微波技术与天线课程设计—— 角锥喇叭天线 ：吴爽 学号：1206030201
目录 一．角锥喇叭天线基础知识 (3) 1. 口径场 (3) 2. 辐射场 (4) 3.最佳角锥喇叭 (7) 4. 最佳角锥喇叭远场E 面和H面的主瓣宽度 (7) 二．角锥喇叭设计实例 (7) 1. 工作频率 (8) 2.选用作为激励喇叭的波导 (8) 3.确定喇叭的最佳尺寸 (8) 4.喇叭与波导的尺寸配合 (9) 5.天线的增益 (10) 6.方向图 (10)
一．角锥喇叭天线基础知识 角锥喇叭是对馈电的矩形波导在宽边和窄边均按一定角开而形成的，如下图所示。矩形波导尺寸为a×b，喇叭口径尺寸为D H×D E，其E面(yz 面)虚顶点到口径中点的距离为R ，H 面(xz 面)虚顶点到口径中点的距离为R E,H 面(xz 面)虚顶点到口径中点的距离为R H。 1. 口径场 角锥喇叭的电磁场，目前还未有严格的解析解结果，原因在于，角锥喇叭在x和y两个方向随喇叭的长度方向均是渐变而逐渐扩展的，因而要在一个正交坐标系下求得角锥喇叭的场的严格解析解是困难的。通常近似地认为，矩形角锥喇叭中的电磁场具有球面波特性，而且假设角锥喇叭口径面上的相位分布沿x和y两个方向均为平方律变化。
按此假设，可写出角锥喇叭的口径场为： η πβy X R y R x j H y E H e D x E E E H -==+-)2(022)cos( （1.1） 如果是尖顶角锥喇叭，则 R H ＝ R E ，可用作标准增益喇叭。若是楔形喇叭，则R H ≠R E 。由此口径面场分布计算的远场与实测的结果吻合的很好，说明了假设的口径场分析模型的正确性。 2. 辐射场 由角锥喇叭的口径场分布，仿照前面求 E 面和 H 面扇形喇叭远区辐射场的步骤，就可以求出角锥喇叭的远区辐射场表达式。由于计算过程较繁，这里直接给出结果。 ])cos 1([cos 2])cos 1([sin 200H E r j H E r j I I r e E j E I I r e E j E θ?λθ?λβ?βθ+=+=-- （2.1） 其中：
对称阵子天线： 构成：有两根粗线和长度都相同的导线构成，中间为俩个馈电端 原理: 若电线上的电流分布已知，则由电基本阵子的辐射场沿整个导线的积分，便得到对称振子的辐射场。实际上，西振子天线可看成是开路传输线逐渐张开而成，而其电流分布与无耗开路传输线的完全一致，即按正弦驻波分布。 用途:对称振子分为半波对称振子和全波对称振子，半波对称振子广泛的应用于短波和超短波波段，它既可以作为独立天线使用，也可以作为天线阵的阵元，在微波波段还可以作为抛物面天线的馈源。 特点: 方向性比基本振子的方向性稍强一些，平均特性阻抗Z越低R和X随频率的变化越缓慢，其频率特性越好。所以，欲展开对称振子的工作频带，常利用加粗振子直径的方法。当h=λ/4n时，其输入阻抗是一个不大的纯电阻具有很好的频率特性，也有利于同馈线匹配，而在并联谐振点附近是一个高阻抗且输入阻抗随频率变化剧烈，特性阻抗不好。 阵列天线： 构成:将若干辐射单元按某种方式排列所构成的系统。构成天线阵地辐射单元，成为天线原或阵元 原理：天线的辐射场是各天线元所产生的矢量叠加，只要各天线元上的电流，振幅和相位分布满足适当的关系，就可以得到所需要的辐射特性 特点：天线阵的主瓣宽度和旁瓣电平是即相互依赖又相互对立的一对矛盾，天线阵方向图的主瓣宽度小，则旁瓣电平就高，反之，主瓣宽度大则旁瓣电平就低。均匀直线阵的主瓣很窄，但旁瓣数目多，电平高，二项式直线振的主瓣很宽旁瓣就消失了，旁瓣分散了天线的辐射能量，增加量接受的信噪比，但旁瓣又起到了压缩主瓣宽度的作用。 直立阵子天线： 构成:垂直于地面或导电平面架设的天线称为直立阵子天性 原理:单级天线可等效为一对对称振子，对称阵子可等效为一二元阵，但此时等效只是在地面或导体的上半空间成立。理想导电平面上的单级天线的辐射场可直接应用到自由空间对称振子的公式进行计算。 用途:广泛应用于长，中，短波及超短波段。 特点: 当h《λ时辐射电阻很低。单级天线效率也很低改善方法是提高辐射电阻降低损耗电阻。 水平振子天线： 构成: 水平振子天线又称双级天线，阵子的两臂由单根或多股铜线构成，为了避免在拉线上产生较大感应电流，拉线的长度应较小，臂和支架采用高频绝缘子隔开，天线与周围物体要保持适当距离，馈线采用600Ω的平行双导线。 原理:与直立天线的情况类似，无限大导电地面的影响可用水平阵子天线的镜像来代替，架设在理想导电地面上的水平振子天线的辐射场可以用该天线及其镜像所构成的二元阵来分析，但应注意该二元阵的天线元是同幅反相的。 用途:经常用于短波通信电视或其他无线电系统。 特点:架设和馈电方便，地面电导率的变化对水平振子天线的影响较直立天线小，工业干扰大多是垂直极化波，因此，用水平振子天线可以减少干扰对接收的影响。 引向天线: 构成：又称为八木天线，它由一个有源振子及若干个无源振子组成，在无源振子中较长的一个为反射器，其余为引向器 用途：广泛用于米波，分米波的通信、雷达、电视及其它天线电流 原理：引向天线实际上也是一个天线阵，与前述天线相比不同的是它是对其中一个振子馈电，
