微带双圆极化天线性能改善方法的研究--《华东师范大学》2012年硕士论文
微带双圆极化天线性能改善方法的研究
【摘要】：血流速测量技术在医疗上有非常重要的实用价值,可以在手术中为医生的校正操作提供及时、精确、有效的信息。基于微波／射频多普勒原理的测量设备需要发射和接收信号为极化正交的信号,而双圆极化天线正好可以派上用场,并且可以仅用一副天线实现收发一体,使系统的天线模块大为简化,与此同时,还可以降低系统的成本。
随着科技的不断进步,无线通信的应用得到了空前的发展。而天线作为无线设备不可或缺的一个模块,其各方面的性能也变得愈发重要。微带双圆极化天线同时具备了圆极化天线和微带天线的优点,因此具有很好的研究价值。
本文的研究工作主要从以下几个方面着手：
(1)本文针对具体的血液流速测试仪这一项目,设计并实物制作了一个收发一体的微带双圆极化天线,发射端为左旋极化,接收端为右旋极化。本文在这一圆极化天线的基础上,从不同的切入点,用不同的方法分别分析并实现天线的小型化、宽带化、高增益、高效率和高前后比。
(2)在天线小型化方面,本文分别采用增加辐射元占天线面积的比例、加载对角线型和L型tail、加载轴向和对角线方向基片集成金属壁、同时加载tail和基片集成金属壁这几种方法。最优情况下,天线的尺寸可以缩小为原来的52%。在改善天线带宽和前后比方面,本文针对加载RIS结构进行分析,并比较了三种情况(不加载RIS结构的普通介质、加载RIS结构的高介电常数介质以及加载RIS结构的磁性电介质)下天线的带宽和方向性、辐射效率、前后比,得出采用加载RIS结构的磁性电介质可以获得最佳的性能。在提高天线增益方面,本文分析超材料结构——耦合方形开口谐振环(CSSSRR单元)的原理及其对增益的影响。但是,天线某一性能的改善可能会伴随着天线其他性能参数的恶化,如在实现小型化的同时,天线可能会出现效率降低,带宽变窄,增益减小,方向图恶化等。因此在优化天线某一参数时,要同时兼顾其他各项指标的要求。
(3)本文在上述基础上,还另外研究了两款微带双圆极化天线。一款是采用叠层结构的双圆极化天线,将开槽设计为椭圆环型开槽,并与圆环型开槽的同款天线做了比较,同时将贴片形状改为椭圆型,实现了更宽的天线带宽。另一款天线通过加载缺陷地(DGS)结构,实现了抑制天线的表面波的功能。
【关键词】：
【学位授予单位】：华东师范大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2012【分类号】：TN821.1【目录】：
摘要6-8ABSTRACT8-11第一章 绪论11-18 1.1 选题背景11-13 1.2 国内外研究现状13-15 1.3 研究意义15-16 1.4 论文的研究工作及组织结构16-17 1.5 论文的创新点17-18第二章 微带双圆极化天线18-31 2.1 天线理论分析18-20
2.1.1 微带天线圆极化理论18-19
2.1.2 双圆极化天线理论19-20 2.2 天线模型20-22 2.3 天线仿真、测量结果22-31第三章 双圆极化天线小型化31-57 3.1 天线小型化理论31-32 3.2 利用增大贴片面积比例实现天线小型化32-36 3.3 贴片加载tail实现天线小型化36-45
3.3.1 加载对角线型tail36-39
3.3.2 加载L型tail39-44
3.3.3 小结44-45 3.4 加载基片集成金属壁实现天线小型化45-53
3.4.1 沿轴向加载基片集成金属壁45-47
3.4.2 沿对角线方向加载基片集成金属壁47-52
