第12章 射频 微波天线

1、第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 12.1 12.1 天线基础知识天线基础知识 12.2 12.2 常见的天线结构常见的天线结构 12.3 12.3 单极天线和对称阵子天线单极天线和对称阵子天线 12.4 12.4 喇叭天线喇叭天线 12.5 12.5 抛物面天线抛物面天线 12.6 12.6 微带天线微带天线 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 12.1 12.1 天线基础知识天线基础知识 12.1.1 天线基本指标 天线的基本指标介绍如下： (1) 天线增益G定义为 （12 - 1a） 式中,Pr为被测天线距离

2、R处所接收到的功率密度,单 位为W/m2; Pi为全向性天线距离R处所接收到的功率密度, 单位为W /m2。 i r P P G 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 增益为G的天线距离R处的功率密度应为接收功率 密度,即 (2) 天线输入阻抗Zin定义为 式中,U为在馈入点上的射频电压； I为在馈入点上 的射频电流。 2 4 R GP P t r （12 1b） I U Zin （12 2a） 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 天线是个单口网络,输入驻波比或反射系数是一个 基本指标,为了使天线辐射尽可能多的功率,必须使天 线与空气匹配,输入驻波比尽可能小。阻抗、驻

3、波比与 反射系数的关系为 1 1 1 1 0 ZZ VSWR in （12 2b） 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 (3) 辐射效率r定义为 （12 - 3） 式中,Pr为天线辐射出的功率,单位为W；Pi为馈入天 线的功率，单位为W。 (4) 辐射方向图：用一极坐标图来表示天线的辐射 场强度与辐射功率的分布,如图12-1所示。 (5) 半功率角的定义如图 12 - 2 所示。 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 图 12-1 辐射方向图 0 z E E 90 x 0 90 面 180 270 H面 y O 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 图 1

4、2-2 半功率波束宽度 (a) 按电场定义； (b) 按功率定义 0.707 E E 0.707 E 0.5 P 0.5 P P (a)(b) 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 (6) 旁瓣: 在主辐射波瓣旁,还有许多副瓣,沿角 度方向展开如图12 - 3 所示。其中,HPBW为半功 率波束宽度,辐射最大功率下降3dB时的角度; FNBW 为第一零点波束宽度; SLL为旁瓣高度,辐射最大功率与 最大旁瓣的差。 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 图 12-3 主瓣与旁瓣 主瓣 HPBW SLL 旁瓣 FNBW 角度/deg 第第1212章章 射频射频/ /微波天线

5、微波天线 (7) 方向系数D定义为 （12 - 4） 式中,Pmax为最大功率密度,单位为W/m2; Pav 为平均辐射功率密度,单位为W/m2。 常见的天线方向系数如下： 偶极天线 D=1.5 或 1.76dB 单极天线 D=1.5 或 1.76 dB 抛物面天线 喇叭天线 式中,d为抛物面半径,为信号波长,A为喇叭口面 面积。 av P P D max 2 2 )( d D 2 2 )( d D 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 12.1.2 远区场概念 通常,天线看作是辐射点源,近区是球面波,远区为 平面波, 如图12 - 4 所示。辐射方向图是在远区测量。 下面给出远、

6、 近场的分界点。 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 图 12-4 远区场概念 球面波 平面波 D辐射点源 等相位面 天线 l R D/2 Rl 源 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 在图12 -4 中,有以下几何关系： 通常,R0 W0 （12 - 16） （12 - 17） 0 0 Z Lk B e 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 式中 k0=2/0是自由空间的波数,Z0是宽度W的微带特性阻 抗,e是有效介电常数, L是边沿电容引起的边沿延伸。由图 12 - 17 可看出,边沿电场盖住了微带边沿,等效为贴片的电长 度增加。 8 . 0/ 26

