HFSS13GHz频率高增益微带天线阵设计(2)

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5.2 天线阵的设计 47

5.3 阵列结构参数 49

5.4 本章小结 53

结论 54

致谢 55

参考文献 56

1 引言

1.1 微带天线的基本概念和特点

微带天线是一种平面谐振腔，通过边缘的泄露产生辐射。可以利用印制电路技术将天线蚀刻在柔软的基板上来产生低价的，可重复的低剖面天线。微带天线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。

一般说来，微带天线的基本类型分为四大类：微带振子天线、微带缝隙天线、微带行波天线以及微带贴片天线。其中微带振子天线、微带缝隙天线以及微带贴片天线是谐振型天线，有特定的谐振尺寸，通常只能在谐振频率附近工作；微带行波天线是非谐振型天线，它的末端需要加匹配负载来保证传输行波。

同常规的微波天线相比，微带天线具有一些优点。因而，在大约从100MHz到50GHz的宽频带上获得了大量的应用。与通常的微波天线相比，微带天线的一些主要优点是：

1) 重量轻、体积小、剖面薄的平面结构，可以做成共形天线；

2) 制造成本低，易于大量生产；

3) 可以做得很薄，因此，不扰动装载的宇宙飞船的空气动力学性能；

4) 无需作大的变动，天线就能很容易地装在导弹、火箭和卫星上；

5) 天线的散射截面较小；

6) 稍稍改变馈电位置就可以获得线极化和圆极化（左旋和右旋）；

7) 比较容易制成双频率工作的天线；

8) 不需要背腔；

9) 微带天线适合于组合式设计（固体器件，如振荡器、放大器、可变衰减器、开关、调制器、混频器、移相器等可以直接加到天线基片上）；

10) 馈线和匹配网络可以和天线结构同时制作。

与通常的微波天线相比，微带天线也有一些缺点：频带窄，有损耗，因而增益较低；大多数微带天线只向半空间辐射，最大增益实际上受限制（约为20dB）；馈线与辐射元之间的隔离差；端射性能差；可能存在表面波；功率容量较低。但是有一些办法可以减小某些缺点。例如，只要在设计和制造过程中特别注意就可抑制或消除表面波。

在许多实际设计中，微带天线的优点远远超过它的缺点。在一些显要的系统中已经应用微带天线的有：移动通信；卫星通讯；多普勒及其它雷达；无线电测高计；指挥和控制系统；导弹遥测；武器信管；便携装置；环境检测仪表和遥感；复杂天线中的馈电单元；卫星导航接收机；生物医学辐射器。

1.2 微带天线阵

在各种实际应用中,往往要求天线具有高增益、高功率、低旁瓣、波束扫描或波束控制等特性。由于天线阵或相控阵天线可能获得这些性能，从而使得阵技术在实际中获得广泛的应用，这就大大促进了阵技术和理论的发展。在60年代中期，天线阵的技术以开口波导和振子类型的辐射元组成的阵居统治地位,它们由波导和同轴线来馈电。但到70年代以后，随着微带天线的出现与发展，人们对以微带线馈电的微带天线阵产生了浓厚的兴趣。这是由于微带天线阵在诸方面显示了独特的优势,特别是其中馈电网络可以与微带天线元集成在同一介质基板上,这一点是微带天线与其它类型天线阵相比所具有的一个突出特点，它的主要限制为有效辐射的频带较窄(行波馈电阵除外)和单个阵元承受功率受到一定的限制。目前,微带天线阵和相控阵已广泛应用于军事和民用上,例如各种雷达、通信、遥测和遥感等设备,特别是在各种空间飞行器上得到广泛的应用。