平板天线论文.
机电于车辆工程学院课程考核论文
课程名称：微波技术与天线
题目：平板缝隙天线的原理及设计
专业：电子信息工程
班级：09级2班
姓名：
学号：
任课教师：
2012年5月8日
摘要：新型平板缝隙天线因其高增益、体积小巧而备受关注，其应用也越来越广泛，从民用的卫星接收器到军事上的相控雷达，都有其身影。本文论述了新型平板缝隙天线的原理，对其进行详细分析，计算了天线的回波损耗和方向图，结合理论分析给出了新型平板缝隙天线的设计方法，经过实际实物验证具有较高的吻合度，可为平板缝隙天线的设计工作提供一定的参考。
关键字：平板缝隙天线、高增益天线、方向图
目录
前言
第1章绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 天线技术指标
1.3 平板缝隙天线技术关键
第2章缝隙天线的理论分析
2.1 理想缝隙天线
2.2 有限大理想导体面缝隙天线
2.3 缝隙式平板天线的原理
2.3.1 平板缝隙天线的结构
2.3.2 平板天线的辐射机理
第3章平板缝隙天线的仿真设计
3.1 Ansoft HFSS软件简介
3.2 创建平板缝隙天线模型
3.3 仿真结果
结束语
参考文献
前言
平板天线是近30年来发展起来的一种新型天线，同常规的微波天线相比，平板天线具有一些优点。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，平板天线的一些主要优点是：重量轻、体积小、剖面薄的平面结构，可以做成共形天线；制造成本低，易于大量生产；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；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；天线的散射截面较小；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）；比较容易制成双频率工作的天线；不需要背腔；平板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）；馈线和匹配网络可以和天线结构同时制作。
按结构可以把平板天线分为两大类，一种是平板贴片天线，另一种是平板缝隙天线。按工作原理分类，无论那一种天线都可分成谐振型(驻波型)和非揩振型(行波型)平板天线。前一类天线有特定的谐振尺寸，一般只能工作在谐振频率附近；而后一类天线无谐振尺寸的限制，它的末端要加匹配负载以保证传输行波。
第1章绪论
1.1 研究背景及意义
天线是在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来进行工作。此外，在用电磁波传送能量方面，非信号的能量辐射也需要天线。一般天线都具有可逆性，即同一副天线既可用作发射天线，也可用作接收天线。同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。这就是天线的互易定理。
天线按工作性质可分为发射天线和接收天线。按用途可分为通信天线、广播天线、电视天线、雷达天线等。按工作波长可分为超长波天线、长波天线、中波天线、短波天线、超短波天线、微波天线等。按结构形式和工作原理可分为线天线和面天线等。描述天线的特性参量有方向图、方向性系数、增益、输入阻抗、辐射效率、极化特性。
缝隙天线最早是在1946年H．G．Booker提出的，同平板天线一样最初没有引起太多的注意。缝隙天线可以借助同轴电缆很方便地馈送能量，也可用波导馈电来实现朝向大平片单侧的辐射，还可以在波导壁上切割出
缝隙的阵列。缝隙开在导电平片上，称为平板缝隙天线；开在圆柱面上，称为开缝圆柱天线。开缝圆柱导体面是开缝导体片至开缝圆柱导体面的进化。波导缝阵天线由于其低损耗、高辐射效率和性能等一系列突出优点而得到广泛应用；而平板缝隙天线却因为损耗较大，功率容量低，导致发展较为缓慢。到1972年，Y．Yoshimura明确提出平板馈电缝隙天线的概念。
学者在平板缝隙天线的研究方面已经取得一些成就，显示其很多优点。如馈电网络和辐射单元相对分离，从而把馈线对天线辐射方向图的影响降到最小，对制造公差要求比贴片天线低，可用标准的光刻技术在敷铜电路板上进行生产，在
组阵时其单元间隔离可比贴片天线更大。特别是对于运动物体所用天线，平板缝隙天线可以说是理想的选择，因为它可以与物体的表面做得平齐，没有凸起部分，用于快速飞行器表面时不会带来附加的空气阻力，既隐蔽又不影响物体的运动。目前缝隙天线(包括波导缝隙天线)已被广泛地应用于无线移动通信天线以及卫星直播电视天线。
图1.1 卫星直播电视天线
波导宽边纵缝阵列天线不但具有口面效率高、副瓣电平低等优良的电气性能，而且还有厚度小、重量轻、结构紧凑、强度高、安装方便、抗风力强、功率容量大等特点，从而在机载火控雷达、导弹巡航等方面有着其它天线无法替代的优势。下面是几个波导宽边缝隙构成的阵列在实际中的应用实例。
图1.2 机载火控雷达
