1. 研究目的与意义
| 1.1背景 微带天线是近30年来逐渐发展起来的一类新型天线。微带天线的概念首先是Deschamps在1953年提出来的。但并未引起工程界的重视。在50年代和60年代只有一些零星的研究，最早的微带天线是Howell和Munson在二十世纪70年代初期制作完成。常用的一类微带天线是在一个薄介质基（如聚四氟乙烯玻璃纤维压层）上，一面附上金属薄层作为接地板，另一面用光刻腐蚀等方法作出一定形状的金属贴片，利用微带线和轴线探针对贴片馈电，这就构成了微带天线。当贴片是一面积单元时,称它为微带天线；若贴片是一细长带条则称其为微带振子天线。 1.2目的 （1）学习理解天线基本理论，理解基于矢量位的求解天线远区场的方法，理解有关天线参数，如辐射方向图、增益、效率等。 （2）学习理解天线的传输线模型与谐振腔模型，理解馈电位置对于输入阻抗的影响。 （3）学习电磁仿真软件的使用，建立矩形微带天线模型，进行仿真分析。 （4）通过此次的课题研究，锻炼我们收集材料、筛选资料、动手仿真等一系列学习能力，提高我们的综合素质。 1.3意义 在航空、航天、卫星和导弹应用中,天线的尺寸大小、重量、造价、性能、安装难易和空气动力学形态等都受到限制,这时可能需要低剖面的天线。现在许多政府部门和商业公司(如移动通讯公司）也有这方面的需求。为满足这些要求,可选用微带天线。微带天线由接地衬底上的金属贴片构成，其体积小，重量轻，易集成，造价低适于空间通信与移动通信应用等特性以及良好的性能受到广泛的关注。通过选择特定的贴片形状和馈电方式可以获得所需的谐振频率、极化、模式、阻抗。同时可以通过在贴片和介质基片间加负载调整谐振频率、极化、模式、阻抗等各参量。随着移动通信系统业务的不断增加，通信设备不断向小型化发展，对天线体积，集成化及工作频段的要求也越来越高，因此天线的发展会朝更深层次发展。
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2. 研究内容与预期目标
| 本课题主要研究内容： 1、天线基本结构与原理 包括电磁辐射及原理、天线的性能参数（方向图、辐射强度、方向性系数、效率、增益、输入阻抗等）。 2、对天线的传输线模型与谐振腔模型的分析方法研究 （1）通过传输线模型分析法对矩形微带天线中的传输线谐振器中的场、两个辐射缝隙的等效磁流、矩形微带天线的远区辐射场、谐振频率等参数的探究从而设计出矩形微带天线； （2） 通过谐振腔模型分析法对介质基片中场问题进行计算研究。 （3）熟悉同轴馈电矩形微带天线的辐射机理，通过同轴馈电的方式分析馈电位置对于输入阻抗的影响 3、对HFSS软件的研究 本设计使用HFSS软件对矩形微带天线进行仿真设计。设计流程中的各个步骤如下： （1）??创建矩形微带天线的结构模型。根据天线的初始尺寸和结构，在HFSS模型窗口创建出天线的HFSS参数化设计模型； （2） 通过计算，给出微带天线的各种参数，设计出微带天线的模型（如贴片的宽度和长度等）； （3）求解设置（辐射的边界条件、端口激励等）； （4）设计检查和运行仿真计算； （5）利用仿真结果查看微带天线的性能； （6）实验总结； 本实验预期目标： 通过与指导老师,能够对HFSS软件有很好的认识,并能熟练运用,对矩阵微带天线运用不同分析方法进行仿真,形成仿真图。以图片、报告的形式作为展示成果。 |
3. 研究方法与步骤
研究方法：
微带天线的基本原理可考察矩形微带贴片来解释。微带贴片可看作是宽W、长L的一段微带传输线，介质基片厚度(为自由空间波长)，其终端 (W边)处因为呈现开路，将形成电压波腹。一般取，为微带介质内波长，于是另一端(W边)处也呈电压波腹。此时贴片与接地板间的形成电场和两开路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。因而在相对于接地板的方向，两水平分量电场所产生的远区场同相叠加，而两垂直分量所产生的场相相消。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W均匀分布，微带天线的辐射可以等效为由两个缝隙所组成的二元阵列。
天线分析的基本问题是求解天线在周围空间建立的电磁场，求得电磁场后，进而得出其方向图、增益和输入阻抗等特性指标。分析微带天线的基本理论主要有传输线模型法、空腔模型法和积分方程法。传输线模型法只适用于矩形微带贴片天线，它将矩形微带天线看成场沿横向(W边)没有变化的半波长传输线谐振器。场沿纵向(L边)呈驻波分布，天线的辐射主要由两开路端(W边)缝隙产生。
4. 参考文献
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5. 工作计划
1. 2.20-3.20阅读有关文献前,搜集课题信息及相关资料,学习相关理论知识，理解天线原理；熟悉软件工具，掌握仿真方法；完成开题报告。
2. 3.21-3.31 对于微带天线进行仿真分析，结合有关天线模型加深对于天线工作原理的理解。
3．4.1-4.15 分析不同馈电方式对于天线工作性能的影响。
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