3.4.3 小结52-53 3.5 加载基片集成金属壁和tail实现天线小型化53-57第四章 双圆极化天线带宽和前后比改善57-72 4.1 天线带宽改善理论57-58 4.2 天线前后比改善理论58-59 4.3 RIS结构的提出59-61 4.4 RIS结构单元模型61-66 4.5 使用RIS结构改善天线带宽和前后比66-71 4.6 小结71-72第五章 双圆极化天线增益提高72-80 5.1 天线增益改善理论72 5.2 使用超材料结构改善天线增益72-73 5.3 CSSSRR单元结构分析73-76 5.4 加载CSSSRR结构改善增益76-79 5.5 小结79-80第六章 其他微带双圆极化天线的设计80-89 6.1 宽带双圆极化天线80-84 6.2 利用缺陷地抑制表面波84-89第七章 总结与展望89-91 7.1 本文研究总结89-90 7.2 前景展望90-91附录 英文缩略语91-92参考文献92-98致谢98-99攻读硕士学位期间发表的论文99
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小型宽带微带天线的研究进展07
第22卷第7期；文章编号:X(；系统工程与电子技术；SystemsEngineeringandEle；Vol122,No172000；小型宽带微带天线的研究进展；陈雅娟龙云亮；中山大学电子系,广州510275；摘要对微带贴片天线频带展宽方面的研究做了全面、深；主题词微带天线带宽微波通信中图分类号:TN92；TheDevelo
　第22卷第7期　文章编号:X(20Ο05系统工程与电子技术SystemsEngineeringandElectronics　Vol122,No172000　　小型宽带微带天线的研究进展陈雅娟　龙云亮中山大学电子系,广州510275摘　要　对微带贴片天线频带展宽方面的研究做了全面、深入的探讨。主要介绍了几种新颖的大带宽微带贴片天线和天线阵。这些天线采用了在贴片或接地板“开窗”、附加负载、增加贴片元等方法来改进微带贴片天线的窄频特性。天线阵主要采用改进馈电网络的方法来展宽频带。这些方法使微带贴片天线向小型化、结构简单方向发展,从而使其应用范围进一步扩大。主题词　微带天线　　带宽　　微波通信中图分类号:TN92TheDevelopmentoftheSmallandWidebandMicrostripAntennaChenYajuan　　LongYunliangZhongshanUniversity,Abstract　Wediscusstheresearchofthemicrostripindetail.Somenovelmi2crostripantennaswithlargebandwidthare-backedmicrostrippatchorsubstrate,resis2torloadingandincreasingthethenarrowbandwidthcharacteristicsofthemicrostripantenna.Themethodofimisthebandwidthofthemicrostrippatcharraysprincipally.Thesemethodsmakethemicrostripsimplerstructure.Soitbroadenstheimplementedareaoftheantenna.Keywords　antenna　　Bandwidth　　Microwavecommunication1　引　言微带天线是20世纪70年代初期研制成功的一种新型天线。和常用的微波天线相比,它有如下一些优点:体积小,重量轻,低剖面,能与载体共形,制造简单,成本低;电气上的特点是能得到单方向的宽瓣方向图,最大辐射方向在平面的法线方向,易于和微带线路集成,易于实现线极化或圆极化。相同结构的微带天线可以组成微带天线阵,以获得更高的增益和更大的带宽。因此微带天线得到愈来愈广泛的重视。微带天线分为三大类:微带帖片天线,微带缝天线,微带行波天线。此外,微带贴片天线是指谐振式微带贴片天线。这种天线最大的特点是效率高,但阻抗频带较窄。微带缝天线的带宽比微带贴片天线要宽,特别是宽矩形缝。但此天线在要求单方向辐射时,厚度比贴片天线要大。另外,分析和设计这种天线要比贴片式天线困难些,限制了其应用范围。微带行波天线可以获得比较大的带宽,但这种天线的效率较低,并且在分析方法上还不很成熟,因此其应用范围不很广泛。