1.2 天线特性指标
（1）适用的频率范围。天线的电参数都与频率有关，当工作频率偏离设计频率时，往往要引起天线参数的变化。当工作频率变化时，天线的有关电参数不应超出规定的范围，这一频率范围称为频带宽度，简称为天线的带宽。
（2）驻波比。它表述的是电信号在传输中是否全部传输到达终点的一
个指标。电波在传输中可能有阻挡,有阻挡就会有反射,因为传输中,任何地
方阻抗不匹配或传输导体的粗糙和不光滑,都会造成电波的反射。因此驻波
比是反映电波反射情况的一个物理量。驻波比用表征,P 为反射系数=,其中
E-为反射波电场值,E+为入射波电场值。当反射波E-越小,意味着反射系数
P 越小,驻波比便趋向于1。因为我们可以看出,驻波比越小越好,因此它表
示没有反射,表示接收的信号更多的传输到终端。虽然驻波比越小,越趋向于1越好,但不会等于1,这说明这个天线好,能将天线所接收到的信号全部
或接近全部传输到下一级上去。
（3）方向性。为了提高天线使用的有效性,将有限的功率集中辐射到有
用的地方,通常天线都设计有较强的方向性。一般用天线的方向性系数和方
向性图来表征天线的方向性。天线的方向性图有两类:一是直角坐标系的方
向性图,一是圆坐标系方向性图。天线的方向性强弱可用半功率角来表示,
它是天线方向性图中主瓣上功率下降一半时所对应的角度。
理想天线能把全部馈入天线的功率限制在某一立体角B Ω内辐射出去，且在
B Ω立体角内均匀分布。这种情况下天线增益与天线方向性相等。
B
D G G Ω==π4 理想的天线辐射波束立体角B Ω及波束宽度B θ
图1.3 立体角及波束宽度
实际天线的辐射功率有时并不限制在一个波束中，在一个波束内也非均匀分
布。在波束中心辐射强度最大，偏离波束中心，辐射强度减小。辐射强度减小到
3db 时的立体角即定义为B Ω。波束宽度B θ与立体角B Ω关系为 :
24
B B θπ
=Ω
旁瓣电平是指主瓣最近且电平最高的。第一旁瓣电平，一般以分贝表示。方向图
的旁瓣区一般是不需要辐射的区域，其电平应尽可能的低。
（4）前后向比。前后方比既反映了平板天线的辐射能力,也反映了平板
天线的抗干扰能力。此值越大越好。 （5） 效率
效率有辐射效率与天线效率之分。由于入射波反射的存在，天线不可能把入
射功率全部提供到天线的输入端口作为天线的输入功率。同时，天线也不可能把
从馈线输入给他的输入功率全部辐射出去，总有一部分要损耗掉，如天线导线中
的热损耗、介质中的介质损耗、地电流的损耗以及天线近旁物体吸收电磁波一起
的损耗等等。 1.4 平板缝隙天线技术关键
由于在生产平板天线时,采用了不同于反射式抛物面天线的技术,使得
生产技术和生产工艺均不相同,平板天线要达到预期的电气性能也并非易
事,关键在于损耗和匹配问题。
1、馈线的传输损耗。前面我们已经知道了,在振子式平板天线中采用
的是微带传输线,而在缝隙式平板天线中采用的是传输波导。尽管这两种传
输媒介都能较好的在平板天线中起到传输作用,但是工作在Ku 波段的12GHz
频率状况下,设计上和制造时稍有不当,便会有较大的损耗。
2、联接损耗。无论是振子式平板天线,还是缝隙式平板天线,在天线面
上都有许许多多的振子或缝隙组成的辐射单元天线阵,这些辐射单元要与
传输线(微带或波导)联接,它们往往是两两并联再与传输线联接。我们知道,
电路每并联一次,阻抗就会改变一次,就有可能增加损耗、联接越多,损耗就
越大。辐射单元越多,就越不好联接。因此我们说,在平板天线中,至少有一
百多或数百个辐射单元,把它们一一联接起来,并且都达到匹配,这是件非
常不容易做到的事。辐射单元越多,越难匹配。不匹配联接,势必增加损耗。
3、在振子式平板天线里,微带传输线是印刷在电路板上的,在传输中不
仅有损耗,而且还会产生辐射,这种辐射不仅产生损耗,而且干扰了平板天
线原来设计的整体方向性。
4、在缝隙式平板天线里,波导的尺寸设计要很精确,波导腔体的加工工
艺要求很高,否则都会增加损耗。 所以,在平板天线中减少损耗和处处匹配
联接是技术关键。
第二章 缝隙天线的理论分析
2.1 理想缝隙天线
实际上理想缝隙天线是有外加电压或场激励的。不论激励方式如何，缝隙中
的电场垂直于缝的长边，并在缝的中点呈上下对称分布，如图2.1（a ）所示。不
过，由于E n J m ?-=∧，缝隙内外两表面的等效磁流反向，理想缝隙天线的场与
前述磁流源激励时的场若在y>0的半空间相同，则在y<0的半空间相差一个负号。
由于在同一表面上，等效磁流亦对缝中点呈上下对称分布，理想缝隙天线可等效
为由磁流源激励的对称缝隙，如图2.1(b)所示。当然，这个磁流源的方向在内外
两表面上也应当相反。与之互补对称的显然是尺寸相同的板状对称振子。
图2.1 理想缝隙天线与板状对称阵子
2.2 有限大理想导体面缝隙天线
开在理想导电平板上的窄缝是偶极天线的对偶形式，设缝长为l 2，缝宽为
w ，w l 2>>，缝中的电场与缝垂直，其振幅沿缝长呈驻波分布，缝中的电场
)(s i n 0z l k w V E m x -=
