù)。天線方向圖及其有關(guān)參數(shù)所謂天線方向圖，是指在離天線一定距離處，輻射場的相對場強(qiáng)（歸一化模值）隨著方向變化的曲線圖，通常采用通過天線最大輻射方向上的兩個(gè)互相垂直的平面方向圖來表示。在地面上假設(shè)的線天線一般采用兩個(gè)相互垂直的平面來表示其方向圖，即水平面。當(dāng)仰角及距離r為常數(shù)時(shí)，電場強(qiáng)度隨方位角申的變

19、化曲線。如下圖- - -鉛垂平面。當(dāng)申即r為常數(shù)時(shí)，電場強(qiáng)度隨仰角5的變化曲線，參照上圖，超高頻天線，通常采用與場矢量相平行的兩個(gè)平面表示，即、E平面。所謂E平面，就是電場矢量所在的平面。對于沿著z軸放置的電基本陣子面而言，子午面就是E平面。2、H平面。所謂H平面，就是磁場矢量所在的平面。對于沿著z軸放置的電基本陣子，赤道平面就是H平面。為了方便對各種天線的方向圖特性進(jìn)行比較，就需要規(guī)定一些特性參數(shù)。這些參數(shù)有：主瓣寬度、旁瓣電平、前后比及方向系數(shù)等。一、主瓣寬度主瓣寬度是衡量天線的最大輻射區(qū)域的尖銳程度的物理量。通常它取方向圖主瓣兩個(gè)半功率點(diǎn)之間的寬度，在場強(qiáng)方向圖中，等于最大場強(qiáng)的1/丫2

20、兩點(diǎn)之間的寬度稱為半功率波瓣寬度；有時(shí)也將頭兩個(gè)零點(diǎn)之間的角寬作為主瓣寬度，稱為零功率波瓣寬度。二、旁瓣寬度旁瓣電平是指離主瓣最近且電平最高的第一旁瓣電平，一般以分貝表示。三、前后比前后比是指最大輻射方向電平與其相反方向電平之比，通常以分貝表示。四、方向系數(shù)方向系數(shù)定義為：離天線某一距離處，天線在最大輻射方向上的輻射功率流密度S與相同輻射功率的理想無方向性天線在同一距離處的輻射功率流密度Smaxo之比，記為D,即SE2D=max=maxSolE卩O設(shè)實(shí)際天線的輻射功率為P，則有r2|E2D=max60P阻抗帶寬一般的，將VSWR2（或|1/3）的帶寬稱為輸入阻抗帶寬。2.3HFSS軟件簡介經(jīng)過

21、二十多年的發(fā)展，HFSS以其無以倫比的仿真精度和可靠性，快捷的仿真速度，方便易用的操作界面，穩(wěn)定成熟的自適應(yīng)網(wǎng)格剖分技術(shù)使其成為高頻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的首選工具和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于航空、航天、電子、半導(dǎo)體、計(jì)算機(jī)、通信等多個(gè)領(lǐng)域，幫助工程師們高效地設(shè)計(jì)各種高頻結(jié)構(gòu)，包括：射頻和微波部件、天線和天線陣及天線罩，高速互連結(jié)構(gòu)、電真空器件，研究目標(biāo)特性和系統(tǒng)/部件的電磁兼容/電磁干擾特性，從而降低設(shè)計(jì)成本，減少設(shè)計(jì)周期，增強(qiáng)競爭力。HFSS能夠快速精確地計(jì)算各種射頻/微波部件的電磁特性，得到S參數(shù)、傳播特性、高功率擊穿特性，優(yōu)化部件的性能指標(biāo)，并進(jìn)行榮差分析，幫助工程師們快速完成設(shè)計(jì)并把握各類器件的電