一、摘要 Smith圆图主要用语计算微波网络的阻抗、导纳及网络阻抗匹配设计，还可用于设计微波元器件。Smith圆图软件不仅适用于微波工程设计，也可用于电磁场、微波技术及天线与电波传播等。本软件可形象的演示圆图上的阻抗值、导纳值与反射系数。 二、设计目的 微波网络的正弦稳态分析含有复数计算，运算十分繁琐和耗时。在计算机运算速度和存不够发达以前，图解分析法达到长足发展，其中多年来运用最广的事Smith圆图。在计算微波传输线输入阻抗、导纳、及阻抗匹配等问题时，它不仅能避开繁琐的公式及复数运算，是工程设计总相关计算简单便捷，而且图解过程物理概念清晰，所的结果直观形象。但随着计算机技术的飞速发展，图解法在计算精度上的固有缺陷日益显现，因为，圆图的设计精度取决于圆图中必须有足够的圆周数，而且过多的圆周会导致图线过于密集，不便将阻抗，反射系数、电压驻波系数（VSWR）及电长度等相关数据从图上直接读出。通过对圆图构成的基本原理和应用问题的分析，利用现代计算机技术可以解决原图计算精度等问题，为此设计Simth圆图。 三、设计要求 圆图软件设计要求计算结果以图形和数据并行输出，整个圆图软件分为用户图形界面模块、圆图计算模块、圆图演示模块。圆图计算模块分为反射系数计算、单支节匹配计算、输入阻抗计算及整个Smith圆图；画图演示模块分为等归一化电阻圆、等归一化电抗圆、反射系数圆等；确定阻抗值在圆图上的位置、圆图的基本应用、求输入阻抗及其在圆图上的位置以及单支节匹配等问题。
四、程序流程图 程序结构模型： 功能实现图： 五、演示验证过程 1、打开Smith圆图软件 2、点击“Smith圆图”按钮，观察到图形区出现了已经画好的圆图，绿色是反射系数圆，紫色是阻抗圆实部，紫色是阻抗圆虚部。 3、在图形区点住鼠标左键不放，此时移动鼠标时，在图形区中自动画出鼠标所在点的Smith圆图，蓝色是反射系数圆，红色是阻抗圆。在界面的右边可以读出此时的反射系数、阻抗值、导纳值，并且计算出该点的驻波比和行波系数，判断该点是否是波腹或者波节点。
第四章行波天线 天线上电流按行波分布的天线称为行波天线（Travelling Wave Antenna）。行波天线具有如下特点： 1)电流为行波分布，不存在反射电流； 2)输入阻抗和方向图对频率变化不敏感； 3)频带宽，绝对带宽可达1 2 ~ (； : ) 3 4)效率低。 常用的行波天线主要有菱形天线、V形天线和螺旋天线等，用于短波波段的无线通信。 §4.1 长导线天线 长度大于一个波长、其上电流按行波分布的导线构成的天线，称为长导线天线。为使导线上传输单一的行波电流，通常在其末端接一匹配负载 R以抑制反 L 射波，见下图所示。 行波长导线天线
4.1.1 辐射场 假设导线沿z 轴放置，线上电流幅度相等、相位连续滞后。线上电流可以表示成： () ' 0' jkz e I z I -= 远区辐射场为： ()()()()θθθ πηθλ πθθθcos 12 cos 12sin sin 4sin 60cos 120'cos 00''-??????-==------?kl kl e r e klI j dz e e r I j E kl j jkr z r jk l jkz 式中r 为原点到场点的距离，θ为射线与z 轴之间的夹角。由此得到长导线天线的方向函数为： ()()()θθθθcos 12 cos 12sin sin -? ?????-=kl kl F 下图是根据上式画出的行波长导线天线的方向图。 长导线天线方向图随长度的变化
导线长度为λ5=l 时的立体方向图如上图所示。 方向图特点： 1) 沿轴线方向没有辐射； 2) 随l 增长，最大辐射方向逐渐靠近轴线，同时主瓣变窄，副瓣增大、数目增多； 3) 当λl 很大时，主瓣方向随λl 的变化很小，方向性具有宽频带特性。 4.1.2 性能参数 1) 最大辐射角与零点位置 方向函数可以改写成： ()()?? ? ???-???? ??=θθθcos 12sin 2cot kl F 当l 很长时，()?? ????-θcos 12 sin kl 项随θ的变化比?? ? ??2cot θ项要快 得多，天线的最大辐射方向由()?? ? ???-θcos 12sin kl 决定。令 λ 5=l 行波长导线天线方向图（ )
. . . . . 图1：微带天线的结构 一、 实验目的 ●利用电磁软件Ansoft HFSS 设计一款微带天线。 ◆微带天线要求：工作频率为2.5GHz ，带宽 (回波损耗S11<-10dB)大于5%。 ●在仿真实验的帮助下对各种微波元件有个具体形象的了解。 二、 实验原理 1、微带天线简介 微带天线的概念首先是由Deschamps 于1953年提出来的，经过20年左右的发展，Munson 和Howell 于20世纪70年代初期制造出了实际的微带天线。微带天线由于具有质量轻、体积小、易于制造等优点，现今已经广泛应用于个人无线通信中。 图1是一个简单的微带贴片天线的结构，由辐射源、介质层和参考地三部分组成。与天线性能相关的参数 包括辐射源的长度L 、辐射源的 宽度W 、介质层的厚度h 、介质 的相对介电常数r ε和损耗正切 δtan 、 介质层的长度LG 和宽度WG 。图1所示的微带贴片天线是采用微带天线来馈电的，本次将要设计的矩形微带贴片天线采用的是同轴线馈电，也就是将同轴线街头的心线穿过参考地和介质层与辐射源相连接。 对于矩形贴片微带天线，理论分析时可以采用传输线模型来分析其性能，矩形贴片微带天线的工作主模式是TM10模，意味着电场在长度L 方向上有2/g λ的改变，而在宽度W 方向上保持不变，如图2（a ）所示，在长度L 方向上可以看做成有两个终端开路的缝隙辐射出电磁能量，在宽度W 方向的边缘处由于终端开路，所以电压值最大电流值最小。从图2（b ）可以看出，微带线边缘的电场可以分解成垂直于参考地的分量和平行于参考地的分量两部分，两个边缘的垂直电场分量大小相等、方向相反，平行电场分量大小相等，方向相反；因此，远区辐射电场垂直分量相互抵消，辐射电场平行于天线表面。