式中，m V 为波腹电压值。根据电磁场的等效原理，缝隙的辐射可由缝隙面
上的方向等效磁流来确定，其等效磁流面密度为
)(s i n 20z l k w
V z J m m -= 对于窄缝可设磁流沿x 的方向均匀分布，因此缝中的磁流为
)(s i n 20z l k V J m m -=
（2.3）
缝隙天线可用同轴线不对称馈电，同轴线的外导体接在金属板上，内导体跨
接在缝的另一边。由于半波长缝隙的输入阻抗比较大，同轴线的输入阻抗一般为
50Ω，为了获得良好的匹配可采用不对称激励方式将馈电点偏离缝隙中心，馈电
点的输入阻抗大约按l k sin 02变化，馈电点到缝端的距离可取20/0λ左右。缝隙天
线也可以采用平行天线双线对称馈电，这种情况下可以调节平行双线的线径和相
距，使其特性阻抗与缝隙匹配。
缝隙天线是双向辐射的，可以在金属板的一侧加一个反射腔实现单向辐射，
反射腔的宽边保证反射腔内只传输10T E 模，窄边比缝宽略宽，深度为四分之一
波长。由于单向辐射，具有反射腔时缝隙的输入导纳只有原来的一半，即输入阻
抗为原来的一倍。
有一个开有一条缝隙的无限薄和无限大的金属平面以及一个无限薄的金属
平面对称阵子，阵子形状、尺寸与缝隙完全相同。依据对称阵子的计算方法，缝
隙天线可以看成由许多基本缝隙辐射场迭加求得，缝隙天线辐射场的公式为
θθπ?s i n c o s )c o s c o s (kL kL e r d E j
E jkr m --=- θ
θμεπ?
?s i n c o s )c o s c o s (Z E 00kl kl e r E j H jkr md w -==- 所以E 面是090=θ的面，H 面是常数=?的面。 不同
λl 和λ
h 金属平板尺寸上缝隙天线单面辐射的E 面方向图，实、虚线分别表示计算和测量值。计算和实测都表明，沿缝隙轴方向的金属板尺寸2h 对方向图的影响较小，而垂直于缝隙的金属板尺寸2l 对方向图有明显的影响。
(a) 5.0=λl ,5.0=λh
(b) 5.0=λl ,25.0=λh
(c) 1=λl ，1=λh
(d) 5.1=λ
l ，25.2=λh
图2.2 单面辐射缝隙天线的E 面方向图 2.3缝隙式平板天线的工作原理
2.3.1 缝隙平板天线结构
所谓阵列式天线，就是将许许多多半波振子单元天线进行有规律地排成行和列而形成。通常每个相邻半波振子单元之间，包括行距与列距，相隔半个波长的整数倍，从而构成一个天线阵。半波振子的单元的数量取决于平板天线的增益要求，增益要求愈高，其采用的半波振子单元也就愈多,增益愈高，平板天线的面积也就愈大。
2.3.2 平板天线的辐射机理
当我们明白了单一的半波振子天线的辐射特性后，就可以分析由若干个半波振子天线单元形成的天线阵，即陈列式天线的特性了。由垂直于天线阵的方向来看，由于入射电波距各个振子的行程相同，电波的相位都相等，天线阵的辐射能量为各个半波振子辐射相加，因此天线阵辐射为单个振子的倍数。
而从天线阵的行与列的平面的方向来看，入射波到每个半波振子的行程不等，相差半个波长，因此每个半波振子电波相位都差半分波长，即相差180°，故半波振子间相位相仅，辐射相互抵消，总的辐射为零。这就意味着，天线阵的平面方向无辐射。
对于其它方向而言，如下图，各振子间在该方向电波行程差为L 。不难看出，由于不同方向电波，即不同入射角θ的电波，所形成的行程差L 也不相同，在该方向形成的辐射也不相同，因此会出现一些不同的辐射，即旁瓣。旁瓣辐射的数量和强度与半波振子的数量相关，振子越多，旁瓣越多，越弱。
辐射方向图：
由此上分析我们得知，阵列式天线在接收垂直于天线面方向上电波能量最强，而来自天线面平行方向上电波是接收不到的。对于接收其它方向的电波能力，也有一点，而这是我们所不欢迎的，可以通过加大天线阵中半波振子的数量，来加以消除。因此我们可以说，平板天线主接收方向是垂直于天线的法线方向。如下图所示：
第三章平板天线的仿真设计
3.1 Ansoft HFSS软件简介
根据波导缝隙阵列的设计理论，缝隙的偏移量对缝隙的谐振长度存在较大的影响，目前在理论上还没有十分明确的理论公式对这一影响进行分析，通常是采用实际工程中的经验值作为缝隙的谐振长度。在根据实际加工测量的结果进行部分的修正，最终得出缝隙的谐振长度，但是传统的设计方法，需要比较长的设计、加工和测试周期，不但使成本较高，而且非常费时、费力。
HFSS是由Ansoft公司推出的三维电磁仿真软件；HFSS是由Ansoft公司推出的三维电磁仿真软件；HFSS软件拥有强大的天线设计功能，它可以计算天线参量，如增益、方向性、远场方向图剖面、远场3D图和3dB带宽；绘制极化特性，包括球形场分量、圆极化场分量、Ludwig第三定义场分量和轴比。
3.2 创建平板缝隙天线模型
具体设计步骤如下：
1、根据天线的增益要求和副瓣电平要求，计算处所需的波导数和波导上所看的缝隙数，天线口径面上缝隙的分布。
2、对于单根缝隙波导，则根据对中心馈电的缝隙波导，所有缝隙谐振的等效电导的总和等于2
