X波段宽带微带天线阵设计与分析.pdf

南京理工大学
硕士学位论文
X波段宽带微带天线阵设计与分析
姓名:孟一波
申请学位级别:硕士
专业:通信与信息系统
指导教师:牟善祥
20060601
摘要关键词:宽带微带天线阵,非谐振串联馈电,矩量法渌鸷本文根据方位扫描ǘ蜗嗫卣筇煜呱杓频男枨螅芯苛司哂锌泶匦缘拇馈电微带天线阵。文中首先简单讨论了微带天线的主要数值分析方法,包括时域有限差分法、有限元法和矩量法龋缓笱芯苛司匦挝⒋煜叩场积分方程,并简要介绍了本文所用的电磁仿真软件。在讨论数值分析方法的基础上,结合设计指标分析了各种因素对微带贴片天线性能的影响,确定了方位扫描ǘ蜗嗫卣筇煜哒罅械纳杓品桨福玫绱懦∈捣真软件进行仿真计算。仿真和实测结果表明,这种结构的微带天线阵列具有良好的宽带特性,并且具有高的天线效率,满足了设计要求。最后分析了影响微带天线阵性能的几个因素,包括馈电方式、互耦影响、天线损耗等。碗士论文ǘ慰泶⒋煜哒笊杓朴敕治
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研究生签名:二监。蒯年占月日声学位论文使用授权声明明或上网公布本学位论文的部分或全部内容,可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果,尽我所知,在本学位论文中,除了加以标注和致谢的部分外,不包含其他人已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均己在论文中作了明确的说明。南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档,可以借阅于保密论文,按保密的有关规定和程序处理。
髀微带天线的出现是现代微波集成电路技术在理论和实践上应用于天线领域的一个重要成就。早在年,,但由于当时的集成技术和介质基片材料尚未趋于完善,因此一直未能取得较大进展。直到七十年代初,,微带天线才获得了迅猛的发展。年代,微带天线无论在理论的深度上和广度上都获得了进一步的发展,其理论趋于成熟,其应用与日俱增,新形式、高性能的微带天线不断涌现。微带天线具有以下几个方面的优点;⒋煜呒捌湔罅芯哂衅拭姹。菀子载体绶尚衅共形的特点;寤。亓壳幔杀镜停子诖罅可微带天线具有平面结构,与集成电路有良好的兼容性,能和有源器件、电路集成为统一的组件;煌杓频奈⒋#渥畲蠓浞较蚩梢源颖呱涞蕉松浞段诘髡以用简单的馈电实现线极化和圆极化。因此在雷达目标精确识别、电子对抗、地质矿藏勘探、地球物理勘测、无线通信、移动通信、卫星通信等众多军用和民用领域都有着广泛的应用需求。但微带天线也存在频带窄、增益低、旁瓣高、损耗大等缺陷。对于频带窄的缺点,有许多提高频带的方法,如:采用厚的,小介电常数的基板,采用多层结构,加匹配网络等方法来提高频带;对于增益低,一般都会把它组成阵列来提高增益;对于旁瓣高的缺点,一般采用改变电流幅度分布,如切比雪夫或是泰勒分布等。对于损耗大的问题,一般都是采用较低的损耗介质,但因材料的限制这种方法并不可行。一般的中小规模的微带天线阵列的效率只有%左右,对于较大的天线阵列,馈电网络的增加必然会导致损耗的加大,效率的降低【俊】【,所以研究微带天线阵的损耗和效率问题对于提高阵列天线的性能是很有意义的,具有较强的实际应用价值。分析微带天线的基本理论方法,早期主要有基于一维问题的传输线模型理论和基于二维边值问题的空腔模型理论忉“U饬街址椒ㄊ粲诮馕龇ǎ屎瞎嬖蛭⒋分析设计。随着无线通信的迅速发展,简单形状的微带贴片以及传统的解析方法已经不能满足现代天线的设计要求,只能借助于数值算法。于是,具有强大计算功能的数值计算方法,如时域有限差分方法嗍、有限元法薄啊、和矩量法“”等便应运而生。矩量法是分析求解电磁散射与辐射问题的一种强有力的数值计算工具“町。它可以将微分方程化为差分方程,或将积分方程中的积分化为有限求和建立代数方程来求解。矩量法可以解边界比较复杂的问题,,矩量法在天线分析和设计中日益受到人们的青睐,成为计算电磁数值计算中的一个热点。针对本文天线结构的设计,我们主要采用基于有限元法的和基于矩量法的等应用软件。这些电磁场数硕士论文ǘ慰泶⒋煜哒笊杓朴敕治
值方法和众多应用软件的涌现,不仅加深了我们对电磁场理论的深入理解,而且大大方便了天线工作者的研究和设计。展宽天线带宽研究背景和意义随着无线通信的迅速发展,微带天线以其重量轻、剖面低等诸多优点日益受到人们的青睐。但是,微带天线由于带宽较窄,其相对带宽一般只有%.ァ抉簦蚨实际应用中受到了一定的限制。因此,如何展宽微带天线的阻抗带宽具有十分重要的实际意义。微带贴片天线的窄频特性是由