射频微波技术课程设计 专业班级： 学号： 学生姓名: 指导教师： 年月日
设计题目：圆极化微带天线仿真设计 一、内容摘要 微带天线（microstrip antenna）在一个薄介质基片上，一面附上金属薄层作为接地板，另一面用光刻腐蚀方法制成一定形状的金属贴片，利用微带线或同轴探针对贴片馈电构成的天线。微带天线分2 种：①贴片形状是一细长带条，则为微带振子天线。②贴片是一个面积单元时，则为微带天线。如果把接地板刻出缝隙，而在介质基片的另一面印制出微带线时，缝隙馈电，则构成微带缝隙天线。 二、设计任务及指标： 设计一种谐振频率为920MHz的圆极化贴片天线，利用Ansoft公司的HFSS13.0对其进行建模并对其进行仿真分析天线的远区辐射场特性并进行一系列优化。进一步理解微带天线的特性与应用，掌握微波天线的工程设计方法和技巧，熟悉三维电磁场仿真工具HFSS，了解微波天线产品的系统概念，提高专业素质和工程实践能力。 （1）工作频段：900~1200MHz。 （2）基板FR4：H=1.5mm，Er=4.4，tand=0.02。 （3）驻波比小于1.5。 （4）轴比小于3dB。 （5）方向性系数高于3dB。 （6）极化方式RHCP。 三、设计原理： 1.微带贴片天线的工作原理 微带贴片天线是由介质基片、在基片一面上有任意平面形状的导电贴片和基片另一面上的地板所构成。 天线要解决的两个重要问题是阻抗特性和方向特性。前者要解决天线与馈线的匹配问题； 后者要解决定向辐射或定向接收问题，也就是要解决提高发射功率或接收机灵敏度的问题。 而不论是阻抗特性还是方向特性都必须首先求出天线在远区的电磁场分布，为此要求解满足天线边界条件的麦克斯韦方程组。对于这样一个电磁场的边值问题，严格的数学求解是很困难的。因此，经常采用工程近似的方法进行研究，即用某种初始场的近似分布代替真实的准确分布来计算辐射场。 微带天线的辐射机理实际上是高频的电磁泄漏。一个微波电路如果不是被导体完全封闭，电路中的不连续处就会产生电磁辐射。例如微带电路的开路端，结构尺寸的突变、折弯等不连续处也会产生电磁辐射（泄漏）。当频率较低时，这些部分的电尺寸很小，因此泄漏也笑；但随着频率的增高，电尺寸增大，泄漏就大。在经过特殊设计，即放大成贴片状，并使其工作在谐振状态，辐射就明显增强，辐射效率就大大提高，从而成为有效的天线。 图1是一个简单的微带贴片天线的结构，由辐射元、介质层和参考地三部分组成。与天线性能相关的参数包括辐射元的长度L、辐射元的宽度W、介质层的厚度h、介质的相对介
天线原理与设计习题集 第一章 天线的方向图 1．如图1为一元天线，电流矩为Idz ，其矢量磁位表 示为A r j 0r 4Idz ?βπμ?=e z A ，试求解元天线的远区辐射电磁场。 ?θH E ,2．已知球面波函数r e r j /βψ?=，试证其满足波动方程： 022=+?ψβψ 3．如图2所示为两副长度为λ=A 2的对称线天线，其上的电流分别为均匀分布和三角形分布，试采用元天线辐射场的叠加原理，导出两天线的远区辐射场，方向图函数?θH E ,),(?θf 和归一化方向图函数),(?θF ，并分别画出它们在yoz 平面和xoy 平面内的方向图的示意图。 4．有一对称振子长度为，其上电流分布为：A 2|)|(sin )(z I z I m ?=A β试导出： (1) 远区辐射场; ?θH E ,(2) 方向图函数),(?θf ； (3) 半波天线(2/2λ=A )的归一化方向图函数),(?θF ，并分别画出其E 面 和H 面内的方向图示意图。 (4) 若对称振子沿y 轴放置，导出其远区场表达式和E 面、H 面方向图 函数。 H E , 5．有一长度为2/λ=A 的直导线，其上电流分布为，试求该天线的 方向图函数z j e I z I β?=0)(),(?θF ，并画出其极坐标图。 6．利用方向性系数的计算公式: ∫∫ = ππ ? θθ?θπ 20 2 sin ),(4d d F D 计算：(1) 元天线的方向性系数； (2) 归一化方向图函数为 ???≤≤≤≤=其它,0 0,2/,csc ),(0 0??πθθθ?θF 的天线方向性系数。