3、根据每一根的波导上缝隙数目和电流分布情况，计算出各个缝隙的等效电导值，例如缝隙在波导上均匀分布，在此波导上准备开5个缝隙，则每个波导缝隙的等效电导值为0.4。
4、应用前面对线阵设计中讲过的方法，根据各个波导缝隙的等效电导值计算出各波导缝隙偏离波导中心的偏移量。
5、根据阵面要求设计，波导间的间距。一般两个波导间距为波导宽边长度加波导壁厚。
6、根据波导数和波导的分布情况结合，前面的设计缝隙参数，建立仿真的阵面模型。
7、根据波导的阵面模型，建立相应的馈电网络。
8、在设计馈电波导的各个缝隙时，要建立对倾斜缝隙的等效模型，进行优化求解，倾斜缝隙的等效模型如图所示。在不同倾角时优化缝隙的谐振长度，具体过程可参考偏移缝隙谐振长度优化。当缝隙在谐振时，有Im（Y（11））＝0。
仿真平板缝隙天线整体图：
3.3 仿真结果
1、HFSS仿真得到波导表面的电流分布：
2. 缝隙天线的3D立体方向图：
3.缝隙天线的H面方向图:
4. 缝隙天线的H面增益：
从上图可以看出，天线的指向在－29度左右，最大增益为19.35dB因为是均匀分布副瓣电平最大值为6.85dB，相差12.5dB与理论的－13dB，基本一致，可以说明HFSS V9.0在缝隙阵天线的设计上是十分有效的，可以作为广大微波天线工程师们的得力助手。
结束语
本文首先介绍了微带缝隙天线的一些基本理论，然后利用Ansoft HFSS软件对一种微带缝隙天线进行了仿真，仿真结果与文献中的结果基本吻合，验证了论文工作的正确性。
通过本次设计，初步掌握了Asoft HFSS软件的使用。由于本人理论基础薄弱，论文还有很多值得深入地方，要加强对天线理论方面的学习，这样可以对软件及仿真过程有更深入的了解和体会。
由于本人水平有限，论文难免会存在错误及不足之处，敬请读者指正和批评。
参考文献：
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Printed monopole antenna as a dual-band antenna in the form of a simple structure, easy processing, low cost, is also a hot topic in the antenna field. In this thesis, dual-band monopole antenna 1-1 实用文档之"解： f=9375MHz, / 3.2,/ 3.1251c f cm l λλ===> " 此传输线为长线 1-2解： f=150kHz, 4/2000,/0.5101c f m l λλ-===?<< 此传输线为短线 1-3答： 当频率很高，传输线的长度与所传电磁波的波长相当时，低 频时忽略的各种现象与效应，通过沿导体线分布在每一点的损耗电阻，电感，电容和漏电导表现出来，影响传输线 上每一点的电磁波传播，故称其为分布参数。用1111,,,R L C G 表示，分别称其为传输线单位长度的分布电阻，分布电感，分布电容和分布电导。 1-4 解： 特性阻抗 050Z ====Ω f=50Hz X 1=ωL 1=2π×50×16.65×10-9Ω/cm=5.23×10-6Ω/cm B 1=ω C 1=2π×50×0.666×10×10-12=2.09×10-9S/cm 1-5 解： ∵ ()22j z j z i r U z U e U e ββ''-'=+ ()()220 1 j z j z i r I z U e U e Z ββ''-'= - 将 22233 20,2,42 i r U V U V z πβλπλ'===?= 代入 3 32 2 3 4 20220218j j z U e e j j j V ππλ-'==+=-+=- ()34 1 2020.11200 z I j j j A λ'== --=- ()()()34 ,18cos 2j t e z u z t R U z e t V ωλπω'=??''??==- ????? ()()()34,0.11cos 2j t e z i z t R I z e t A ωλπω'=??''??==- ????? 1-6 解： ∵Z L =Z 0 ∴()()220j z i r U z U e U β''== 摘要：微波技术的理论基础是经典的电磁场理论，其目标是解决微波应用工程中的实际问题。微波是一门理论与实践密切结合的一门知识，微波技术理论的出发点是麦克斯维方程组，通过解决微波在传输、处理过程中的遵循的原理，逐渐使微波技术发展成为一门很完整的学科，并在工程上有日新月异的应用。在加热技术上形成一种全新的观念，在通信方面给信息领域带来一场空前的革命。