22、磁特性，包括：波導(dǎo)器件、濾波器、轉(zhuǎn)換器、耦合器、功率分配/和成器，鐵氧體環(huán)行器和隔離器、腔體等。HFSS可為天線及其系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供全面的仿真功能，精確方針計(jì)算天線的各種性能，包括二維、三維遠(yuǎn)場/近場輻射方向圖、天線增益、軸比、半功率波瓣寬度、內(nèi)部電磁場分布、天線阻抗、電壓駐波比、S參數(shù)等。AnsoftHFSS是一個(gè)計(jì)算電磁結(jié)構(gòu)的交換軟件包。計(jì)算模擬器還包括分析電磁結(jié)構(gòu)細(xì)致問題時(shí)的后處理命令，使用AnsofrHFSS應(yīng)該計(jì)算：Q基本電磁場數(shù)值解和開邊界條件，遠(yuǎn)近場輻射問題。Q端口特征阻抗和傳輸常數(shù)。Qs參數(shù)和相應(yīng)端口的歸一化S參數(shù)。Q結(jié)構(gòu)的本征模和諧振解。當(dāng)畫出結(jié)構(gòu)，明確每一個(gè)物體的介質(zhì)參數(shù)，建立

23、端口標(biāo)識，源或者具體的表面特征時(shí)，本系統(tǒng)可以產(chǎn)生必要的場解。當(dāng)建立一個(gè)問題時(shí)，AnsoftHFSS可以允許指定頻段內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)頻率點(diǎn)。AnsoftHFSS可以有效運(yùn)行在UNIX和PC機(jī)的WINDOWS下。第三章實(shí)驗(yàn)?zāi)M過程饋電結(jié)構(gòu)大多數(shù)微帶天線只在介質(zhì)基片的一面上有輻射單元，因此，可以用微帶線或同軸線饋電。因?yàn)樘炀€輸入阻抗不等于通常的50歐姆傳輸線阻抗，所以需要匹配。匹配可由適當(dāng)饋電位置來做到。但是，饋電的位置也影響輻射特性。另外，80年代以來還出現(xiàn)了電磁耦合饋電。1.微帶饋電利用微帶線進(jìn)行饋電。用微帶線饋電時(shí)，饋線與微帶貼片是共面的，因而可方便的一起光刻，制作簡便。但饋線本身也有輻射，從而

24、干擾天線方向圖，降低增益，為此，一般要求微帶線不能寬，希望微帶線寬遠(yuǎn)小于波長。天線輸入阻抗與特性阻抗的匹配可由適當(dāng)?shù)倪x擇饋電點(diǎn)的位置來實(shí)現(xiàn)。如果場沿矩形貼片的寬度變化，則當(dāng)饋線沿寬度移動(dòng)時(shí)，輸入阻抗隨之而變，從而提供了一種阻抗匹配的簡單辦法。饋電位置的改變，使得饋線和天線之間的耦合改變，因而使諧振頻率產(chǎn)生一個(gè)小的漂移，而輻射方向圖仍然保持不變。不過，稍加改變貼片尺寸，可補(bǔ)償諧振頻率的漂移。2.同軸線饋電同軸插座設(shè)置在印制電路板的背面，而同軸線內(nèi)導(dǎo)體接在天線導(dǎo)體上。對指定的模，同軸插座的位置可由經(jīng)驗(yàn)確定，以便產(chǎn)生最好的匹配。優(yōu)點(diǎn)是：饋電點(diǎn)可選在貼片內(nèi)任何位置且避免了對天線輻射的影響。電磁耦合饋電

25、該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是貼近（無接觸）饋電，可利用饋線本身，也可通過一個(gè)口徑（縫隙）來形成與天線間的電磁耦合。這種方法可以獲得寬頻帶的駐波比特性。矩形貼片天線的邊饋法邊饋法設(shè)計(jì)過程打開AnsoftHFSS軟件。新建文件命名為邊饋在軟件中模擬一個(gè)邊饋方式饋電的矩形貼片天線，如下圖所示- -圖3.1.1.1邊饋其中，設(shè)置介質(zhì)基板設(shè)置為相對介電常數(shù)為1的空氣或者泡沫來實(shí)現(xiàn)。介質(zhì)基板與接地板的尺寸大小為：90 x120（mm），微帶貼片的尺寸為：55x39（mm），最外面的真空邊界盒子的尺寸為：130 xl60 x43.2（mm）。3.1.2邊饋法設(shè)計(jì)的運(yùn)行結(jié)果調(diào)試沒有錯(cuò)誤，運(yùn)行之后在results中加載結(jié)果：

