FDTD超宽带天线的同轴线馈电结构建模

微带线天线馈电原理微带线天线馈电原理微带线天线（Microstrip antenna）是一种平板式天线，由于其结构简单、易于制造和调整等优点，在卫星通信、雷达测量等领域得到了广泛应用。

而微带线天线的馈电方式也是很重要的一部分，下面就简单介绍一下微带线天线馈电的原理。

一、微带线天线结构微带线天线由两个主要部分构成：天线贴片和微带线馈线。

天线贴片是由介电材料和金属构成的，其形状和尺寸会对天线的辐射特性产生非常大的影响。

通常情况下，天线贴片的形状是圆形、方形或矩形的。

介电材料通常是PTFE或FR-4等。

微带线馈线是从天线贴片到源或负载之间的导体。

它是由铜箔覆盖在介电基板上，并用印刷电路技术制造而成。

微带线馈线使用也会影响到天线的辐射特性，所以具体的天线设计需要考虑到天线贴片和微带线馈线之间的相互影响。

二、微带线天线的馈电原理通常情况下，微带线天线的馈电方式有两种，一种是通过COAX和微带线过渡来实现馈电的；一种是直接在贴片上开孔，将馈线与贴片相连。

微带线天线的馈电原理可以通过微波模型进行模拟和理解。

在微波模型中，天线贴片是电容，微带线馈线是电感，通过调节它们之间的物理尺寸和位置，可以得到天线的输入阻抗等有关参数。

对于微带线天线来说，其馈电原理主要基于其在等效电路中的表现，即通过开孔或者过渡来实现本质上的电容与电感耦合，从而将微带线的能量转化成为微带线天线所需的电场和磁场，并产生全向或定向的辐射。

三、微带线天线馈电方式的特点1. 传输效率高：与传统天线相比，微带线天线利用电阻较小的铜箔、介质成本较低、简单易制造的技术，使馈电方式更加可靠和传输效率高。

2. 空间利用率高：微带线天线可以利用介质板上的空间进行设计，减少空间占用，提高空间利用率。

3. 频带宽度较宽：微带线馈线传输的电场和磁场能够交错在介质板上，从而产生多种共振模式，实现频段宽带的涵盖，提高天线的频带宽度。

总之，微带线天线馈电方式是微带线天线的重要组成部分，其具有优秀的传输效率、高空间利用率和较宽的频带宽度，能够为无线通信、雷达测量等领域提供更好的通讯和测量技术支持。

---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ Vivaldi基于CST的超宽带微带天线设计摘要天线，在任何无线电系统组成中，都是必不可少的组件。

随着无线电通信技术的发展，天线在各个领域得到了广泛的应用。

超宽带技术是当今最具竞争力和发展前景的技术之一。

其具有许多窄带系统无法比拟的优点，例如：高数据速率、低系统成本和抗多径效应,抗干扰性强、频谱覆盖范围广、距离分辨率高、对现有系统干扰小等。

由于无线电的应用频段被不断地扩展，进而促进了超宽带电磁学的产生。

在超宽带频段内，时域特性的研究表明，时域电磁波是人类非常重要的资源，作为超宽带无线电系统中不可缺少的一员，超宽带天线的研究也因此变得相当有意义。

本论文主要研究了关于超宽带微带天线的设计。

首先1/ 30介绍了天线及微带天线的基本理论，然后重点研究了超宽带天线，Vivaldi天线，详细分析设计了Vivaldi天线的传统模型，以及改进模型，并利用CST STUDIO SUITE 2010软件仿真，分析了Vivaldi天线可以使用的工作频率范围、性能以及尺寸等。