收稿日期:　　修订日期:基金项目:广东省自然科学基金资助课题(950079)微带贴片天线以其相对效率高,分析方法成熟而得到广泛的应用。但由于这种天线的带宽较窄,使其应用受到限制。人们在展宽微带贴片天线频带方面做了大量的研究,本文针对这种结构的天线较深入地分析了展宽阻抗频带的几种方法,并介绍了目前几种新型的大带宽微带天线和天线阵。2　理论分析方法目前出现了许多分析微带天线的方法。常用的有传输线法、谐振腔模型法、矩量法、有限元法及时域有限差分法。在分析方法上,已经由无限周期结构的近似分析发展到了有限尺寸阵列的全波一体化分析。目前主要有两种做法,一是直接利用矩量法,二是对无限阵的结构进行修正。这些分析主要在频域中进行。最近又提出了在时域中用时域有限差分法分析微带贴片天线[1]及对有限尺寸微带天线阵进行宽带、全波、一体化分析[2]。时域有限差分法具有如下优点:(1)适合模拟各种复杂电磁结构,用FDTD的离散空间网点可以较精确地模拟微带天线(阵)的实际结构;(2)易于得作者简介:陈雅娟(1974-),女,中山大学信息科技学院电子与通信工程系硕士研究生,主要研究方向天线理论和微波通信。第7期小型宽带微带天线的研究进展?21?到计算空间场的暂态分布情况。这既便于定性理解其工作的物理过程,又便于得到供定量分析的有关电参量;(3)通过一次时域计算,即可得到一个频域上的天线参量(如输入阻抗、辐射图等)和宽频信息;(4)由于微带天线的几何结构尺寸一般不会比工作频带上的最短波长大很多,因此不会出现需用巨额数量网格的问题,亦即分析计算时不会出现存储量过大的问题。这些明显的特点使FDTD法在微带天线和微带电路的分析中得到广泛应用。由于微带结构的频域信息对吸收边界条件的残留反射引起的误差特别敏感,因此,减少吸收边界的反射是提高计算精度的关键之一。Berenger提出的完全匹配层(PML)吸收边界条件,以其反射误差均小于以往人们提出的吸收边界而得到人们的重视。后来南京大学的方大纲等人又提出了修正的完全匹配层吸收边界(MPML),在吸收凋落波方面比PML更加有效[3]。设计结果的主要匹配元件是一个串联电容。在天线工作频率上这个电容与馈电探针等效电感大致构成串联谐振。串联谐振回路在谐振频率附近的电抗趋于抵消,使之避免了偏离谐振时电抗的迅速变化而展宽了频带。314　采用楔形或阶梯形基板采用楔形或阶梯形基板是展宽微带天线频带简单而有效的方法。这两种基板形状的变化导致频带展宽的物理意义可解释为是由于两辐射端口处基板厚度不同的两个谐振器经阶梯电容耦合产生双回路现象造成的。采用阶梯形基板的谐振器,VSWR&2时的频带可达25%;采用楔形基板谐振器,VSWR&2时的频带可达28%。而一个厚度相当的一般矩形微带天线的频带为13%。315　采用非线性基板材料在各种典型的微带贴片天线中,其贴片的线性尺寸比例于工作波长。频率低时对应的尺寸大,这就使UHF波段的低端以下采用微带天线较为困难,其有效磁导率是。由试验知,铁氧体微带天线具有多,故若能得到接近理想的色散特性就有可能在几个倍频程内用一个铁氧体天线,即可以在不同频率上对应同一贴片尺寸,这当然是较理想的。316　采用非线性调整元件3　微带天线频带展宽的方法微带贴片天线的窄频特性是由其高Q的谐振本性决定的。这意味着,当谐振时实现了匹配,而当频率偏离谐振时电抗分量急剧变动,使之失配。低Q值的各个方面去探求,来实现。,大(有耗)的基板,板,,采用多层结构,在贴片或接地板“等。其中,附加阻抗以展宽频带及在贴片切缝以展宽频带等方面已应用到圆极化微带天线上[4,5]在用传输线法分析矩形微带天线时曾有这样的概念,即其两个辐射端的边缘效应可以看成是各并联一个电容,这个电容可看作是传输线的等效伸长,从而使实际的谐振频率低于以谐振长度算得的理论值。因此,如果在上述辐射端各并联一个变容管,控制加到变容管的电压就可以控制天线的工作频率,从而加大天线的工作频率范围。当然,采用这种方法并不增加天线的瞬时阻抗带宽。即使这样,折衷方案的实现对于频率捷变装置或多频工作的收发系统都有实际意义。