实验一 测量微带天线的工作带宽

宽带圆极化微带天线分析与设计一、本文概述本文旨在深入探讨宽带圆极化微带天线的分析与设计。

随着无线通信技术的飞速发展，天线作为无线通信系统的关键组成部分，其性能直接影响到整个系统的传输质量和效率。

宽带圆极化微带天线作为一种重要的天线类型，具有宽频带、圆极化、低剖面、易集成等优点，因此在卫星通信、移动通信、雷达系统等领域具有广泛的应用前景。

本文将首先介绍宽带圆极化微带天线的基本原理和特性，包括其辐射机制、极化特性、带宽特性等。

随后，将详细分析宽带圆极化微带天线的设计方法，包括天线尺寸的选择、馈电方式的设计、介质基板的选取等。

在此基础上，将探讨影响天线性能的关键因素，如阻抗匹配、交叉极化、增益等，并提出相应的优化策略。

本文还将通过具体的案例分析，展示宽带圆极化微带天线在实际应用中的性能表现。

通过对比分析不同设计方案下的天线性能，为工程师和研究者在实际应用中提供有益的参考。

本文将总结宽带圆极化微带天线的设计与优化策略，并展望其未来的发展趋势和应用前景。

通过本文的研究，旨在为宽带圆极化微带天线的分析与设计提供理论支持和实践指导。

二、圆极化微带天线的基本原理圆极化微带天线是一种能够在空间中产生圆形极化波的天线，它具有独特的电磁辐射特性，广泛应用于无线通信、雷达探测和卫星通信等领域。

了解圆极化微带天线的基本原理对于其分析与设计至关重要。

圆极化波是一种电磁波，其电场矢量在空间中随时间旋转，形成一个圆形的轨迹。

圆极化微带天线通过特定的设计和构造，能够在其辐射区域内产生这样的圆形极化波。

这种波形的特性在于，无论接收天线的极化方式如何，圆极化波都能在一定程度上被接收，因此具有更好的抗干扰能力和更广泛的适用性。

圆极化微带天线的基本原理主要基于电磁场理论和天线辐射原理。

它通过在微带天线的辐射贴片上引入特定的相位差，使得天线的两个正交分量产生90度的相位差，从而形成圆极化波。

这种相位差可以通过在辐射贴片上刻蚀特定的槽口或引入附加的相位延迟线来实现。

微波与天线实验报告实验名称：微带天线（Microstrip Antenna）实验指导：黎鹏老师学院：信息学院专业：通信国防一、实验目的：1.了解天线之基原理与微带天线的设计方法。

2.利用实验模组的实际测量得以了解微带天线的特性。

二、预习内容：1．熟悉天线的理论知识。

2．熟悉天线设计的理论知识。

三、实验设备：四、理论分析：天线基本原理：天线的主要功能是将电磁波发射至空气中或从空气中接收电磁波。

所以天线亦可视为射频发收电路与空气的信号耦合器。

在射频应用上，天线的类型与结构有许多种类。

就波长特性分有八分之一波长、四分之一波长、半波天线；就结构分，常见有单极型（Monopole ）、双极型（Dipole ）、喇叭型（Horn ）、抛物型（Parabolic Disc ）、角型（Corrner ）、螺旋型（Helix ）、介电质平面型（Dielectric Patch ）及阵列型（Array ）天线。

（一）天线特性参数1. 天线增益（Antenna Gain ’G ）：isotropicP P G =其中 G ——天线增益P ——与测量天线距离R 处所接收到的功率密度，Watt / m 2Pisotropic —— 与全向性天线距离R 处所接收到的功率密度,Watt / m 22. 天线输入阻抗（Antenna Input Impedance ’Zin ）：IV Z in =其中 Z in ——天线输入阻抗V ——在馈入点上的射频电压 I ——在馈入点上的射频电流以偶极天线为例，其阻抗由中心处73Ω变化到末端为2500Ω。

3. 辐射阻抗（Radiation Resistance ’Rrad ）：2iP R avrad= 其中Pav ——天线平均辐射功率，Wi ——馈入天线的有效电流，A I ——在馈入点上的射频电流对一半波长天线而言，其辐射阻抗为73Ω。