关键词：微波技术；微波加热；通信；电磁波；天线 Abstract The theoretical basis of microwave technique is the classical electromagnetic theory, the goal is to solve the practical problems in microwave engineering. Microwave is a knowledge of a close combination of theory and practice, the theoretical starting point of microwave technology is the Max equations, solved by microwave in transmission, processing process follow the principle, the development of microwave technology has become a very complete discipline, and change rapidly used in engineering. The formation of a new idea in the heating technology in communication, to the information industry brought an unprecedented revolution. 1.引言 随着科学技术的迅速发展和生产工艺的不断改进，微波技术已在许多工业生产领域得到应用。在国内，微波技术已应用于玻璃纤维、化工产品、保温材料、木材等的干燥，食品、医疗的灭菌、干燥和焙烤。并在医疗、环保、农业等领域也有所应用。微波技术的应用，提高了生产效率和产品质量，降低了能耗和环境污染，减轻了人的劳动强度，提高了生产效益。在国际上，许多工业发达国家都对微波的工业应用非常重视，把微波技术作为改进生产工艺和提高产品质量的重要手段。 2．微波的特性 一是似光性。微波波长非常小，当微波照射到某些物体上时，将产生显著的反射和折射，就和光线的反、折射一样。同时微波传播的特性也和几何光学相似，能像光线一样地直线传播和容易集中，即具有似光性。这样利用微波就可以获得方向性好、体积小的天线设备，用于接收地面上或宇宙空间中各种物体反射回来的微弱信号，从而确定该物体的方位和距离，这就是雷达导航技术的基础。 二是穿透性。微波照射于介质物体时，能深入该物体内部的特性称为穿透性。例如微波是射频波谱中惟一能穿透电离层的电磁波（光波除外）。因而成为人类外层空间的“宇宙窗口”；微波能穿透生物体，成为医学透热疗法的重要手段； 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期： 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日 第4章 无源微波器件 4.1微波网络参量有哪几种？线性网络、对称网络、互易网络的概念在其中有何应用？ 答 微波网络参量主要有转移参量、散射参量、阻抗参量和导纳参量。线性网络的概念使网络参量可用线性关系定义；对二口网络，对称网络的概念使转移参量的d a =，散射参量的2211S S =，阻抗参量的2211Z Z =，导纳参量的2211Y Y =。互易网络的概念使转移参量的1=-bc ad ，散射参量的2112S S =，阻抗参量的2112Z Z =，导纳参量的2112Y Y =。 4.2推导Z 参量与A 参量的关系式（4-1-13）。 解 定义A 参量的线性关系为 定义Z 参量的线性关系为 4.3从I S S =* T 出发，写出对称互易无耗三口网络的4个独立方程。 解 由对称性，332211S S S ==；由互易性，2112S S =，3113S S =，3223S S =。三口网络的散射矩阵简化为 由无耗性，I S S =* T ，即 得 4.4二口网络的级联如图所示。写出参考面T 1、T 2之间的组合网络的A 参量。（参考面T 1处即组合网络的端口1，参考面T 2处即组合网络的端口2） 解 []? ? ? ? ??=1j 011B A ???? ? ?????-???? ?? +-+-=θθθθθθθθsin cos cos sin sin 11j sin j sin cos 00000BZ BZ B Z B Z BZ （l βθ=） 4.5微波电路如图所示。已知四口网络的S 矩阵是 其端口2、3直接接终端反射系数为2Γ、3Γ的负载，求以端口1、4为端口的二口网络 题4.4图 题4.5图 题目:简论微波谐振器件 姓名:陆昌佳学号20091120242 专业:通信工程 目录： 一、…………………………摘要 二、…………………………关键词 三、…………………………正文 1、微波元器件的简单介绍 2、微波元器件常见种类 3、矩形和圆柱形谐振腔基本参数的计算 4、参考书目 一、摘要：微波谐振器件是根据微波频率的特点从LC回路演变而来的,通过对微波谐振器件的研究,我们可以通过谐振器件各个参数更进一步的了解和认识其特点，从而更好的使用微波谐振器件、最大程度的发挥它在通信系统中的作用。