317　采用多层结构。311　采用厚基板从物理意义上讲,增大基板厚度之所以能使频带加宽是由于厚度增加辐射电导也随之增大,使辐射对应的品质因素Qr及总的品质因素QT值下降。在一些空气动力性能及重量不慎苛刻的场合,这种方法还是行之有效的。312　采用εr较小或tanδ较大的基板当ε“束缚”减小,易于辐射;且天r减小时,介质对场的线的贮能也因εr的减小而变小,这样将使辐射对应的Qr下降,从而使频带变宽。tanδ的增加使介质损耗加大,Qd下降,也使频带展宽。但εr的变小将使所需的基板尺寸加大;而tanδ的增加必然使天线的效率降低。313　附加阻抗匹配网络在电路理论中熟知,当采用参差调谐的紧耦合回路时,频带将会展宽。根据类似的原理已研制成了多层贴片构成的微带天线。这种天线馈电采用电磁耦合方式,最下面一层用陶瓷基板,其λg/2的贴片用微带馈点,用以对上层贴片的激励,同时在陶瓷基板上可以与其它元器件共同集成。上部各层用εr较低的介质基板。若第一层用谐振基片,由于耦Ω开路线频带展宽。采用三层结构比采用二合加强,比用30层结构频带也有展宽。适当调整各层贴片的尺寸,这种多层结构可以从宽频带天线变成多频天线。对于三层贴片,当顶层元谐振和辐射时,第二层贴片作为它的接地面;而当第二层元谐振并辐射时,则顶层的贴片作为一个电感性的耦合元件。以此类推,一层迭一层,实现宽频带或多频工作。当然,这些性能的获得是以增加天线厚度为代价的。工作于主模的矩形或圆形等微带贴片天线,其等效电路可以用一个RLC并联谐振回路来描述。在背馈的情况下,馈电探针的电抗作用应予考虑。尤其当基板厚度h≥011λg时,馈电探针的作用更为显著。若h&λg/4,其作用等效于一个电感,这个电感与上述并联谐振回路相串联,形成天线Ω的馈线在最大的频带的输入阻抗。为了使这个阻抗与50范围内相匹配,需要进行网络综合。可以用计算机辅助设计方法实施最优设计。对于圆形微带贴片天线,发现上述最优?22?318　采用在贴片或接地板“开窗”的办法系统工程与电子技术2000年10dB带宽可达1215%。这种新颖的微带天线工作在较高的在微带贴片上的不同位置开不同形状的“窗口”可等效成引入阻抗匹配元件,在接地板的适当位置处“开窗”可改变微带天线的辐射条件和阻抗特性,这些都可能展宽频带。在实际应用中,往往是综合应用以上所述的展宽频带的方法。但微带天线频带的展宽常常伴随着天线尺寸的增大,这限制了微带天线的应用范围。我们期望得到小型大带宽微带天线,因此研究减小微带天线尺寸的方法也相当重要。采用短路杆能大大减小天线尺寸,若在微带天线的表面覆盖一层介质也可以减小天线尺寸。若介质采用陶瓷材料可将天线尺寸减小三分之一以上,若用二氧化钽则能减小五分之一。人们又提出了一种在相同条件下减小频率从而相对减小尺寸的方法,这种方法已应用于圆极化微带天线[4]。这种微带天线就综合考虑了展宽频带和减小尺寸两个方面的因素,以获得一种相对宽带的小型圆极化微带天线。另一方面,增大微带天线的带宽也应考虑到不应使天线过于复杂,否则将增大天线制造和分析的难度。另外,在实际应用中往往需要双频工作的天线。如果我们能实现双频工作,并且每个频段都可以得到较大的带宽,这种微带天线将得到更为广泛的应用带这一点考虑,短路元件,,频微带天线,,并对双频微带天线在带宽展宽方面的最新发展做一简单介绍。频段(10GHz到20GHz),是一种高频的宽带微带天线。它可期望工作在更高的频段,如亚毫米波段,可应用于雷达和短程通信系统。412　具有U形缝隙结构的宽带微带贴片天线这种微带贴片天线在结构上采用具有U形缝隙的矩形贴片,贴片与接地板之间用空气或泡沫填充。其在结构上的特点是非常简单,可以获得较小的天线尺寸[8]。这种结构的微带天线由于贴片具有U形缝隙,缝隙边缘电流引入了附加谐振,同时,缝隙也引入了容抗,与探针的感抗相抵消,从而展宽了频带。实验表明,这种天线在谐振频率为900MHz,厚度为1106″时,可获得47%的阻抗带宽(VSWR=2);在谐振频率为990MHz,厚度为0153″时,可获得1214%的阻抗带宽(VSWR=2)。