4. 辐射效率（Radiation Efficiency ’ ηr ）：input radiated r P P =η其中P radiated ——由天线幅射出的功率，WP input ——由馈入天线的功率，W5. 辐射场型（Radiation Pattern ）天线的电场强度与辐射功率的分布可利用一极坐标图来表示。

微波技术与天线实验报告姓名张思洋学号411109060103 实验日期2014.04.11 实验名称微带贴片天线设计实验实验类型设计性实验目的1、熟悉并掌握HFSS设计微带天线的操作步骤及工作流程。

2、掌握ISM频段微带贴片天线的设计方法。

实验内容使用HFSS进行微带贴片天线的设计实现，创建设计模型，进行求解设置，设置求解频率为 2.45GHz，同时添加 1.5-3.5GHz的扫频设置，分析天线在1.5-3.5GHz频段内的电压驻波比，并运行仿真计算。

将谐振频率落在2.45GHz频点上。

最后进行相关的数据后处理。

实验原理微带天线是当今无线通信领域中广泛应用的一种天线，具有质量轻、体积小、易于制造等特点，本实验的ISM频段微带贴片天线是工作在2.45GHz，采用同轴线馈电的一种简单的微带天线。

微带天线的基本参数：工作频率 2.45GHz，介质板相对介电常数3.38，介质层厚度5mm，矩形贴片宽度41.4mm，辐射缝隙长度2.34mm,矩形贴片长度31mm，参考地长宽为61.8mm*71.4mm，同轴线馈点坐标（9.5，0）。

要求设计的天线最大增益大于7dB。

前后比大于5dB。

实验步骤及结果一、新建HFSS工程1.新建一个名为MSAntenna.hfss的工程文件。

2.将求解类型设置为Driven Model二、创建微带天线模型1.将模型的默认长度设置为毫米mm2.创建参考地在Z=0的XOY面上创建一个顶点位于（-45mm,-45mm）,大小为90mm*90mm的矩形面作为参考面，并把它命名为GND,并为其分配理想导体边界条件。

然后将此边界命名为PerfE_GND3.创建介质板层创建一个80mm*80mm*5mm的长方体作为介质板层，介质板层位于参考地面上，顶点坐标为（-40，-40，0），介质的材料为R04003。

4.创建微带贴片在z=5的XOY面上创建一个顶点坐标为（-15.5mm，-20.7mm，5mm），大小为31.0mm*41.4mm的矩形面作为微带贴片，命名为Patch，并为其分配理想导体边界条件。

天线测量与微波测量实验讲义（试用）实验一、喇叭天线方向图的测量一、 实验目的：1、 了解喇叭天线的方向图特性；2、 掌握天线方向图的测量方法。

二、 实验原理：H 面和E 面方向图的计算公式为E H θ)E 0b[(λR H )/8]1/2{exp[j(π/4)λR Hθ/λ))2][C(u 1)+C(u 2)-jS(u 1)-jS(u 2)]+exp[j(π/4)λR H ((1/a h )-(2sin θ/λ))2][C(u 3)+C(u 4) -jS(u 3)-jS(u 4)]}E E 2]1/2cos θ}{[C(w 1)+C(w 2)]2+[S(w 1)+S(w 2)]2}1/2±j(π/2)t 2]dt=C(x)±jS(x)u1=(1/2)1/2{[a h/(λR H)1/2]+(λR H)1/2[(1/a h)+(2sinθ/λ)]}u2=(1/2)1/2{[a h/(λR H)1/2]-(λR H)1/2[(1/a h)+(2sinθ/λ)]}u3=(1/2)1/2{[a h/(λR H)1/2]+(λR H)1/2[(1/a h)-(2sinθ/λ)]}u4=(1/2)1/2{[a h/(λR H)1/2]-(λR H)1/2[(1/a h)-(2sinθ/λ)]} w1=[b h/(2λg R E)1/2]+{[(2λg R E)1/2/λ]sinθ}w2=[b h/(2λg R E)1/2]-{[(2λg R E)1/2/λ]sinθ}w1=[b h/(2λg R E)1/2]+{[(2λg R E)1/2/λ]sinθ}w1=[b h/(2λg R E)1/2]+{[(2λg R E)1/2/λ]sinθ}w1=[b h/(2λg R E)1/2]+{[(2λg R E)1/2/λ]sinθ}三、实验装置：测量方向图所需的基本设备可分为发射系统和接收系统两大部分。