以下我将对矩形谐振腔做简要计算分析，得到其谐振频率和品质因素f。和Q。，并将其和圆柱微波谐振腔的基本参数作比较，从而更进一步为通信事业服务. 二、关键词：谐振频率品质因素 三、微波元器件简单介绍：在低频电路中, 谐振回路是一种基本元 件, 它是由电感和电容串联或并联而成, 在振荡器中作为振荡回路，用以控制振荡器的频率; 在放大器中用作谐振回路; 在带通或带阻滤波器中作为选频元件等。在微波频率上, 也有上述功能的器件, 这就是微波谐振器件, 它的结构是根据微波频率的特点从LC回路演变而成的。微波谐振器一般有传输线型谐振器和非传输线谐振器两大类, 传输线型谐振器是一段由两端短路或开路的微波导行系统构成的, 如金属空腔谐振器、同轴线谐振器和微带谐振器等 四、常见谐振腔： 五、正文：谐振在通信系统中起着举足轻重的作用，以最简单的收音机为例，我们都知道收音机在接收电磁波信号时，只有谐收音机频率和空中的电磁波频率相等才能接收到音频信号即谐振。而谐振的直接决定因素在于谐振器件，对谐振器件的研究可从其基本参数谐振频率和品质因素入手。 天线与电波传播理论论文 关于微带天线 姓名：何探 学号：3090731126 班级：通信09-1班 指导教师：X月红 随着全球通信业务的迅速发展，作为未来个人通信主要手段的无线移动通信技术己引起了人们的极大关注，在整个无线通讯系统中，天线是将射频信号转化为无线信号的关键器件，其性能的优良对无线通信工程的成败起到重要作用。快速发展的移动通信系统需要的是小型化、宽频带、多功能(多频段、多极化)、高性能的天线。微带天线作为天线家祖的重要一员，经过近几十年的发展，已经取得了可喜的进步，在移动终端中采用内置微带天线，不但可以减小天线对于人体的辐射，还可使手机的外形设计多样化，因此内置微带天线将是未来手机天线技术的发展方向之一，但其固有的窄带特性(常规微带天线约为2%左右)在很多情况下成了制约其应用的一个瓶颈，因此设计出具有宽频带小型化的微带天线不但具有一定的理论价值而且具有重要的应用价值，这也成为当前国际天线界研究的热点之一。本论文的主要工作是概述微带天线。 一微带天线的发展历程 早在1953年箔尚(G．A．DcDhamps )教授就提出利用微带线的辐射来制成微带微波天线的概念。但是，在接下来的近20年里，对此只有一些零星的研究。 直到1972年，由于微波集成技术的发展和空间技术对低剖面天线的迫切需求，芒森(R．E．Munson)和豪威尔(J．Q．Howell)等研究者制成了第一批实用的微带天线。随之，国际上展开了对微带天线的广泛研究和应用。1979年在美国新墨西哥州大学举行了微带天线的专题目际会议，1981年IEEE天线与传播会刊在1月号上刊载了微带天线专辑。至此，微带天线已形成为天线领域中的一个专门分支，两本微带天线专辑也相继问世，至今已有近十本书。可见，70年代是微带天线取得突破性进展的时期；在80年代中，微带天线无论在理论与应用的深度上和广度上都获得了进一步的发展；今天，这一新型天线已趋于成熟，其应用正在与日俱增。 二微带天线的结构与种类 微带天线是在带有导体接地板的介质基片上贴导体薄片而形成的天线。它一般利用微带线或同轴线等馈线馈电，在导体贴片与接地板之间激励起射频电磁场，并通过贴片四周与接地板间的缝隙向外辐射。因此，微带天线也可看作是一种缝隙天线。其典型结构如图2.1所示 （a）微带贴片天线（b）微带振子天线 第一章绪论 一、绪论 1.1课题的研究背景及意义 自古至今，通信无时无刻不在影响着人们的生活，小到一次社会交际中的简单对话；大到进行太空探索时，人造探测器与地球间的信息交换。可以毫不保留地说，离开了通信技术，我们的生活将会黯然失色。近年来，随着光纤技术越来越成熟，应用范围越来越广。在广播电视领域，光纤作为广播电视信号传输的媒体，以光纤网络为基础的网络建设的格局已经形成。光纤传输系统具有的传输频带宽，容量大，损耗低，串扰小，抗干扰能力强等特点，已成为城市最可靠的数字电视和数据传输的链路，也是实现直播或两地传送最经常使用的电视传送方式。随着全球通信业务的迅速发展，作为未来个人通信主要手段的现代通信技术引起了人们的极大关注，我国在移动通信技术方面投入了巨大的人力物力，我国很多地区的电力通信专用网也基本完成了从主干线向光纤过度的过程。目前，电力系统光纤通信网已成为我国规模较大，发展较为完善的专用通信网，其数据、语音，宽带等业务及电力生产专业业务都是由光纤通信承载，电力系统的生产生活，显然，已离不开光纤通信网。 无线通信现状另一非常活跃的通信技术当属，无线通信技术了。无线通信技术包括了移动通信技术和无线局域网（WLAN）技术等两大主要方面。移动通信就目前来讲是3G 时代，数字化和网络化已成为不可逆转的趋势。目前，移动通信已从模拟通信发展到了数字移动通信阶段。无线局域网可以弥补以光纤通信为主的有线网络的不足，适用于无固定场所，或有线局域网架设受限制的场合，当然，同样也可以作为有线局域网的备用网络系统。WLAN，目前广泛应用IEEE802.11 系列标准。