5558关键词天线，超宽带，CST，Vivaldi天线毕业设计说明书外文摘要TitleTheCST-basedUltra-WidebandMicrostrip AntennaDesignAbstractAntenna, in the composed of any radio system, are essential components. With the development of radio communication technology, the antenna has been widely applied in various fields.---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------The ultra-wideband technology is one of the most competitive and promising technologies. It has many incomparable advantages of narrowband systems, such as: high data rate, low system cost and the effect of anti-multipath, strong interference, a wide range of the spectrum covering , high resolution, small interference to existing systems.4.1.2 超宽带天线设计的难点134.1.3 扩展天线带宽的方法134.1.4 超宽带天线类型确定144.2 vavildi天线理论154.2.1 Vivaldi天线国内外应用情况154.2.2 Vivaldi天线类型163/ 304.3传统vavildi天线的仿真设计174.3.1传统Vivaldi天线结构模型174.3.2微带线-槽线馈电式Vivaldi天线设计174.3.3微带线-槽线馈电式Vivaldi天线仿真结果及分析244.4对拓Vivaldi天线的仿真设计264.4.1对拓Vivaldi天线结构原理264.4.2对拓Vivaldi天线尺寸的确定274.4.3对拓Vivaldi天线仿真结果及分析29结束语34致谢35---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 参考文献361.绪论1.1选题背景及研究意义随着社会的发展，科技的进步，无论是军事通信还是民用通信系统，不仅要求高质量地传输语言、文字、图像、数据等信息，而且要求设备宽带化、小型化、共用化。

一种基于厚薄带状线转换的同轴馈电毫米波天线的制作方法摘要：一、引言1.毫米波天线的重要性2.传统毫米波天线的局限性3.厚薄带状线转换的同轴馈电毫米波天线的提出二、制作方法1.同轴馈电原理2.厚薄带状线转换技术2.1 厚带状线制作方法2.2 薄带状线制作方法2.3 转换过程详解三、毫米波天线性能测试1.测试环境及设备2.测试结果及分析2.1 阻抗匹配性2.2 频段覆盖范围2.3 天线增益2.4 方向性四、应用领域及前景1.无线通信领域2.雷达探测领域3.车载毫米波天线市场五、结论1.厚薄带状线转换的同轴馈电毫米波天线优势2.制作方法的可行性及实用性3.未来研究方向和改进空间正文：一、引言随着科技的飞速发展，毫米波技术在无线通信、雷达探测等领域的应用日益广泛。

毫米波天线作为关键部件，其性能直接影响到整个系统的性能。

传统毫米波天线存在诸多局限性，如尺寸较大、阻抗匹配性较差、频段覆盖范围有限等。

为解决这些问题，本文提出一种基于厚薄带状线转换的同轴馈电毫米波天线制作方法。

二、制作方法同轴馈电毫米波天线采用厚薄带状线转换技术，实现小型化、高性能的天线设计。

厚薄带状线转换技术主要包括厚带状线制作方法和薄带状线制作方法。

1.厚带状线制作方法：首先，选用合适的介质基板，加工成一定宽度和厚度的带状线。

然后，在带状线上开路，形成同轴馈电结构。

通过调整带状线的宽度和厚度，实现阻抗匹配，提高天线的性能。

2.薄带状线制作方法：选用介质基板，加工成一定宽度和厚度的薄带状线。

在薄带状线上开路，形成同轴馈电结构。

与厚带状线转换方法类似，通过调整薄带状线的宽度和厚度，实现阻抗匹配。

3.转换过程详解：厚薄带状线转换过程中，需注意控制介质基板的损耗、厚度均匀性等因素。

同时，合理设计同轴馈电结构，使天线在毫米波频段具有良好的阻抗匹配性和辐射特性。

三、毫米波天线性能测试为验证厚薄带状线转换的同轴馈电毫米波天线性能，对其进行了测试。

测试环境包括微波暗室、矢量网络分析仪、频谱分析仪等设备。

大尺寸天线的FDTD仿真陈鹏;刘大刚;祝大军【摘要】在三维Yee网格模型以及蛙跳模型基础上,分析了使用FDTD方法对天线的计算,重点讨论了非均匀网格技术和近远场转换原理,同时还研究了激励源以及吸收边界条件的具体实现办法.最后,以大尺寸喇叭天线为例,用理论和实验结果验证了计算方法的正确性,解决了大尺寸天线的FDTD仿真问题.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2007(030)017【总页数】3页(P32-34)【关键词】时域有限差分法(FDTD);近远场转换;非均匀网格;大尺寸天线;吸收边界条件【作者】陈鹏;刘大刚;祝大军【作者单位】电子科技大学,物理电子学院,四川,成都,610054;电子科技大学,物理电子学院,四川,成都,610054;电子科技大学,物理电子学院,四川,成都,610054【正文语种】中文【中图分类】TN82随着高速大容量计算机技术的快速发展，计算机粒子模拟技术得到了更广泛的研究,目前国外有Magic等成熟的商业软件。