两种情况下都获得较一般矩形贴片天线大的带宽。这种新颖的微带天线最大的特点就是只采用单层介质板、一个贴片,,充分体现,物理加工工,,型缝隙获得很好的耦合,而且有利于频带的[9]。实验表明,这种结构的微带天线在413GHz下的带宽可达20%(VSWR≤2),平均增益为715dBi。413　CPW馈电缝隙耦合宽带微带贴片天线共面波导馈电缝隙耦合微带天线(CPWFA)同微带馈电缝隙耦合微带天线(MLFA)一样可获得较大的带宽[10]。两种天线具有相同的物理优势,微带贴片与缝隙的耦合作用可以展宽天线的频带。但CPWFA还具有另外两个技术优势:(1)由于采用了CPW馈电,容易实现与有源或无源器件的串4　几种新型的大带宽微带天线411　具有空穴结构的宽带微带贴片天线采用低εr的介质板是展宽频带常用的方法,但增大了天线尺寸,降低了天线效率。为了解决这个矛盾,可以采用一种新的方法[6]。这种方法仍然用高εr的介质板,在介质板上开一个矩形空气穴。贴片天线与矩形空气穴的相互作用使εr部分降低并改变了介质板的模式。例如εr=917的介质板,通过这种方法可以在部分区域获得218的等效介电常数,这样就在不降低天线效率的前提下展宽了频带,并且天线的尺寸也不会增大。文献[7]中的微带天线采用了此方法。在结构上用硅晶片做成两层介质板,在第二层介质板上开一个矩形空气穴。硅晶片具有较高的介质率,但微带贴片天线与空气穴相互作用部分降低了有效介质率,从而产生了较宽的频带。这种天μ线的尺寸很小,面积为5mm×7mm,厚度只有508m,在制作中采用了微加工技术,制造过程与标准的半导体加工过程相类似。计算和实验结果表明,相同厚度波长比和贴片大小相同的情况下,εr=212的一般微带贴片天线10dB带宽为414%,εr=10的10dB带宽为2%,而这种结构的微带天线联或并联;(2)用金属板同时作为CPW线的传导板和微带天线的辐射板,使天线的结构更为紧凑。这种天线为单层结构,如图1所示。贴片与缝隙分别位于介质板的两面,缝隙所在的一面为金属面。贴片与缝隙之间为空气泡沫。通过在CPW线的末端附加CPW短线和改变空气介质的厚度可以进一步展宽频带。实验表明,在图1所示的天线尺寸下,谐振频率为314GHz时,可获得大于30%的带宽和9dB的天线增益。由于CPW短线没有将CPW线与接地板连接起来,因此这种结构更适用于有源微带天线。图1　CPW馈电缝隙耦合宽带微带天线第7期414　附加销钉电阻的宽带微带贴片天线小型宽带微带天线的研究进展?23?微带线特性阻抗相等。印刷贴片的长度逐渐减小,呈锥形状。由于电流只延传导贴片流动,因此这种天线具有各向异性的特性。改变贴片间的距离、贴片数目和锥形角可以获得最优的天线设计,从而得到较宽的频带和较高的效率。文献[13]中同时考虑了上述三个因素,经过实验和分析设计出三微带天线的频宽随着谐振频率的降低将进一步降低。目前移动电话所使用的频段为700MHz～900MHz,属于较低的频段,这就限制了微带天线在移动电话系统中的应用。而这种新颖的微带贴片天线就是应用了附加销钉电阻的方法在较低的谐振频率下获得了较大的带宽[11]。这种矩形微带贴片用探针或插入的微带线馈电,在贴片与接地板之间附加了一个销钉电阻作为短路元件。由于销钉电阻的加入,不但可以展宽频带,而且还大大减小了天线尺寸。文献[11]中探针馈电结构的天线谐振频率为710MHz,而一个相同结构的普通微带贴片天线谐振频率为1900MHz。其阻抗带宽为913%,是一般结构贴片天线(119%)的419倍。这种谐振频率的微带天线适用于移动电种优化结构。(1)两种介质板都为空气,h=8mm,H=9mm,d1=10mmα,=11°,贴片数N=11,贴片距离p=5mm。贴片采用宽度为1mm的铜片,馈电线为#30型线,终端阻抗器为Ω,谐振频率为2GHz。天线总尺寸为10cm×2809cm,大约为2实验结果表明,在115GHz到211GHz的频率范围内014λ0。可获得40%的带宽。理论上的效率在79%到91%之间。