其中，工作于2.4GHZ 频段的820.11 可支持11Mbps 的共享接入速率；而802.11a 采用5GHZ频段，速率高达54Mbps，它比802.11b 快上五倍，并和820.11b兼容。给人们的生活工作带来了很大的方便与快捷。 在整个无线通信系统中，用来辐射或接收无线电波的装置成为天线，而通信、雷达、导航、广播、电视等无线电技术设备都是通过无线电波来传递信息的，均需要有无线电波的辐射和接收，因此，同发射机和接收机一样，天线也是无线电技术设备的一个重要组成部分，其性能的优良对无线通信工程的成败起到重要作用。天线的作用首先在于辐射和接收无线电波，但是能辐射或接收电磁波的东西不一定都能作为天线。任何高频电路，只要不被完全屏蔽，都可以向周围空间或 射频与微波技术应用与发展综述 班级： 姓名： 学号： 序号： 日期： 摘要： 微波技术是近一个世纪以来最重要的科学技术之一,从雷达到广播电视、无线电通信，再 到微波炉，微波技术对社会发展和人们生活的进步产生着深远的影响。本文介绍了微波技 术的发展以及在各个领域中的应用,并对微波技术未来的发展方向进行了讨论。Abstract： Microwave technology is one of the most important technology in the nearly century, from radar to broadcast TV, radio communication, microwave oven, microwave technology had a profound impact on society development and progress of people's lives .The paper introduced the development of microwave technology and it’s applications in various fields. It also discussed the future direction of microwave technology. 关键词：微波技术，微波电效应，污水处理 Keywords: Microwave technology, microwave electric effect, sewage treatment 微波是指波长在1mm～1000mm、频率在300MHz～300GHz范围之间的电磁波，因为 它的波长与长波、中波与短波相比来说，要“微小”得多，所以它也就得名为“微波”了。微波有着不同于其他波段的重要特点，它自被人类发现以来，就不断地得到发展和应用。 19世纪末，人们已经知道了超高频的许多特性，赫兹用火花振荡得到了微波信号，并对其 进行了研究。但赫兹本人并没有想到将这种电磁波用于通信，他的实验仅证实了麦克斯韦 的一个预言──电磁波的存在。20世纪初期对微波技术的研究又有了一定的进展，1936年4 月美国科学家SouthWorth用直径为12．5cm青铜管将9cm的电磁波传输了260m远，波导 传输实验的成功激励了当时的研究者，因为它证实了麦克斯韦的另一个预言──电磁波可以 在空心的金属管中传输，因此在第二次世界大战中微波技术的应用就成了一个热门的课题。战争的需要，促进了微波技术的发展，而电磁波在波导中传输的成功，又提供了一个有效 第一章绪论 一、绪论 1.1 课题的研究背景及意义 自古至今，通信无时无刻不在影响着人们的生活，小到一次社会交际中的简单对话；大到进行太空探索时，人造探测器与地球间的信息交换。可以毫不保留地说，离开了通信技术，我们的 生活将会黯然失色。近年来，随着光纤技术越来越成熟，应用范围越来越广。在广播电视领域， 光纤作为广播电视信号传输的媒体，以光纤网络为基础的网络建设的格局已经形成。光纤传输系统 具有的传输频带宽，容量大，损耗低，串扰小，抗干扰能力强等特点，已成为 城市最可靠的数字电视和数据传输的链路，也是实现直播或两地传送最经常使用的电视传送 方式。随着全球通信业务的迅速发展，作为未来个人通信主要手段的现代通信技 术引起了人们的极大关注，我国在移动通信技术方面投入了巨大的人力物力，我国很多地区的电力通信专用网也基本完成了从主干线向光纤过度的过程。目前，电力系统光纤通信网已成为我国规模较大，发展较为完善的专用通信网，其数据、语音，宽带等业务及电力生产专业业务都是由光纤通信承载，电力系统的生产生活，显然，已离不开光纤通信网。 无线通信现状另一非常活跃的通信技术当属，无线通信技术了。无线通信技术包括了移动通信技术和无线局域网（ WLAN ）技术等两大主要方面。移动通信就目前来讲是 3G时代，数字化和网络化已成为不可逆转的趋势。目前，移动通信已从模拟通信发展到了数字移动通 信阶段。无线局域网可以弥补以光纤通信为主的有线网络的不足，适用于无固定场所，或有线局域网架设受限制的场合，当然，同样也可以作为有线局域网的备用网络系统。WLAN ，目前广泛应用 IEEE802.11 系列标准。