(3) 归一化方向图函数为： ?? ?≤≤≤≤=其它,0 20,2/0,cos ),(π ?πθθ?θn F n=1和2时的天线方向性系数。 7．如图3所示为二元半波振子阵，两单元的馈电电流关系为/212j I I e π=，要求导出二元阵的方向图函数),(?θT f ，并画出E 面(yz 平面)和H 面(xy 平面)方向图。 8．有三付对称半波振子平行排列在一直线上,相邻振子 间距为d ，如图4所示。 (1) 若各振子上的电流幅度相等，相位分别为 ββ,0,?时，求xy 面、yz 面和H 面方向图函数。 (2) 若4/λ=d ，各振子电流幅度关系为1:2:1，相位 关系为2/,0,2/ππ?时，试画出三元阵的E 面和H 面方向图。 9. 由四个元天线组成的方阵，其排列如图5所示。每个单元到阵中心的距离为8/3λ，各单元的馈电幅度相等，单元1和2同相，单元3和4同相但与1和2反相。试导出该四元阵的方向图函数及阵因子，并草绘该阵列xoy 平面内的方向图。 10. 设地面为无限大理想导电平面。图6所示为由等幅同相馈电的半波振子组成的水平和垂直二元阵，试求其 E 面方向图函数，要求： (1) 对图(a)求出xz 面和yz 面方向图函数，并画出xz 面的方向图； (2) 对图(b) 求出xz 面、yz 面 和xy 面方向图函数，并画出这三个面内的方向图；。 11．一半波对称振子水平架设在理想导电平面上，架设高度为。试分别画出h 0.25,0.5h λλ=两种情况下的E 面和H 面方向图，并比较所得结果。 12．由长为4/λ=A 的单极天线组成的八元天线阵如图7所示，各单元垂直于地
课程设计报告 课设名称：微波技术与天线课设题目：微带天线仿真设计课设地点：跨越机房 专业班级：学号： 学生姓名： 指导教师： 2012年 6 月 23 日
一、设计要求： 矩形贴片是微带贴片天线最基本的模型，本设计就是基于微带贴片天线基础理论以及熟练掌握HFSS10仿真软件基础上，设计一个右手圆极化矩形贴片天线，其工作频率为2.45GHz，分析其远区辐射场特性以及S曲线。 矩形贴片天线示意图 二、设计目的： 1.理解和掌握微带天线的设计原理 2.选定微带天线的参数：工作频率、介质基片厚度、贴片模型及馈电点位置 3.创建工程并根据设计尺寸参数指标绘制微带天线HFSS模型 4.保存工程后设定边界条件、求解扫描频率，生成S参数曲线和方向图 5.观察对比不同尺寸参数的微带天线的仿真结果，并分析它们对性能的影响 三、实验原理： 用传输线模分析法介绍它的辐射原理。。 设辐射元的长为L，宽为ω，介质基片的厚度为h。现将辐射元、介质基片和接地板视为一段长为L的微带传输线，在传输线的两端断开形成开路，根据微带传输线的理论，由于基片厚度h<<λ，场沿h方向均匀分布。在最简单的情况下，场沿宽度ω方向也没有变化，而仅在长度方向（L≈λ/2)有变化。 在开路两端的电场均可以分解为相对于接地板的垂直分量和水平分量，两垂直分量方向相反，水平分量方向相同，因而在垂直于接地板的方向，两水平分量电场所产生的远区场同向叠加，而两垂直分量所产生的场反相相消。因此，两开路端的水平分量可以等效为无限大平面上同相激励的两个缝隙，缝的电场方向与长边垂直，并沿长边ω均匀分布。缝的宽度△L≈h，长度为ω，两缝间距为L≈
第八章 口径天线的理论基础(8-1) 简述分析口径天线辐射场的基本方 法。 答：把求解口径天线在远区的电场问题分为两部分： ①. 天线的内部问题； ②. 天线的外部问题； 通过界面上的边界条件相互联系。 近似求解内部问题时，通常把条件理想化，然后把理想条件下得到的解直接地或加以修正后作为实际情况下的近似解。这样它就变成了一个与外部问题无关的独立的问题了。 外部问题的求解主要有： 辅助源法、矢量法，这两种是严格的求解方法； 等效法、惠更斯原理法、几何光学法、几何绕射法，这些都是近似方法。 (8-2) 试述几何光学的基本内容及其在口径天线设计中的应用。 答：在均匀的媒质中，几何光学假设能量沿着射线传播，而且传播的波前（等相位面）处处垂直于射线，同时假设没有射线的区域就没有能量。 在均匀媒质中，射线为直线，当在两种媒质的分界面上或不均匀媒质传播时，便发生反射和折射，而且完全服从光的反射、折射定律。 B A l nds =? 光程长度： 在任何两个给定的波前之间，沿所有射线路径的光程长度必须相等，这就是光程定律。''PdA P dA = 应用： ①. 可对一个完全聚焦的点源馈电的天线系统，求出它在给定馈源功率方向图 为P(φ,ξ)时，天线口径面上的相对功率分布。 ②. 对于完全聚焦的线源馈电抛物柱面天线系统，口径上的相对功率分布也可 用同样类似的方法求解。 (8-3) 试利用惠更斯原理推证口径天线的远区场表达式。 解：惠更斯元产生的场： (1cos )2SP j r S SP jE dE e r βθλ-?= ?+?? 222)()(z y y x x r S S SP +-+-= r , r sp >>D (最大的一边)
J I A N G S U U N I V E R S I T Y 通信系统天线综合课程设计 学院名称： 专业班级： 学生： 学生学号：
