微波天线课设.docVIP

课程设计报告 实验名称： 微波技术与天线 实验题目：  = 1 \* GB3 ① 三角形贴片天线设计  = 2 \* GB3 ② 魔T的设计 实验地点： 跨越机房 专业班级： 电信 学 号： 200 学生姓名： 指导教师： 2013年6月20号 三角形贴片天线设计 一、微带天线相关背景和三角形贴片天线相关机理： 1、微带天线的发展： 自从 20 世纪 70 年代中期微带天线理论得到大的发展以来，由于微带天线体积小、重量轻、馈电方式灵活、成本低、易于与目标共形等优点而深受人们亲睐，在移动通信（GSM）、卫星通信、全球卫星定位系统（GPS）等领域得到广泛的应用。 2、微带天线的辐射机理： 微带天线是在带有导体接地板的介质基片上贴加导体薄片而形成的天线。它利用微带线或同轴线等馈线馈电（本课设中用到），在导体贴片与接地板之间激励起射频电磁场，并通过贴片四周与接地板间的缝隙向外辐射。通常介质基片的厚度与波长相比是很小的，属于电小天线的一类。如下图（a）（b）： 3、本次课设研究内容“三角形微带贴片天线”介绍: 在不同形状的微带贴片天线中，矩形和圆形是主要的。三角形微带贴片天线与矩形微带天线具有类似的场结构和谐振频率，可是相对贴片面积则小的多，实际应用中可以满足天线贴片小型化等某些特殊的性能要求。无源等边三角形天线首先由Helszajn and James和Bahl and Bhartia用腔模理论来分析。然后由Keuster and Chang 用几何光学理论来分析。而实验研究则由Dahele and Lee提出 。 4、三角形微带贴片天线中使用的馈电技术 ——同轴线馈电： 同轴线馈电就是将同轴插座安装在印刷电路板的背面，而同轴线内导体接在天线导体上。其简化处理是略去磁流的作用，并用中心位于圆柱中心轴的电流片来等效电流柱。一种更严格的处理，是把接地板上的同轴开口作为 TEM 波的激励源，而把圆柱探针的效应按边界条件来处理。对指定的模，同轴馈电点的位置可由经验去找，以便产生较好的匹配。由工作于主模的矩形微带天线的场结构可知，沿长度方向谐振输入电阻从侧馈时的最大值到中心时变为零，即，式中 为侧馈时的输入电阻，是背馈点离侧馈边的距离，于是通过实验方法可以方便地在某一个处实现与 50Ω馈电线的匹配，无需附加阻抗变换器。用同轴线馈电的优点是：1.馈点可选在贴片内任何所需 的位置，便于匹配；2.同轴电缆置于天线接地平面下方，避免了对天线辐射的影响。缺点是结构不便于集成，制作麻烦。 下表是各种馈电方式的比较，可见同轴馈电的阻抗匹配容易，带宽也较宽。 5、微带天线分析方法： 目前国际上主流的高频电磁场仿真软件有德国 CST 公司的 MicroWaveStudio（微波工作室）、美国 Ansoft 公司的 HFSS（高频电磁场仿真，也即本次课设所使用的软件）、Agilent 公司的ADS(Advanced DesignSysytem)以及 Zeland 公司的 IE3D 等软件。借助于这些商用软件，理论上任何复杂形状的天线都可以比较准确地分析和模拟，从而大大加快了微带天线技术的发展和应用。 二、三角形贴片天线设计过程和各特性的理论值计算公式: 下面将基于腔模理论，导出同轴馈电时等边三角形微带天线的输入阻抗 。等边三角形微带贴片的几何形状和坐标系如下图所示 其中， 三、三角形贴片天线尺寸确定及HFSS仿真: 三角形天线设计的各个尺寸参数： 接地板GroundPlane：90mm*90mm，介质基片Substrate:45mm*45mm*5mm，,材料Rogers R04003;贴片天线Patch:半径R为18.3mm;探针Pin半径0.5mm*高5mm,材料Pec，中心点（0,5,0）；空气框Air160mm*160mm*70mm；馈电点距Patch中心9.5mm处。 经过反复调整，最终的三角形不是一个等边三角形，而是一个边长分别为39.36mm、39.36mm、34.00mm的等腰三角形。用式2.10 (m=1,n=0)计算得到天线的谐振频率约为2.44GHz。根据指导书步骤完成工程如下： 四、保存并求解工程，绘制以下各个图形并分析仿真结果： 1、反射系数S11曲线（即