7、4. 0/ 258. 0 3 . 0 412. 0 12 1 2 1 2 1 120 2/1 0 hW hW hL W h W h Z e e rr e e （12 - 18） 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 Yin Y0 L L h GjBGjB 等效电路 图12 17 边沿辐射槽 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 为了计算天线的辐射阻抗,天线可以等效为槽阻抗 和传输线级联。输入导纳为 式中Ys为式（12 - 17）给出的辐射槽导纳,=2 e/0微带线内传播常数。谐振时, L+L=g/2=0/2e, 式(12 - 19)仅剩两个电导,即 Yin=2G (12

8、 - 20) )2(tan )2(tan 0 0 0 LLjYY LLjYY YYY s s sin （12 - 19） 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 微带天线的工作频率与结构参数的关系为 W不是很关键,通常按照下式确定: )2(2 0 LL c f e (12 - 21) 2/1 0 1 2 2 r f c W (12 - 22) 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 图 12-18 矩形天线实例 L W w1 w2 l1 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 设计实例： 设计3 GHz微带天线,基板参数为2.2/0.762, 并用四分之一线段实现

9、与50 馈线的匹配。 天线拓扑如图12 - 18 所示。 步骤一： 确定各项参数: W=3.95cm, e=2.14, L=0.04cm L=3.34cm, Rin=288 步骤二： 阻抗变换器的特性阻抗为 ZT0= =120 50288 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 步骤三： 由微带原理计算得变换器的长度和宽度 为 l1=1.9 cm, w1=0.0442cm 微带天线的辐射方向图可以用电磁场理论严格计 算。图12 - 19是典型的方向图,典型HPBW=50 60,G=58 dB。 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 图 12-19 微带天线的典型方向图 2

10、25 180 135 90 H面 0 315 1020405060 50 40 20 10 45 0 102040506030 40 50 30 20 10 315 45 90 135 180 225 E面 30 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 在许多场合下要利用合适的馈线点实现微带天线 的圆极化。如图12 - 20 所示,90耦合器激励两个方 向的线极化构成圆极化,或者扰动微带天线的辐射场实 现圆极化。 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 图 12-20 圆极化微带天线 馈线点 方形贴片 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 12.6.2 微带天线

11、的其他形式 导体贴片一般是规则形状的面积单元,如矩形、 圆形 或圆环形薄片等,也可以是窄长条形的薄片振子(对称阵子)。 由这两种单元形成的微带天线分别称为微带贴片天线和微 带振子天线,如图12 - 21（a）、 （b）所示。微带天 线的另一种形式是利用微带线的某种形变(如弯曲、 直角 弯头等)来形成辐射,称为微带线型天线,如图12 - 21(c) 所示。因为这种天线沿线传输行波,故又称为微带行波天 线。微带天线的第四种形式是利用开在接地板上的缝隙,由 介质基片另一侧的微带线或其他馈线(如稽线)对其馈电,称 之为微带缝隙天线,如图12 - 21(d)所示。由各种微带 辐射单元可构成多种多样的阵列

12、天线,如微带贴片阵天线、 微带振子阵天线,等等。 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 图 12-21 微带天线的四种形式 接地板 微带线 接地板 微带线 导体振子 接地板槽线 导体贴片 介质基片 接地板 微带线 (a)(b) (c)(d) 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 图12 - 22 为两种馈电形式的矩形微带天线示意 图,图（a）是背馈,同轴线的外导体与接地板连接,内 导体穿过介质与贴片天线焊接；图（b）为侧馈,通过 阻抗变换与微带线连接。 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 图 12-22 微带天线的两种馈电方式 (a)(b) 第第1212章

13、章 射频射频/ /微波天线微波天线 微带天线馈电微带天线馈电 大多数微带天线只 在介质基片的一 面上有辐射单元， 因此，可以用微 带天线或同轴线 馈电。 因为天线输入阻抗 不 等 于 通 常 的 50传输线阻抗， 所以需要匹配。 匹配可由适当选 择馈电的位置来 做到。但是，馈 电的位置也影响 辐射特性。 图3-7 微带线馈电的天线 图3-9 同轴馈电的微带天线 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 微带馈电微带馈电 中心微带馈电和偏心微带馈电。馈电点的位置也决定激励那种 模式。当天线元的尺寸确定以后，可按下法进行匹配：先将中 心馈电天线的贴片同50的馈线一起光刻，测量输入阻抗并设计