一、课程设计目的 通过综合课程设计，在学习EDA仿真软 件HFSS使用方法的基础上，掌握常见通信系 统天线的仿真设计方法。 二、课程设计容： 以“通信系统天线”课程课件“Ch4.1 偶 极和单极天线”、“Ch4.2 常用振子天线和馈 电技术”、“Ch5 宽带天线_c”、“Ch6 移动系 统常用天线_c”为参考资料，分别仿真偶极 子天线、UHF probe 振子天线、共面波导馈 电领结天线和同轴馈电贴片天线，并对天线 进行分析。 三、设计步骤及仿真结果 天线设计实例1：偶极子天线 1）设计步骤 打开HFSS并保存一个新项目 打开File选项(alt+F),单击Save as。输入 项目名hfss_dipole。 一.Step1 创建模型 1、创建振子1 （1）选择cylinder图标 （2）输入参数： 切换到参数设置区（在工作区的右下角），设置圆柱体的基坐标为(x=0 mm,y=0 mm,z=1.25mm); 按下Enter 键后输入半径和长度：dx =2.5mm, dy=0 mm, dz=73.75mm 。 （3）设置振子1的名称和材料 在对象列表中双击cylinder1， 弹出如下属性窗口。 设置名称：将Name改为“pole1”。 设置材料：单击Material的Value，在如下对话框中输入“pec”并确定。
2、创建振子2 （1）选择cylinder图标 （2）输入参数： 切换到参数设置区，设置圆柱体的基坐标为(x=0 mm,y=0 mm,z=-1.25mm); 按下Enter 键后输入半径和长度：dx =2.5mm, dy=0 mm, dz=-73.75mm 。注意此时坐标的选取。 （3）设置名称和材料 设置名称为“pole2”，材料同为“pec”。设置完毕，如下图所示。
一、实验目的 ●利用电磁软件Ansoft HFSS 设计一款微带天线。 ◆微带天线要求：工作频率为，带宽( 回波损耗 S11<-10dB)大于 5%。 ● 在仿真实验的帮助下对各种微波元件有个具体形象的了解。 二、实验原理 1、微带天线简介 微带天线的概念首先是由 Deschamps于 1953 年提出来的，经过 20 年左右的发展， Munson和 Howell 于 20 世纪 70 年代初期制造出了实际的微带天线。微带天线由于具有质量轻、体积小、易于制造等优点，现今已经广泛应用于个人无线通信中。 图1 是一个简单的微带贴片天线的结构，由辐射源、介质层和参考地三部分组成。与天线性能相关的参数 包括辐射源的长度L、辐射源的 宽度 W、介质层的厚度 h、介质 的相对介电常数r和损耗正切 tan、介质层的长度LG和宽度 WG。图 1 所示的微带贴片天线是图 1：微带天线的结构 采用微带天线来馈电的，本次将要设计的矩形微带贴片天线采用的是同轴线馈 电，也就是将同轴线街头的内心线穿过参考地和介质层与辐射源相连接。 对于矩形贴片微带天线，理论分析时可以采用传输线模型来分析其性能， 形贴片微带天线的工作主模式是TM10模，意味着电场在长度L方向上有 g / 2 矩 的 改变，而在宽度 W方向上保持不变，如图 2（a）所示，在长度 L 方向上可以看做 成有两个终端开路的缝隙辐射出电磁能量，在宽度W方向的边缘处由于终端开路，所以电压值最大电流值最小。从图 2（b）可以看出，微带线边缘的电场可以分解成 垂直于参考地的分量和平行于参考地的分量两部分，两个边缘的垂直电场分量大小 相等、方向相反，平行电场分量大小相等，方向相反；因此，远区辐射电场垂直分 量相互抵消，辐射电场平行于天线表面。
所谓行波天线就是指天线上的电流按行波分布的天线。行波天线可在导线末端接匹配负载，使天线上电流避免反射而以行波分布，频率变化时，输入阻抗近似不变，方向图随频率的变化也较缓慢，行波天线是宽频带天线，但是有匹配负载所以工作效率低。 二．【关键词】： 行波单导线，菱形天线，螺旋天线 三．【主要内容】： 1.行波单导线的特点及优缺点 （1）.行波单导线是指天线上电流按行波分布的单导线天线。设长度为L 的导线沿Z轴放置，如下图1-1所示，导线上电流按行波分布，即天线沿个点电流振幅相等，相位连续滞后，其馈电点置于左边原点。设输入端电流为I0，忽略沿线电流的衰减，则线上电流分布为： I（z‘）= I0e-jkz‘ （2）.行波单导线的特点： ⅰ.沿导线轴线方向没有辐射。 ⅱ.导线长度越长，最大辐射方向越靠近轴线方向，同时主瓣越窄，副瓣越大且副瓣数增多。
ⅲ.当L/λ很大，主瓣方向随L/λ变化趋缓，即天线的方向性具有宽频特性。最大辐射角：θm=arccos（1-λ/2L） 行波单导线的方向系数为：D≈10㏒10L/λ+5.97-10㏒10（㏒10L/λ+0.915）dB 2.菱形天线 (1).菱形天线的结构和工作原理 为了增加行波单导线的增益,可以利用排阵地方法。用4根行波单导线 菱形天线水平地悬挂在四根支柱上，从菱形天线的一只锐角端馈电，另一只锐角端接一个与菱形天线特性阻抗相等的匹配负载，使导线上形成行波电流。菱形天线可以看成是将一段匹配传输线从中间拉开，由于两线之间的距离大于波长，因而产生辐射。菱形天线的最大辐射方向位于通过两锐角顶点的垂直平面内，指向终端负载方向，具有单向辐射特性。
课程设计 课程名称：微波技术与天线 课设题目：微带天线设计（不同切角） 实验地点：博学馆机房 专业班级：电信1201班 学号：2012001422 学生姓名： 指导教师：李鸿鹰 2015 年7 月 4 日