但由于这种结构没有耦合线路,只可测量辐射模式,效率的获得只能通过理论计算而无法测量。(2)低层的介质板为空气,01508mm厚的Duriod基板材料,ε,N=11,pr=212,h=α=1113°话通信系统。微带线馈电结构的天线谐振频率为739MHz时,带宽为913%;谐振频率为742MHz时,带宽为918%。其工作频率较探针馈电结构的高,这是由于矩形贴片天线的槽口降低了被激励贴片的表面电流的有效长度,槽口越大,频率越高。因此这种结构的微带天线可应用在较高的频段。当这种微带天线工作在1500MHz的谐振频率下时,718%的较大带宽。415　双频圆极化宽带微带天线。,辐射贴片位于上层=5mm=01,。谐振频率,当VSWR=2时,可得到21%的,效率超过80%。(3)结构基本上与第二种相同,但谐振频率被设计为4GHz。h=5mm,H=515mm,d1=5mm,α=1814°,具有,合这样的要求,应用。但微带天线的窄频特性又使它有时不能满足实际需求。这种新颖的圆极化微带天线就可以工作在两个谐振频率下,并且在每个频率下都可得到较宽的频带[12]。Ω的正交这种天线在由两层介质板、微带贴片及两条50微带线组成。微带贴片是两个相同半径的圆形贴片相交的公共部分。两个端口分别用两条正交的微带线馈电,可使端口处能量获得正交耦合。两个端口获得很好的隔离而避免了串音。当这种双频微带天线工作在21635GHz和3105GHz两个谐振频率时,VSWR=2带宽分别为3%和513%,比一般的圆极化微带天线的带宽要大。这两个频率可以获得很好的隔离,在两个频率上的增益与一般的微带贴片天线的相当。这种双频微带贴片天线的特点就是结构简单,在两个频率上都可以得到较大带宽和较高的增益。416　宽带准微带贴片天线Ω的终端。120p=3mm=0104λ0,N=13。天线的总尺寸为2515cm×515cm,大约为015λ实验结果表明,VSWR=2时,0。带宽为23%,效率可达到80%到95%。图2　N元宽带准微带贴片天线结构417　周期加载宽带串联馈电微带贴片天线阵这种新颖的贴片天线是有线天线阵和微带贴片天线的混合体,其实质还是微带贴片天线[13]。在结构上与微带贴片天线类似,是一种平面天线,尺寸比标准的谐振贴片还要小一些。但用一系列印刷窄线或者是半径相同的金属线代替了金属贴片。这种天线的结构由一条微带馈线和一系列印刷贴片组成,如图2所示。印刷贴片位于微带馈线上方,与微带馈线相互垂直。微带馈线的终端是电阻器,其阻值与由微带贴片天线组成的天线阵以其效率高、结构简单、成本低、馈电网络可以与微带天线元集成在同一介质基板上等优点得到越来越广泛的应用。但由于其固有的窄频特性,限制了微带天线阵的使用范围。微带天线阵的频带展宽可以通过改进馈电网络来实现,使馈电线与贴片具有相同的阻抗特性。馈电网络具有串联和并联两种形式。这种新颖的微带天线阵就是通过改进串联馈电网络来获得较宽的频?24?系统工程与电子技术2000年带[14]。通常的串联馈电网络贴片之间是用馈电线直接相连的,由于阵元之间的耦合作用,使每个阵元的带宽有所降低。这种微带天线阵是在馈电线或贴片上周期地加载,具有容抗性的短传输线,降低天线阵元的阻抗特性,展宽每个阵元的带宽,从而得到较宽的频带。这种新颖的微带天线阵具有两种实用的结构,一种使用细的馈电线和较宽的贴片,馈电线和贴片上都加载短传输线。在天线阵的末端,传输线呈锥形,使输入输出阻抗匹配到所期望的数值。另一种只在较窄微带线部分加载传输线,这时较窄的微带线就等效于具有低阻抗特性的馈电线。在天线阵的末端,馈电线呈锥形,使输入输出阻抗匹配到所期Ω的微带线组成,望的数值。第一种结构的阵元由半波长50Ω的微带线馈电。传输线间隔1/16波长,等效其末端是16Ω。当ε阻抗假定为100r=212,厚度为01062cm,谐振频率为212GHz时,可获得29%的10dB阻抗带宽,而普通的微带贴随频率的不同呈现出复杂的阻抗特性,而这种H形馈电网络最大的特点就是当天线阵工作在谐振模式时,H形网络的4个输出端的信号具有相同的振幅和相位;当天线阵工作在行波模式时,H形网络的4个输出端具有相同的信号,因此使天线阵在运作过程中不用管负载的大小和类型。