微波技术与天线实验报告微波技术与天线实验报告引言：微波技术和天线是现代通信领域中不可或缺的重要组成部分。

微波技术的应用范围广泛，包括无线通信、雷达、卫星通信等领域。

而天线作为微波信号的收发器，起到了关键的作用。

本实验旨在通过实际操作和测量，探索微波技术与天线的基本原理和应用。

实验一：微波信号的传输特性测量在本实验中，我们使用了一对微波发射器和接收器，通过测量微波信号的传输特性，来了解微波信号在传输过程中的衰减和干扰情况。

首先，我们将发射器和接收器分别连接到示波器上，并设置合适的频率和功率。

然后，将发射器放置在一个固定位置，接收器在不同距离上进行测量。

通过记录示波器上的信号强度，并计算出衰减值，我们可以得到微波信号在传输过程中的衰减情况。

实验结果表明，在传输距离增加的情况下，微波信号的强度逐渐减弱，呈指数衰减的趋势。

同时，我们还观察到在某些距离上，微波信号受到了干扰，出现了明显的波动和噪声。

这些干扰可能来自于周围的电磁辐射或其他无线设备的干扰。

实验二：天线的性能测量在本实验中，我们选择了不同类型的天线，并通过测量其增益、方向性和波束宽度等参数，来评估天线的性能。

首先，我们使用一个定位器来确定天线的指向性。

通过调整定位器的方向，观察信号强度的变化，我们可以确定天线的主瓣方向。

然后，我们通过改变接收器的位置和角度，测量不同方向上的信号强度，从而计算出天线的增益。

实验结果表明，不同类型的天线具有不同的性能特点。

某些天线具有较高的增益和较窄的波束宽度，适用于需要远距离传输和精确定位的应用。

而其他天线则具有较宽的波束宽度，适用于覆盖范围广泛的通信需求。

实验三：微波技术在通信领域的应用微波技术在通信领域有着广泛的应用。

其中，微波通信是最为常见和重要的应用之一。

通过使用微波信号进行通信，可以实现高速、稳定的数据传输。

微波通信广泛应用于无线网络、卫星通信和移动通信等领域。

此外，微波雷达也是微波技术的重要应用之一。

微带天线设计实验报告hsff1. 引言微带天线是指一种在非导体衬底上，厚度远小于工作波长的金属片片状天线。

由于其结构简单、易于实现和与尺寸成正比的频率调谐特性，微带天线在无线通信系统、雷达系统、卫星通信系统等领域都有广泛应用。

本实验旨在设计一种基于微带天线的无线通信系统。

2. 设计原理微带天线的设计基于微带线的传输线理论和天线理论，通过调整微带天线的几何结构，可以实现对特定频率信号的发送和接收。

在本实验中，我们需要设计一种工作频率为2.4 GHz的微带天线。

微带天线主要由导体衬底、金属贴片和喇叭线组成。

导体衬底可以是介电材料，如玻璃纤维板、陶瓷板等，也可以是金属材料。

金属贴片是微带天线的辐射元件，其几何形状和尺寸决定了天线的频率特性。

喇叭线用于连接导体衬底和金属贴片，起到提供电信号的功能。

3. 设计步骤根据微带天线的设计原理和工作频率要求，我们可以按照以下步骤来设计微带天线：步骤一：确定导体衬底材料和尺寸根据设计要求选择合适的导体衬底材料，一般可选用介电常数在2到12之间的材料。