课程设计任务书 注：课程设计完成后，学生提交的归档文件应按，封面—任务书—说明书—图纸的顺序进 行装订上交（大张图纸不必装订） 指导教师签名： 日期：2015-6-10 专业班级 电信1201 学生姓名 课程名称 微波技术与天线 课程设计 设计名称 微带天线设计 设计周数 1.5周 指导教师 李鸿鹰 设计 任务 主要 设计 参数 1 熟悉HFSS 仿真平台的使用 2 熟悉微带天线的工作原理与设计方法 3 在HFSS 平台上完成如下微带天线的仿真设计 设计要求如下： 频率：5.6GHz 介质：FR4 4 结合同组其他同学的设计结果完成对于该天线结构参数与性能之间关系的探讨 5 在1.5周内完成设计任务 设计内容 设计要求 6.11：分组、任务分配、任务理解 6.12：查阅参考资料，理论上熟悉所设计的器件的工作原理与特性，完成方案设计。 6.15~6.18：熟悉仿真平台的使用，完成在平台上的建模，设置，结果提取与分析，以及验收。 6.19：同组同学结果汇总及讨论 6. 22：设计说明书的撰写 在设计过程中，作为设计小组成员，每位同学要具有团队意识和合作精神，并最终独立完成自己的设计任务。 主要参考 资 料 刘学观，微波技术与天线，西安电子科技大学电出版社，2012 顾继慧，微波技术，科学出版社，2007 李明洋，HFSS 应用设计详解，人民邮电出版社，2010 学生提交 归档文件 1.设计报告 2.工程文件
课程设计说明书 题目：基于ADS的微带缝隙天线的仿真设计 学院（系）： 年级专业： 学号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称：
基于ADS的微带缝隙天线的仿真设计 摘要：通信系统的发展带来了天线行业的勃勃生机，在众多的天线类型中微带天线已成为当前研究的前沿之一，具有广阔的前景与实用意义。特别是微带缝隙天线，以其重量轻、剖面薄、平面结构且易与载体共形，馈电网络可与天线结构一起制成等优点已经引起天线工作者的广泛关注。本文就设计一个中心频率工作为880MHz，相对带宽为B=5％，介质板厚度h=1.6mm，损耗角正切tanδ=0.0018，介电常数为Er=2.3的微带缝隙天线展开研究以及仿真和优化。 关键词：ADS；微带缝隙天线；仿真设计； Design of microstrip slot antenna based on ADS simulation Abstract: Communication system development has brought the antenna the vitality of the industry, in many types of antenna microstrip antenna has become one of the forefront of current research, has broad prospects and practical significance. Microstrip slot antenna, in particular, with its light weight, thin section, flat structure and easy with conformal carrier, feeding the advantages of network can be made with the antenna structure has caused extensive concern of antenna workers. In this paper, the design of a work center frequency is 880 MHZ, relative bandwidth is B = 5%, medium plate thickness h = 1.6 mm, loss tangent tan delta = 0.0018, the dielectric constant of Er = 2.3 microstrip slot antenna study and simulation and optimization. Key words: ADS; Microstrip slot antenna. The simulation design; 学习目的
微波技术与天线 课程设计 题目：Novel Modified UWB Planar Monopole Antennab With Variable Frequency Band-Notch Function 专业： 2008级通信二班 作者1： 2班，200840603040，胡丹 作者2： 2班，200840603046，刘瑶瑶 作者3： 2班，200840603051，孙文静 作者4： 2班，200840603053，唐晓丽 指导教师：宗卫华 自动化工程学院 2011年6 月13 日