但Magic软件还不能实现对天线的模拟,同时天线又是发射高功率微波必不可少的器件。

目前，也有CST,HFSS等商业软件可以对天线进行仿真,这类软件的缺点是网格划分小而且不能人为调整局部网格大小，导致天线的尺寸不能太大。

所以，研究如何实现对大尺寸高功率微波天线的仿真就非常重要。

本文通过重点分析非均匀网格和近远场转换技术，实现了对大尺寸天线的FDTD仿真。

1 FDTD法计算天线基本原理1.1 3DYee网格模型和蛙跳模型图1为三维Yee网格模型[1]，在模型中根据坐标方向的不同将磁场和电场放在全网格点或半网格点上，这样，每个磁场矢量都由4个电场矢量环绕，而每个电场矢量也都由4个磁场矢量环绕的Yee网格模型。

图2是三维模拟的时间离散模型(蛙跳模型)。

即在每个网格点上各场分量的新值依赖于该点在前一时间步长时刻的值及该点周围临近点上另一场分量早半个时间步长时刻的值。

展宽贴片天线频带的L型馈电方法的设计与分析最近几十年微带天线的发展非常迅速，但微带天线其本身具有的固有带宽十分狭窄，很难应用于更多更广的领域中，所以对微带天线带宽展宽的研究具有十分重要的意义。

近来超宽带天线成了一个热门的话题，但是展宽贴片天线频带十分困难。

在对天线进行设计时，既要实现天线的宽带化，又要限制天线的尺寸大小，而且还要满足天线的驻波、增益等指标，类似这样的天线设计问题是十分困难的。

如何协调好上述关系以获得最佳天线结构，则成为宽带天线设计的核心问题。

该文讨论用L型探针方法来展宽贴片天线带宽的方法，仿真设计出了一个中心频率为1 000 MHz带宽为32％的L型探针馈电的贴片天线。

1 中心频率1 000 MHz的L型探针馈电天线的设计及仿真1．1 模型确定设计指标为中心频率为1 000 MHz，带宽为30％以上。

当频率等于l 000 MHz 时，波长(单位：m)如下式所示：εr=1(即为空气或者泡沫基片)，天线模型尺寸初步设计如下：L=16．5 cm，W=14．5 cm，Lp=5．54 cm，D=1．06 cm，基片厚度2．58 cm，探针直径O．53 cm，如图1所示。

通过HFSS软件对其进行仿真设计，设计的仿真模型、俯视图、侧视图如图2～图4所示。

在图1中，L表示为贴片的长度，W为贴片的宽度，Lp为探针的左端到右端的距离，D为探针左端到贴片的距离，模型基片厚度固定为2．58 cm。

1．2 仿真调试对上述仿真模型进行仿真，得到的仿真结果如图5所示。

图5为在模型尺寸：L=16．5 cm，W=14．5 cm，Lp=5．54 cm，D=1．06 cm，t=2．58 cm下得到的驻波比曲线图，此时的带宽只有7．5 %左右，且中心频点离1 000 MHz漂移也有点大，结果与设计指标相差甚多。

为了得到设计指标结果，调整参数，首先调整贴片的大小来增加贴片天线的带宽，然后再调整贴片与探针的相对位置来满足频点指标，于是将贴片尺寸进行缩小，尺寸如下：长L为16．5 cm，宽W为12．5 cm，其余参数均不改变，对其再进行仿真分析，得到的驻波比图如图6所示。