14、 出匹配变阻器；再在天线元与馈线之间接入该匹配变阻器，重 新做成天线。另外，如果天线的几何图形只维持主模，则微带 馈线可偏向一边以得到良好的匹配。 特定的天线模可用许多方法激励。如果场沿矩形贴片的宽度变 化，则当馈线沿宽度移动时，输入阻抗随之而变，从而提供了 一种阻抗匹配的简单办法。馈电位置的改变，使得馈线和天线 之间的耦合改变，因而使谐振频率产生一个小的漂移，而辐射 方向图仍然保持不变。不过，稍加改变贴片尺寸或者天线尺寸， 可补偿谐振频率的漂移。 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 同轴线馈电同轴线馈电 各种同轴激励示于图3-。 在所有的情况中，同轴 插座安装在印制电路板 的背

15、面，而同轴线内导 体接在天线导体上。对 指定的模，同轴插座的 位置可由经验去找，以 便产生最好的匹配。使 用N型同轴插座的典型 微带天线示于图3-中。 图3-9 同轴馈电的微带天线 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 同轴馈电模拟同轴馈电模拟 根据惠更斯原理，同轴馈电可以用一个由底面 流向顶面的电流圆柱带来模拟。这个电流在地 板上被环状磁流带圈起来，同轴线在地板上的 开口则用电壁闭合。如果忽略磁流的贡献，并 假定电流在圆柱上是均匀的，则可进一步简化。 简化到最理想的情况是，取出电流圆柱，用一 电流带代替，类似微带馈电的情况。该带可认 为是圆柱的中心轴，沿宽度方向铺开并具有等 效宽

16、度的均匀电流带，对于给定的馈电点和场 模式，等效宽度可以根据计算与测量所得的阻 抗轨迹一致性经验地确定。一旦这个参数确定 了，它就可以用在除馈电点在贴片边缘上以外 的任何馈电位置和任何频率。当馈电点在贴片 边缘上时，可以认为，在贴片边缘上的边缘场 使等效馈电宽度不同于它在天线内部时的值。 在矩形天线中，等效宽度为同轴馈线内径的五 倍时，可给出良好的结果。 图3-10 同轴线馈电的 微带天线 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 矩形微带天线作为独立天线应用时采用背馈方式, 而作为单板微带天线的阵元时必须采用侧馈方式。在 制作侧馈的矩形微带天线时,可按下述方法实现匹配： 将中心馈电天

17、线的贴片同50 馈线一起光刻制作,实 测其输入阻抗并设计出匹配器,然后在天线辐射元与微 带馈线间接入该变换器。 任何形式的平面几何结构都可以用作微带天线,图 12-23是部分微带天线形式。 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 图 12-23 微带天线的其他结构 （a） 常用形式; （b）可能结构 (a)(b) 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 微带行波天线微带行波天线 微带行波天线（MTA）是由基片、在 基片一面上的链形周期结构或普 通的长TEM波传输线（也维持一个 TE模）和基片另一面上的地板组 成。TEM波传输线的末端接匹配负 载，当天线上维持行波时，可从 天

18、线结构设计上使主波束位于从 边射到端射的任意方向。 图3-5 微带行波天线 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 微带缝隙天线微带缝隙天线 微带缝隙天线由微带馈线和开在地板上的缝隙组成。缝隙可以 是矩形（宽的或窄的），圆形或环形。 窄缝 圆环缝 宽缝 圆贴片缝 图3-6 微带缝隙天线 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 12.6.3 圆盘微带天线的设计实例 圆盘形微带天线是另一种基本形式。参数包括圆 盘半径、馈电位置、输入阻抗、天线Q值、辐射效率、 总效率、输入VSWR及频带、辐射方向图。计算过程复 杂,已有图表和软件可使用。下面给出圆盘半径计算公 式,并以900 M