改为H形馈电网络与微带贴片的谐振偏差,可以展宽天线阵的阻抗频带。这种天线阵的另一个优势在于每个天线阵元的馈电网络可以单独设计。因此,优化馈电网络可使辐射和传输损耗减小,而不会改变每个阵元的功率分配。实验表明,这种微带天线阵E型板和H型板的主瓣宽度相同,交叉极化低。文献[15]中的天线阵谐振频率为414GHz时,副瓣增益较主瓣增益低32dB,可获得较高的效率。这种4元的天线阵可以扩展成为更多元的天线阵,如8元天线阵可由两个4元天线子阵通过微带线相连组成。但不能无限地增加阵列元素,因为阵元的增加将使传输线加长,传输损耗增大。实验证明,大阵元为16,。在馈电。因此这种结构的,具有复杂阻抗特性的天线阵,使这种天线阵工作在宽频和非常稳定的辐射模式下。片天线阵只能获得17%的阻抗带宽。第二种结构的阵元由贴片和4条短的传输线组成,两条位于馈电线的输入段,两条位于馈电线的输出段。当εr=212,厚度为01062cm,谐振频率为212GHz时,可获得29%的10dB阻抗带宽,而普通的微带贴片天线阵只能获得715%的阻抗带宽。,的特性阻抗。窄频特性;则可以改善模式带宽。418　H形馈电网络宽带微带天线阵5　总　结本文对微带贴片天线的频带展宽方法做了全面的论述,重点介绍了几种新颖的大带宽微带天线和天线阵。以前,人们在微带贴片天线的频带展宽方面常采用多层结构,这样虽展宽了频带,但使天线的结构复杂化。大带宽的微带贴片天线逐渐向小型化、结构简单方向发展。如本文所介绍的微带贴片天线最多也只有两层结构,主要采用在贴片或接地板开窗、附加负载、改进馈电网络、增加贴片元数等方法来展宽频带。微带天线的实验方法和计算方法都已非常成熟,已经有许多软件包用于计算,这为对大带宽的微带贴片天线的进一步研究奠定了基础。由于微带天线具有尺寸小、结构简单、增益高等其它天线所不及的优势,因此有很好的发展前景。随着对微带贴片天线频带展宽方法研究的进展,其固有的窄频特性最终将得以解决。微带天线阵的馈电网络一般有两种形式,串联馈电和并联馈电。串联馈电网络结构简单紧凑,馈线损耗较小,但波束指向随频率变化,谐振馈电串联馈电网络效率高,但频带较窄,行波馈电串联馈电网络可以获得较宽的阻抗频带,但效率较低。并联馈电网络波束指向与频率无关,频带宽度主要取决于阻抗匹配的频带,比较容易实现宽频带,但馈线总长度较长,若用在大的天线阵,效率过低。H形馈电网络是一种新颖的馈电网络,它综合了串联和并联两种网络的优点,可获得宽频、高效率的微带天线阵[15]。这种新颖的天线阵结构由4个贴片和H形馈电网络组成,用探针馈电。它可工作在谐振馈电和行波馈电两种模式。改变H形馈电网络的位置,使阻抗匹配时,工作在行波模式,阻抗不匹配时,工作在谐振模式。一般的微带辐射器参　考　文　献1　郭自勤,林德云1用FDTD方法对微带天线的时域电磁仿真1微波学报,):58～6412　陈杉,方大纲,周东等1微带天线阵的宽带、全波、一体化分析1电子学报,):5～913　ChenB,FangDG,ZhouBH.MedifiedBerengerPMLAbsorbingBoundaryConditionforFD-TDMeshes.IEEEMicrowaveandGuidedWaveLett.,):399～401.4　WongKinlu,WuJianyi.BandwidthEnhancementofCircularly-PolarisedMicrostripAntennaUsingChip-ResistorLoading.Electron.Lett.,1997,33(21):.(下转第89页)包含各类专业文献、文学作品欣赏、行业资料、各类资格考试、专业论文、高等教育、幼儿教育、小学教育、应用写作文书、小型宽带微带天线的研究进展07等内容。　
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