1、天线结构及性能 图1中显示了被推荐的宽频带的单极天线的构造，它由一个简单的天线矩形贴片、带有两个插槽的有缺口地平面和H-shaped导体面组成。被推荐的天线是建造在厚度为1.0毫米、相对介电常数为4.4的FR4基板上。微带线的宽度馈线是固定的1.86mm以获得50欧的特性阻抗。在基片的正面，印刷着一个大小是10*13.5mm矩形贴片，此矩形贴片到底面6mm长度的有槽基地的距离是2mm。关于地面结构(DGS)，地平面槽的设置提供额外的电流路径。另外这种结构改变了输入阻抗的电感及电容，从而改变带宽。通过改变插槽的形状和尺寸，应用于微带线的DGS引起了谐振频率可控的结构传输的共振特性。因此，通过在地面层插入两个插槽，然后慢慢改变它的参数（WS、LS）,可以获得更高的阻抗带宽。如图一所示，这两个插槽放置在距地面中心线1mm处（大约0.5Wf）. 如图1,H形导体面被放置在辐射补丁的下面，相对于纵向方向也是对称的。The conductor-backed面会扰乱共振响应还可以作为一个寄生的半波共振结构电耦合到矩形单极子。At the notch frequency,电流受寄生元素的支配，在寄生元素和辐射贴片之间他们相反的方向。由此，在the notch frequency附近可以产生理想的高衰变。通过慢慢改变WH、LH、DH参数可以获得可变的band-notch特性。在此设计中WH的宽度是控制过滤带宽的主要参数，也是寄生元素和辐射贴片耦合参数。另一方面，the notched band的中心频率对WH的改变不敏感。the notched band的共振频率取决于LH和DH。在此设计中，L 的最优化长度设定在大约0.5 参考文献中给出的天线结构图如图1，其回波损耗如图2，可见天线的-6dB带宽为3.1-4.8GHz以及6.2-11.4GHz，覆盖UWB的两个频带。天线的方向图如图3，在水平面具有全向性，符合UWB通信终端天线的方向性要求。
漫谈驻波比 驻波比全称为电压驻波比，又名VSWR和SWR，为英文Voltage Standing Wave Ratio的简写。在无线电通信中，天线与馈线的阻抗不匹配或天线与发信机的阻抗不匹配，高频能量就会产生反射折回，并与前进的部分干扰汇合发生驻波。为了表征和测量天线系统中的驻波特性，也就是天线中正向波与反射波的情况，人们建立了“驻波比”这一概念， SWR=R/r=(1+K)/(1-K) 反射系数K=(R-r)/(R+r) (K为负值时表明相位相反) 式中R和r分别是输出阻抗和输入阻抗。当两个阻抗数值一样时，即达到完全匹配，反射系数K等于0，驻波比为1。这是一种理想的状况，实际上总存在反射，所以驻波比总是大于1的。 ————————————————————————— 漫谈驻波比 摘自:《专业无线通信》传媒 电压驻波比（VSWR）是射频技术中最常用的参数之一，用来衡量部件之间的匹配是否良好。业余无线电爱好者用电台进行联络之前，当然首先会想到测量一下天线系统的驻波比是否接近1:1。那么，什么是驻波？还有，如果VSWR接近1:1，当然好。但如果不能达到1，将会怎样呢？小到几天线才算合格？为什么老式电台上没有驻波表？ 本文不打算重复很多无线电技术书籍中关于电压驻波比的理论叙述，只是想从感性认识的层面介绍一些驻波和行波的概念，再谈几个实用问题。 行波和行波天线 电流在导线中流动的速度很快。在直流电路和低频交流电路中，流过导线某一截面的电流总是会在电路参数发生变化之前流过其它各截面，因此任何时刻一条导线上各截面电流的方向和大小是一样的。 不过，电流从一点流到另一点毕竟还是需要时间的。在高频电路中，在高频率交流电源的驱动下，电流、电压的大小和方向都变化得极快，前一时刻流过某点的电流刚刚来得及流到相邻段，该点电流的大小或方向已经随电源而发生改变，这样就造成同一时刻电路各点的电流和电压不再彼此相同。 如果我们用一个等幅高频率交流电源联接到一对无穷长的均匀平行长线上，那么靠近电源端的导线之中就会有同步于电源的高频交变电压和电流。就导线的每一截面而言，流过的电流都是幅度相同的高频交流电流，只是流过各截面的电流的时间相位不同。就整个导线而言，同一时刻各点的电流随离电源端的距离而呈正弦分布。看起来就像一个正弦电流波源源不断地从无穷远端沿一根导线留向电源，再从电源沿另一根导线流向无穷远端，我们把电流波的这种流动方式称为“行波”。如果两根平行导线的距离很近，由于其对称结构，同一时刻流过两根导线相对段的电流总是大小相等方向相对的，因此它们中间的电流在周围空间形成的电磁场互相抵消，不会传播到远处。所以这种均匀平行长线可以用来作为传输高频能量的“传输线”，或者叫“馈线”。 如果我们把上述无穷长均匀长线的两臂向两边水平张开，就形成了一副无穷长的偶极
基于 HFSS 的天线设计 一、实验目的 ●利用电磁软件Ansoft HFSS 设计一款微带天线。 ◆微带天线要求：工作频率为 2.5GHz，带宽 ( 回波损耗 S11<-10dB)大于 5%。 ● 在仿真实验的帮助下对各种微波元件有个具体形象的了解。 二、实验原理 1、微带天线简介 微带天线的概念首先是由 Deschamps于 1953 年提出来的，经过 20 年左右的 发展， Munson和 Howell 于 20 世纪 70 年代初期制造出了实际的微带天线。微带 天线由于具有质量轻、体积小、易于制造等优点，现今已经广泛应用于个人无线 通信中。 图 1 是一个简单的微带贴片天线的结构，由辐射源、介质层和参考地三部分 组成。与天线性能相关的参数 包括辐射源的长度L、辐射源的 宽度 W、介质层的厚度 h、介质 的相对介电常数r 和损耗正切 tan、介质层的长度 LG和宽度 WG。图 1 所示的微带贴片天线是图1：微带天线的结构 采用微带天线来馈电的，本次将要设计的矩形微带贴片天线采用的是同轴线馈 电，也就是将同轴线街头的内心线穿过参考地和介质层与辐射源相连接。 对于矩形贴片微带天线，理论分析时可以采用传输线模型来分析其性能，矩 形贴片微带天线的工作主模式是 TM10模，意味着电场在长度 L 方向上有g / 2 的 改变，而在宽度 W方向上保持不变，如图 2（a）所示，在长度 L 方向上可以看做 成有两个终端开路的缝隙辐射出电磁能量，在宽度W方向的边缘处由于终端开路，所以电压值最大电流值最小。从图 2（b）可以看出，微带线边缘的电场可以分解成 垂直于参考地的分量和平行于参考地的分量两部分，两个边缘的垂直电场分量大小 相等、方向相反，平行电场分量大小相等，方向相反；因此，远区辐射电场垂直分 量相互抵消，辐射电场平行于天线表面。