19、Hz天线为例 。圆盘半径为 2/1 )7726. 1 2 (ln 2 1 h K K h K a r （12 - 23） 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 式中 设计实例： 设计900 MHz圆盘微带天线,介质参数为4.5/1.6。 (1) 确定参数。 天线的拓扑结构为： 设计频率 f0=0.9 GHz, 最大输入驻波比VSWR=2.0 1, 基板参数为 高度h=0.16 cm,介电常数r=4.5，损耗正切 tan=0.015, 导体铜的=1.0。 r f K 0 794. 8 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 (2) 利用公式求出圆盘圆形天线的半径、 接头馈入

20、 位置、 频率与输入阻抗的关系。 半径=4.580 cm 馈电点=1.800 cm 频率与阻抗对应关系如表 12-1 所示。 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 表 12-1 频率与阻抗对应关系 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 频带内阻抗在圆图上的位置如图 12-24(a)所示。 (3) 利用公式求出天线的总Q值、 辐射效率、 总 效率、 天线频带宽度。 计算结果: 输入阻抗50.90 ohms 矩形片总 Q=47.639 辐射效率=95.97% 总效率=21.10% 相对带宽=1.48% 阻波比2.001 VSWR 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波

21、天线 (4) 利用公式求得天线的辐射方向图,如图 12-24 (b)、 (c)所示。 (5) 圆盘天线的实际结构如图12-24 (d) 所示。 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 图 12-24 圆盘形微带天线结构图 馈入接头 4.58 cm 1.8 cm 0.16 cm FR4 Er=4.5 TAND = 0.015 0 90 180 270 E面 H面 (d)(c) (b)(a) 90090 30 20 10 0 H面 .5 .2 .2.51 25 5 5 2 .2 .5 2 方向图 角度 DBSCALE=40.0 5 dB PER DIVISION 15 degrees P

22、ER ANGLE DIVISION E面 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 12.7矩形微带天线的设计矩形微带天线的设计 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 （一）实验目的（一）实验目的 了解微带天线设计的基本流程 掌握矩形微带天线的设计方法 熟悉在ADS的layout中进行射频电路设计的方法 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 （二）设计要求（二）设计要求 用陶瓷基片（r9.8），厚度h1.27mm，设计一个在 3GHz附近工作的矩形微带天线。 基片选择的理由是：陶瓷基片是比较常用的介质基片， 其常用的厚度是h1.27mm，0.635mm，0.25

23、4mm。其 中1.27mm的基片有较高的天线效率，较宽的带宽以及 较高的增益。 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 （三）微带天线的技术指标（三）微带天线的技术指标 辐射方向图 天线增益和方向性系数 谐振频率处反射系数 天线效率 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 （四）设计的总体思路（四）设计的总体思路 计算相关参数 在ADS的Layout中初次仿真 在Schematic中进行匹配 修改Layout，再次仿真，完成天线设计 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 （五）相关参数的计算（五）相关参数的计算 需要进行计算的参数有 贴片宽度W 贴片长度L 馈电

24、点的位置z 馈线的宽度 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 （五）相关参数的计算（续）（五）相关参数的计算（续） 贴片宽度W、贴片长度L、馈电点的位置z可由公式计算 得出 馈线的宽度可以由Transmission Line Calculator 软件计算 得出 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 （五）相关参数的计算（续）（五）相关参数的计算（续） 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 （六）用（六）用ADS设计过程设计过程 有了上述的计算结果，就可以用ADS进行矩形微带天线 的设计了 下面详细介绍设计过程 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天

25、线 ADS软件的启动 启动ADS进入如下界面 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 创建新的工程文件创建新的工程文件 进入ADS后，创建一个新的工程，命名为rect_prj。打开 一个新的layout文件，首先设定度量单位。在ADS中， 度量单位的缺省值为mil，把它改为mm。方法是：单 击鼠标右键PreferencesLayout Units ，如下图 所示 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 设定度量单位设定度量单位 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 介质层设置介质层设置 在ADS的Layout中进行设计，介质层和金属层的设置很重 要 在菜单栏里选

