《微带天线馈电方法的研究.docx

第一章 论文设计研究背景 1.1 微带天线的发展 1.1.1 天线 天线是作无线电波的发射或接收用的一种金属装置(如杆、线或线的排列)。在 无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。无线电通信、广播、电视、雷达、 导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息的， 都依靠天线来进行工作。此外，在用电磁波传送能量方面，非信号的能量辐射也 需要天线。一般天线都具有可逆性，即同一副天线既可用作发射天线，也可用作 接收天线。同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。这就是天线的互 易定理。 天线的分类： ①按工作性质可分为发射天线和接收天线。 ②按用途可分为通信天线、广播天线、电视天线、雷达天线等。 ③按工作波长可分为超长波天线、长波天线、中波天线、短波天线、超短波 天线，微波天线等。 ④按结构形式和工作原理可分为线天线和面天线等。描述天线的特性参量有 方向图、方向性系数、增益、输入阻抗、辐射效率、极化和频率。 天线按维数来分可以分成两种类型： 一维天线和二维天线 一维天线由许多电线组成，这些电线或者像手机上用到的直线，或者是一些灵 巧的形状，就像出现电缆之前在电视机上使用的老兔子耳朵。单极和双级天线是 两种最基本的一维天线。 二维天线变化多样，有片状（一块正方形金属）、阵列状（组织好的二维模式 的一束片），还有喇叭状，碟状。 1.1.2 微带天线 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 - 2 - 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 条则称其为微带阵子天线。图1 所示为一基本矩形微带天线元。 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λ g/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。 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。 贴片形状是多种多样的，实际应用中由于某些特殊的性能要求和安装条 件的限制，必须用到其他形状的微带贴片天线。例如，国外某型炮弹引信 天线要求半球覆盖的方向图，即 E 面和 H 面方向图在端射方向()的电平也 要求在半功率电平以上，而规则的矩形或圆形贴片无法满足。因此，为使 微带天线适用于各种特殊用途，对各种几何形状的微带贴片天线进行分析 就具有相当的重要性。 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 - 3 - 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。本部分将对一般的矩形微带天线进行分析讨论，为特殊形状要 求的微带天线做好理论分析基础。利用传输线模式分析微带天线是比较早 期的方法，也较简单，其精确度可以满足一般工程设计要求。 1. 2 微带天线的应用情况 微带天线具有小型化、易集成、方向性好等优点，因此其应用前景广阔，尤其 可在无线电引信上积极的推广与应用。现以国外某型炮弹引信为例，简要说明微 带天线在引信上的分析与设计。该引信是—调频体制引信，天线部分由头部的塑 料封帽、微带贴片和金属底板组成，安装在弹体头部。该天线在电流不连续点形 成等效磁流源，靠改变各磁流的位置，可改变天线的方向性。 - 4 - 第二章 设计研究的理论依据 2.1 微带天线简介 微带天线自20 世纪70 年