天线与电波传播实验报告 08 级队区队学员姓名学号 实验组别 3 同组人实验日期2011.12.22 实验成绩 实验项目：行波天线方向图仿真实验 实验目的： 1．加深对行波天线工作原理的理解； 2．理解行波单导线的长度对天线方向性的影响； 3．了解菱形天线的参数选取。 实验器材： 1．计算机 2．MATLAB软件 实验原理阐述、实验方案： 一、实验原理 1．行波单导线的方向性 行波单导线是指天线上电流按行波分布的单导线天线。设长度为l 的导线沿z轴放置，如图2所示，导线上电流按行波分布，即天线沿线各点电流振幅相等，相位连续滞后，其馈电点置于坐标原点。设输入端电流为I0，忽略沿线电流的衰减，则线上电流分布为
'jk z 0e I )'z (I -= （2-1） z o R r kz cos θ??l dz ′ θ 图2 行波单导线及其坐标 行波单导线辐射场的分析方子相似法与对称振，即首先把天线分割成许多个电基本振子，而后取所有电基本振子辐射场的总和，故 ?θ-θθλ =l 0)cos 'z r (jk 'jk z 0 'dz e e sin r I 60j E )cos 1(2 k l j jk r 0e )]cos 1(2 kl sin[cos 1sin e r I 60j θ--θ-θ-θλ= （2-2） 式中，r 为原点至场点的距离;θ为射线与z 轴之间的夹角。由上式可得行波单导线的方向函数为 ) cos 1()]cos 1(2 kl sin[ sin )(f θ-θ-θ =θ （2-3） 根据上式可画出行波单导线的方向图如图3所示，由图可以看出行波单导线的方向性具有如下特点：
太原理工大学现代科技学院微波技术与天线课程设计 设计名称全波振子加引向器 专业班级信息13-1 班 学号2013101269 姓名陈凯 指导教师李鸿鹰
课程设计任务书 注：课程设计完成后，学生提交的归档文件应按，封面—任务书—说明书—图纸 指导教师签名：日期：2016-6-10
专业班级 信息13-1 学号 2013101269 姓名 陈 凯 成绩 设计名称：全波振子+引向器 一、设计要求：全波振子+1个引向器完成天线的设计。 二、天线基本理论： 1.天线的功能及应用： a) 天线的功能 b) 天线的应用 天线在无线电系统中的应用 … … …… …… …… …… …… … …装 …… …… …… …… … …… …… …… 订… …… ……………………………… …线 …… …… …… …… … …… …… ……
2.天线的分类 按工作频段划分：超长波、长波、中波、短波、超短波和微波天线； 按用途划分：通信、广播、电视、雷达、导航和测向天线等 ； 按辐射方向划分：全向天线、定向天线； 按外形划分：偶极子天线、T 形、菱形、环形、螺旋、喇叭、反射面以及透镜天线等等。 按形状划分：线天线（导线或金属棒构成）、面天线（金属面或介质面构成）。线天线主要用于长波、短波和超短波；面天线主要用于微波波段。 3.电基本振子的辐射 给出在球坐标原点沿z 轴放置的电基本振子在各向同性理想均匀无限大自由空间的表达式： 320232022cos 41sin 41sin 40jkr A r jkr A jkr A r I l j k E e r r I l j k jk E e r r r I l jk H e r r H H E θ?θ?θπωεθπωεθπ---??=-+ ?????=-+- ??? ??=+ ???===注：9022000010362/E 120H k k θ? εεππλωεμηπ-======相移常数；波阻抗（远区场） a) 近区场 当kr<<1时称为近区场，此时230 30sin 42cos 41sin 40 A A r A r I l H r I l E j r I l E j r H H E ?θθ?θπθωεπθωεπ= =-=-=== 不难看出，上述表达式和稳态场的公式完全相符，因此，近区场又称为似稳区。场随距离 的增大而迅速减少。电场滞后于磁场90度，因此复坡印延矢量是虚数(12 S E H =?),每周平均辐射的功率为零。这种没有能量向外辐射的场称之为“感应场”。 b) 远区场 当kr>>1时称为远区场，此时60sin e sin e 200jkr A jkr A r r I l E j r I l H j r E H H E θ?θ?πθλθλ--==≈=== 此时，有电场和磁场两个分量在空间相互垂直且与r 矢径方向垂直，三者构成右手螺旋系