900MHz同轴馈电矩形微带天线设计与HFSS仿真微带天线它是在一块厚度远小于工作波长的介质基片的一面敷以金属辐射片、一面敷以金属薄层做接地板而成。

辐射片可以根据不同的要求设计成各种形状。

微带天线馈电有多种馈电方式，如微带线馈电、同轴线馈电、耦合馈电和缝隙馈电等。

其中，最常用的是微带线馈电和同轴线馈电两种馈电方式。

同轴线馈电又称背馈，它是将同轴插座安装在接地板上，同轴线内的导体穿过介质基片接在辐射贴片上。

若寻取正确的馈电点位置，就可以获得良好的匹配。

1 矩形微带天线的特性参数1.1 微带辐射贴片尺寸估算设计微带天线的第一步是选择合适的介质基片，假设介质的介电常数为，对于工作频率的矩形微带天线，可以用下式设计出高效率辐射贴片的宽度，即为：（1）式中，是光速，。

辐射贴片的长度一般取为，是介质内的导波波长，即为：（2）式中，是有效介电常数，即为：（3）考虑到边缘缩短效应后，实际上的辐射单元长度L应为：（4）式中，是等效辐射缝隙长度，即为：（5）2. 同轴馈电矩形微带天线设计在使用同轴馈电时，在阻抗匹配方面，在主模工作模式下，馈电点在矩形辐射贴片长度L方向边缘处（x=±L/2）的输入阻抗最高，约为100Ω-400Ω。

馈电点在宽度方向的位移对输入阻抗的影响很小。

但在宽度方向上偏离中心位置时，会激发模式，增加天线的交叉极化辐射。

因此，宽度方向上馈电点的位置一般取在中心点。

由下式可以近似计算出输入阻抗为50Ω时的馈电点的位置：（6）式中，（7）3. 设计要求使用HFSS设计中心频率为915MHz的矩形微带天线，并给出天线参数。

介质基片采用厚度为1.6mm的RF4环氧树脂板，天线馈电方式采用50Ω同轴线馈电。

图1 同轴馈电俯视图天线初始尺寸的计算：辐射贴片宽度：辐射贴片长度：50Ω匹配点初始位置，计算出初始位置后，然后再使用HFSS的参数扫描分析和优化设计功能，分析给出50Ω匹配点的实际位置即可，。

4.HFSS设计表变量定义结构名称变量名变量值（mm）介质基片厚度H 2.0长度L0 78辐射贴片宽度W0 100同轴线馈电点离贴片中心距离L1 201/4工作波长Length 82注：波长与频率的关系式为。

FD-TD（finite-difference time-domain）模拟是计算电磁波在三维空间内传播的一种常用方法。

FD-TD模拟通常用于分析天线、微波器件和光学器件等电磁波问题。

其中，FD-TD mode expansion方法是用于分析波导中的模式问题的一种有效技术。

本文将介绍FD-TD mode expansion的基本原理、使用方法和在实际工程中的应用。

1. FD-TD mode expansion的基本原理FD-TD mode expansion方法基于模式理论，通过将波导中的场分解为不同模式下的分布来进行分析。

将电磁场分解为一系列基本模式的叠加，可以简化计算复杂度，提高分析精度。

FD-TD mode expansion方法可以有效地解决波导中模式耦合、传输特性等问题，是一种重要的仿真工具。

2. FD-TD mode expansion的使用方法（1）建立波导模型。

需要建立一个准确描述波导几何形状和介质特性的模型，包括波导的截面形状、尺寸、材料参数等。

（2）选择分析频率范围。

根据实际问题的需求，选择适当的频率范围进行分析，以得到所关心的波导模式。

（3）进行模式展开。

利用电磁场的模式分解理论，将波导中的场展开为一系列基本模式的叠加。

（4）求解模式系数。

通过数值计算方法，求解每个模式的系数，得到电磁场在各个模式下的分布。

（5）分析结果。

根据求解得到的模式系数，分析波导中各个模式下的场分布、传输特性等。

3. FD-TD mode expansion在实际工程中的应用FD-TD mode expansion方法在微波器件、光学器件等领域有着广泛的应用。

在微波集成电路设计中，可以利用FD-TD mode expansion 方法分析微带线、波导等结构中的模式耦合、传输特性等问题，指导器件的优化设计。

在光学器件领域，FD-TD mode expansion方法可以用于分析光波导、光纤等结构中的光场分布、波导耦合等问题，为光学器件的设计提供重要参考。