确定导体衬底的尺寸，以便适应工作频率。

步骤二：计算金属贴片的尺寸根据所选导体衬底的材料和尺寸，计算金属贴片的尺寸。

一般来说，金属贴片的长度和宽度与工作波长有关，且与导体衬底的介电常数相关。

步骤三：确定喇叭线的结构根据所选导体衬底的材料和尺寸，设计合适的喇叭线结构。

喇叭线的长度、宽度和厚度都会影响微带天线的频率调谐特性。

步骤四：制作微带天线样品根据设计得到的尺寸参数，使用相应的工艺方法制作微带天线样品。

常用的制作方法包括化学腐蚀、电镀等。

步骤五：测试天线性能通过天线测试仪器对微带天线进行性能测试，包括频率响应、增益、辐射图形等参数的测量。

4. 实验结果与分析经过设计和制作，在实验中成功制作了一种工作频率为2.4 GHz的微带天线样品。

经测试，该微带天线样品的频率响应符合设计要求，在工作频率范围内具有良好的增益和辐射特性。

为了进一步优化微带天线的性能，我们对设计参数进行了微调，得到了更好的工作频率和辐射特性。

目录一、微带天线简介 (2)1.1微带天线的概念与分类 (2)1.2微带天线的激励方法 (4)1.3微带天线的工作原理——辐射机理 (5)二、微带天线的分析方法 (8)2.1传输线模型 (8)2.2格林函数法 (10)2.3腔体模型 (11)2.4积分方程法 (11)三、微带天线宽频实现 (12)3.1采用厚介质基片 (12)3.2采用介电常数较小或有耗的介质基片 (12)3.3附加阻抗匹配网络 (12)3.4采用楔形或阶梯形基片 (12)3.5采用非线性基片材料 (13)四、微带天线的多频技术 (13)4.1开槽加载 (13)4.2销钉加载 (14)微带天线摘要：随着社会和经济的发展，通信技术在社会中变得越来越重要，人们的生活也越来越离不开通信。

与此同时，对于接受外来信号的天线的设计也越来越多样化。

移动通信技术的迅速发展和应用，有力地推动了现代通信天线向小型化、多功能的方向发展，设计小型化多功能天线已成为当前天线界研究的重点。

微带天线以其体积小，重量轻，低剖面，能与载体共形，易于制造，成本低，易于与有源器件和电路集成为单一的模件，便于实现圆极化、双极化和双频段等优点得到日益广泛的关注和应用。

本文应老师要求，对微带天线进行简单介绍。

关键字：分类激励工作原理分析方法宽频多频内容：一、微带天线简介1.1微带天线的概念与分类概念：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。

分类：微带天线的特征之一就是相对于普通的微波天线有更多的物理参数，可以有任意的几何形状和尺寸。

微带天线可以分为三种基本类型:微带行波天线、微带缝隙天线和微带贴片天线。

Ⅰ、微带行波天线微带行波天线由基片、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)和基片另一面上的接地板组成。

蛇形微带天线实验报告蛇形微带天线是一种常用于微波通信领域的天线，具有良好的性能和应用前景。

下面是一个可能的蛇形微带天线实验报告范本：1. 实验目的熟悉蛇形微带天线的结构和性能特点，掌握其设计和制作方法，了解其应用领域和实际应用效果。

2. 实验器材蛇形微带天线设计软件（如ADS、CST等）、印制电路板、导线、连接器、测试仪器等。

3. 实验原理蛇形微带天线是一种常用的微带天线，其主要特点是结构简单、厚度薄、重量轻、带宽宽、辐射方向可控等。

其结构由基底板、金属贴片、驻波衬底和连接器等组成，可以用软件仿真优化设计，并通过自动化制造流程实现高效生产。

4. 实验步骤（1）在设计软件中创建蛇形微带天线模型，定义其基本参数和特性。

（2）检查模型中各层的线宽、间距、长度等参数，根据电磁仿真结果进行优化调整，以得到最佳性能。

（3）输出蛇形微带天线的PCB制图文件，并使用印制电路板技术生产出实际天线。

（4）将制作好的天线和连接器、测试仪器等进行连接，并进行辐射、阻抗、方向图等测试。

（5）根据测试结果，分析优化天线的性能和设计参数，较好地完成蛇形微带天线制作实验。

5. 实验结果根据实验测试结果，我们成功地制作出一种工作频率为 2.4GHz的蛇形微带天线，其带宽（VSWR<2）达到了20MHz左右，增益约为1dB，辐射方向和波束变化也符合设计要求。

相比之下，在该频率段常用的其他天线中，蛇形微带天线具有较为卓越的性能表现。

同时，我们还可通过改变设计参数、布局方式和材料制备等策略，不断优化蛇形微带天线的性能和应用效果。

6. 实验结论蛇形微带天线是一种常用的微带天线，其具有良好的性能和应用前景。

在实验中，我们成功地掌握了其设计和制作方法，以及评估其性能和优化策略的能力。

但是，也需要指出，实验中可能存在的误差和限制因素，如电磁仿真的精度、制作过程的误差、测试仪器的精度等，均需要不断优化和完善，以实现更高质量的蛇形微带天线制作和应用。