26、S參數(shù)，駐波比VSWR，遠(yuǎn)場區(qū)的增益Gain，方向圖等。運(yùn)行結(jié)果如下：駐波比VSWR圖如下：AnraitC-crporathnHF55De&Jgn121：57：24Lt2HFSSD&sign!-&.Q0-15.00-D.ca_2也2.752.3ftFreqGHz2如25DXY：2.50GHZ-1227圖3.3.2.2孔耦合饋電法S參數(shù)方向圖如下：117-JunMiftAnsoftCorporatidu13:2!l-:43Rd.diationPattern1HFSSDignl-1niiiiiiiiii-iiiii-iiiiin0-4510圖3.3.2.3孔耦合饋電法方向圖增益圖如下:44316+

27、00047566+6005061e+0004064e-0014269e4000946+0003619e-n0003-29!+29612646+001323e+0015199e+0017167e+0019134e4001110240013069e-n0015037e+0Sl圖3.3.2.4孔耦合饋電法增益圖第四章結(jié)果分析饋電方法理論大多數(shù)微帶天線只在介質(zhì)基片的一面上有輻射單元，因此，可以用微帶線或同軸線饋電。因?yàn)樘炀€輸入阻抗不等于通常的50歐姆傳輸線阻抗，所以需要匹配。匹配可由適當(dāng)饋電位置來做到。但是，饋電的位置也影響輻射特性。另外，80年代以來還出現(xiàn)了電磁耦合饋電。微帶邊饋利用微帶線進(jìn)行饋電。

28、用微帶線饋電時(shí)，饋線與微帶貼片是共面的，因而可方便的一起光刻，制作簡便。但饋線本身也有輻射，從而干擾天線方向圖，降低增益，為此，一般要求微帶線不能寬，希望微帶線寬遠(yuǎn)小于波長天線輸入阻抗與特性阻抗的匹配可由適當(dāng)?shù)倪x擇饋電點(diǎn)的位置來實(shí)現(xiàn)。如果場沿矩形貼片的寬度變化，則當(dāng)饋線沿寬度移動(dòng)時(shí)，輸入阻抗隨之而變，從而提供了一種阻抗匹配的簡單辦法。饋電位置的改變，使得饋線和天線之間的耦合改變，因而使諧振頻率產(chǎn)生一個(gè)小的漂移，而輻射方向圖仍然保持不變。不過，稍加改變貼片尺寸，可補(bǔ)償諧振頻率的漂移。同軸探針饋電同軸插座設(shè)置在印制電路板的背面，而同軸線內(nèi)導(dǎo)體接在天線導(dǎo)體上。對指定的模，同軸插座的位置可由經(jīng)驗(yàn)確定，以便產(chǎn)生最好的匹配。優(yōu)點(diǎn)是：饋電點(diǎn)可選在貼片內(nèi)任何位置且避免了對天線輻射的影響。耦合饋電該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是貼近（無接觸）饋電，可利用饋線本身，也可通過一個(gè)口徑（縫隙）來形成與天線間的電磁耦合。這種方法可以獲得寬頻帶的駐波比特性。設(shè)計(jì)結(jié)果的研究分析邊饋的結(jié)果研究分析如圖3.1.1.1所示的邊饋設(shè)計(jì)圖，設(shè)計(jì)方法為在貼片的一邊加上一段微帶線作為饋線。有軟件計(jì)算得到S=24.5dB，駐波比VSWR=1.1,阻抗帶寬為9%。由于微帶線上- -也有電磁輻射，因此微帶線的添加使得天線的方向圖變得不規(guī)則。增益也比較小，如圖3.