26、择MomentumSubstrate Create/Modify， 在Substrate Layer标签里，保留 FreeSpace和/GND/的设置不变，点击Alumina层， 修改其设置为： 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 介质层设置（续）介质层设置（续） 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 金属层设置金属层设置 点击Metallization Layers标签，在Layout Layer下拉框中选 择cond，然后在右边的Definition下拉框中选择Sigma （Re，thickness），参数设置如下页图。 然后在Substrate Layer栏中选

27、择“-”后，点击“Strip” 按钮，这将看到“-Strip cond”。一切完成后，点击 OK。 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 金属层设置（续）金属层设置（续） 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 在在Layout中制版中制版 准备工作做好以后，下面就可以进行Layout中的作图了。 先选定当前层为v cond，再按照前面计算出来的尺寸作图。 最后在馈线端加入端口 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 在在Layout中制版（续）中制版（续） 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 仿真预设置仿真预设置 在进行layout仿真之前，先要

28、进行预设置。在菜单栏选择 Momentum -Mesh-Setup，选择Global标签。 鉴于 ADS在Layout中的Momentum仿真是很慢的，在允许的 精度下，可以把“Mesh Frequency”和 “Number of Cells per Wavelength” 设置得小一点 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 仿真预设置（续）仿真预设置（续） 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 进行仿真进行仿真 点击Momentum - Simulation - S-parameter弹出仿真设置 窗口，该窗口右侧的Sweep Type选择Linear， Start

29、、 Stop分别选为2.5GHz、3.5GHz，Frequency Step选为 0.05GHz。Update后，点击Simulation按钮。 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 仿真结果仿真结果 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 对仿真结果的探讨对仿真结果的探讨 由上图可见，理论上的计算结果与实际的符合还是相当 不错的，中心频率大约在2.95GHz左右。只是中心频率 处反射系数S11还比较大，从而匹配不理想，在3GHz 处，m1距离圆图上的坐标原点还有相当的距离。在 3GHz下的输入阻抗是：Z0*（0.103-j0.442）5.15 j22.1 第第1212章

30、章 射频射频/ /微波天线微波天线 总体的总体的2D辐射方向图辐射方向图 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 在原理图中进行匹配在原理图中进行匹配 为了进一步减小反射系数，达到较理想的匹配，并且使 中心频率更加精确，可以在Schmatic中进行匹配。 天线在3GHz下的输入阻抗是：Z0*（0.103-j0.442）5.15 j22.1，这可以等效为一个电阻和电容的串连。 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 匹配原理匹配原理 匹配的原理是：串联一根50欧姆传输线，使得S11参数在 等反射系数圆上旋转，到达g=1的等g圆上，然后再并 联一根50欧姆传输线，将S11参数转

31、移到接近0处。所 需要计算的就是串连传输线和并联传输线的长度 ADS原理图中优化功能可以出色的完成这个任务 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 匹配过程匹配过程 新建一个Schematic文件，绘出如下的电路图： 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 匹配过程（续）匹配过程（续） 其中TL1和TL2的L是待优化的参 量，初值取10mm，优化范围是 1mm到20mm。 设置好MSub的值 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 匹配过程（续）匹配过程（续） 插入S参数优化器，一个Goal。其中 Goal的参数设置如下： 这里dB（S（1，1）的最大值设为 -5

32、0dB，是因为在Schematic中的仿真 要比在Layout中的仿真理想得多，所 以要求设置得比较高，以期在Layout 中有较好的表现。 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 匹配过程（续）匹配过程（续） 设置好OPTIM。 常用的优化方法有Random(随机)、Gradient(梯度)等。 随机法通常用于大范围搜索，梯度法则用于局部收 敛。这里选择Random。 优化次数可以选得大些。这里设为300。 其他的参数一般设为缺省即可。 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 匹配过程（续）匹配过程（续） 优化电路图为： 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线