实验一：微带天线的设计与仿真一、实验步骤、仿真结果分析及优化1、原理分析：本微带天线采用矩形微带贴片来进行设计。

假设要设计一个在2.5GHz 附近工作的微带天线。

我采用的介质基片，εr= 9.8, h=1.27mm 。

理由是它的介电系数和厚度适中，在2.5GHz 附近能达到较高的天线效率。

并且带宽相对较高。

由公式：2/1212-⎪⎭⎫ ⎝⎛+=r r f cW ε=25.82mm贴片宽度经计算为25.82mm 。

2/11212121-⎪⎭⎫ ⎝⎛+-++=w h r r e εεε=8.889；()()()()8.0/258.0264.0/3.0412.0+-++=∆h w h w hle e εε ∆l=0.543mm ；可以得到矩形贴片长度为：l f c L er ∆-=22ε=18.08mm馈电点距上边角的距离z 计算如下：)2(cos 2)(cos 2)(501022z R z Gz Y er in ⨯===λεπβ22090W R r λ=（0λ<<W 条件下）得到：z=8.5966mm利用ADS 自带的计算传输线的软件LineCalc 来计算传输线的宽度，设置如下：计算结果：在这类介质板上，2.5GHz 时候50Ω传输线的宽度为1.212mm 。

2、计算基于ADS 系统的一个比较大的弱点：计算仿真速度慢。

特别是在layout 下的速度令人 无法承受，所以先在sonnet 下来进行初步快速仿真。

判断计算值是否能符合事实。

sonnet 中的仿真电路图如下：S11图象如下：可见，按照公式计算出来的数据大致符合事实上模拟出来的结果。

但是发现中心频率发生了偏移，这主要是由于公式中很多的近似引起的。

主要的近似是下面公式引起22090W R r λ=（0λ<<W 条件下）因为计算的时候没有符合0λ<<W 的条件（W=25.82mm ，而λ0＝120mm ，相对之下，它们间的差距不是非常大），因此会引起和事实的不符。

cst微带贴片天线仿真实验报告介绍本实验旨在通过CST（Computer Simulation Technology）软件进行微带贴片天线的仿真实验。

微带贴片天线作为一种常见的天线类型，在无线通信和雷达系统中得到广泛应用。

本实验将对微带贴片天线进行设计、仿真和性能分析，为实际应用提供指导。

设计与建模1. 设计要求微带贴片天线作为一种通用天线，其设计要求取决于具体的应用场景。

本实验中，我们将设计一个工作频率为2.4GHz的微带贴片天线，用于无线局域网（WLAN）应用。

设计要求如下：•频率范围：2.4GHz±100MHz•阻抗匹配：输入阻抗为50Ω•带宽：达到-10dB带宽为100MHz以上•工作模式：偏振方向为垂直（竖直）2. 设计步骤步骤一：确定尺寸根据设计要求，我们选择基板材料为FR4，其相对介电常数为4.4。

根据微带贴片天线的理论公式，我们可以计算出电磁波在介质中的传播速度，从而确定天线尺寸。

步骤二：确定基本参数根据设计要求，我们选择天线的工作频率为2.4GHz，那么根据传播速度和波长的关系，我们可以确定天线的波长，进而计算出天线的长度。

步骤三：确定天线结构在确定了天线的尺寸和基本参数后，我们需要选择一种合适的天线结构。

常见的微带贴片天线结构包括直缝贴片天线、T型贴片天线和L型贴片天线等。

根据实验要求，我们选择了直缝贴片天线。

步骤四：优化设计通过CST软件进行仿真实验，我们可以对天线进行优化设计。

在仿真实验中，我们可以调整天线的尺寸、形状和位置等因素，以达到更好的性能指标。

通过多次仿真和优化设计，我们可以找到最佳的天线参数。

3. 建模与仿真步骤一：建模在CST软件中，我们可以通过绘制几何结构来建模天线。

根据前面的设计步骤，我们可以绘制出直缝贴片天线的几何形状。

在建模过程中，需要注意几何结构的精度和尺寸的一致性，以确保仿真结果的准确性。

步骤二：设定边界条件和材料属性在进行仿真之前，我们需要设定边界条件和材料属性。