33、匹配过程（续）匹配过程（续） 点击仿真按钮，当CurrentEF0时，优化目标完成。把它 update到原理图上（SimulateUpdate Opimization Values）。 Deactivate优化器。最终原理图如下： 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 匹配过程（续）匹配过程（续） 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 原理图中的仿真原理图中的仿真 点击仿真按钮， 可以看到仿真结 果为： 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 原理图中的仿真（续）原理图中的仿真（续） 放置Marker可以得到更详细的数据 在中心频率f3GHz处，S(1,1)的

34、幅值是5.539E-4，可见已 经达到相当理想的匹配。 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 修改修改Layout 参照Schematic计算出来的结果，修改Layout图形如下 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 两点说明两点说明 由于这里是手工布板，而不是由Schematic自动生成的， 传输线的长度可能需要稍作调整(但不超过1mm)。注意 要把原先的3mm馈线长度也算进去。 为了方便输入，在电路的左端加了一段50的传输线。其 长度对最终仿真结果的影响微乎其微。这里取1mm。 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 仿真结果仿真结果 按照前述的步骤进行仿

35、真，仿真结果是 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 仿真结果（续）仿真结果（续） 为了较精确地给出匹配的结果，我们将仿真频率范围设 为2.9GHz到3.1GHz，步长精确到10MHz。 可见进行原理图匹配的结果是十分理想的。 下面具体给出一些仿真结果。 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 总体的总体的2D辐射方向图辐射方向图 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 天线增益和方向性系数天线增益和方向性系数 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 天线效率天线效率 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 （七）设计小结（七）设计小结 矩形

36、微带天线设计是微带天线设计的基础，然而作为一名新手，想 熟练顺利地掌握其设计方法与流程却也有些路要走。 多仿照别人的例子操作，多自己动手亲自设计，多看帮助文件，是 进入射频与微波设计殿堂的不是捷径的捷径。 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 （七）设计小结（续）（七）设计小结（续） 一般来说，按照公式计算出来的矩形天线其反射系数都 还会比较大的，在圆图中反映出来的匹配结果也不是 很理想。这也许是由一些公式的近似导致的，但这也 使电路匹配成为设计工作必不可少的一环。 在用Schematic进行天线的匹配时，以S11为目标利用仿真 优化器来求所需传输线长度的方法 ，是一种省时省力 有

37、效的方法。 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 Thank you！ fugw 2003. 6 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 12.7 12.7 天线阵和相控阵天线阵和相控阵 单个天线的波束宽度与增益的矛盾限制了它的使 用。在有些场合,要用更高的增益和更窄的波束。由于 天线的尺寸与工作波长有关,必须用多个天线形成极窄 波束。天线阵把能量聚焦于同一个方向,增加了系统的 作用距离。 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 12.7.1 天线阵 考虑图12 - 25 所示的沿z方向分布的一维天线阵, 总辐射场为每个单元的叠加。 第第1212章章 射频射频/

38、 /微波天线微波天线 图 12-25 沿z方向分布的一维n元相控阵 (N1) d cos 4d cos 3d cos 2d cos d cos rN r5 r4 r3 r2 r1 12345N ddddz0 z 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 远区场幅度相等,即 r1=r2=r3=rN=r （12 - 24） 每个天线单元的家间距为d, 引起的相移为, 由距 离引起的相移分别是 r1=r r2=r+dcos rN=r+(N-1)dcos （12 - 25） 故总场强为 阵因子元方向图 N i dkij i rjk t eI r e fE 1 )cos)(1( 0 0 4 ),( （12 - 26） 第第1212章章 射频射频/ /微波天线微波天线 式(12-26)称为方向图乘积原理。阵因子AF与单元的分布 有关。 12.7.2 相控阵 考虑波束扫描情况,假定每个天线单元都相同,相位从左 到右步进增加