其中，工作于 2.4GHZ频段的 820.11可支持 11Mbps 的共享接入速率；而802.11a 采用 5GHZ 频段，速率高达 54Mbps ，它比802.11b 快上五倍，并和 820.11b兼容。给人们的生活工作带来了很大的方便与快捷。 在整个无线通信系统中，用来辐射或接收无线电波的装置成为天线，而通信、雷达、导航、广播、电视等无线电技术设备都是通过无线电波来传递信息的，均 需要有无线电波的辐射和接收，因此，同发射机和接收机一样，天线也是无线电技术设备的一个重要组成部分，其性能的优良对无线通信工程的成败起到重要作用。天线的作用首先在于辐射和接收无线电波，但是能辐射或接收电磁波的东西不一定都能作为天线。任何高频电路，只要不被完全屏蔽，都可以向周围空间或多或少地辐射电磁波，或从周围空间或多或少地接收电磁波，但是任意一个高频电路并不一定能用作天线，因为它的辐射或接收效率可能很低，要能够有效地辐射或接收电磁波，天线在结构和形式上必须满足一定的要求。快速发展的移动通信系统需要的是小型化、宽频带、多功能 (多频段、多极化 )、高性能的天线。微带天线作为天线 家祖的重要一员，经过近几十年的发展，已经取得了可喜的进步，在移动终端中采用内置微带天线，不但可以减小天线对于人体的辐射，还可使手机的外形设计多样化，因此内置微带天线将是未来天线技术的发展方向之一，设计出具有小型化的微带天线不但具有一定的理论价值而且具有重要的应用价值，这也成为当前国际天线界研究的热点之一。 《微波技术与天线》傅文斌-习题答案-第章 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 2 17 第2章 微波传输线 2.1什么是长线？如何区分长线和短线？举例说明。 答 长线是指几何长度大于或接近于相波长的传输线。工程上常将1.0>l 的传输线视为长线，将1.0 宁波理工学院 毕业论文（设计）开题报告 题 目 433MHz 小型微带天线的研究 姓 名 学 号 专业班级 指导教师 学 院 开题日期 第1章文献综述 433MHz小型微带天线的研究 1.1 引言 随着无线通信技术的不断进步，无线通信设备开始朝着小型化、宽频段方向发展，具有轻、薄、短、小等特性的宽带无线产品将成为今后的主流。天线作为无线通信系统的门户，将对无线通信系统的性能产生最直接的影响。传统的偶极子天线尽管具有较好的传输特性，但其尺寸规格已无法适应小型化的发展趋势。微带天线体积小、质量轻、成本低、容易制造并且可以直接和射频微波电路集成，具有很大的实际应用价值，己成为天线研究中的热门主题之一。 1.2 国内外研究现状 1887 年著名物理学家赫兹设计并制造出第一对天线，从那以后在缩小天线的几何尺寸上，人们有着持续而浓厚的兴趣。在第二次世界大战期间，由于战争的需要，降低高度和约束尺寸的天线得到了发展。自那时以来，对缩小天线的尺寸提出了越来越高的要求。上世纪60 年代，在工程应用中，对天线提出的要求有： 1) 飞机天线——较低的空气阻力； 2) 车辆天线——隐蔽性和机动性； 3) 雷达天线——减小平台的反射； 以上的要求都与缩小天线的尺寸有关，于是各式各样的专用小辐射器应运而生。上世纪70 年代，由于集成半导体技术的迅速发展，各种电子设备趋于小型化，此时天线便成为了无线通信系统中最笨重的部件。于是，匹配技术和自谐振技术得到了发展，这两种技术不但缩小了天线的尺寸，而且不影响天线的带宽和效率。值得一提的是，缩小了天线的尺寸，会引起天线的某种或某些性能的下降。所以在设计过程中，要充分结合天线具体的工作情况，不能一味地追求小型化，而忽略了天线其他重要的性能。上世纪80 年代，将天线合成到无线通信设备内 微波技术与天线复习提纲（2011级） 一、思考题 1. 什么是微波？微波有什么特点？ 答：微波是电磁波谱中介于超短波与红外线之间的波段，频率范围从300MHZ 到3000GHZ ， 波长从0.1mm 到1m ；微波的特点：似光性、穿透性、宽频带特性、热效应特性、散射特性、抗低频干扰特性、视距传播性、分布参数的不确定性、电磁兼容和电磁环境污染。 2. 试解释一下长线的物理概念，说明以长线为基础的传输线理论的主要物理现象有 哪些？一般是采用哪些物理量来描述？ 答：长线是指传输线的几何长度与工作波长相比拟的的传输线； 以长线为基础的物理现象：传输线的反射和衰落； 主要描述的物理量有：输入阻抗、反射系数、传输系数和驻波系数。 3. 均匀传输线如何建立等效电路，等效电路中各个等效元件如何定义？ 4. 均匀传输线方程通解的含义 5. 如何求得传输线方程的解？ 6. 试解释传输线的工作特性参数（特性阻抗、传播常数、相速和波长） 答：传输线的工作特性参数主要有特征阻抗Z 0，传输常数，相速及波长。 1)特征阻抗即传输线上入射波电压与入射波电流的比值或反射波电压与反射波电流比值的负值，其表达式为0R jwL Z G jwC +=+它仅由自身的分布参数决定而与负载及信号源无关；2）传输常数j γαβ=+是描述传输线上导行波的衰减和相移的参数，其中，α和β分别称为衰减常数和相移常数，其一般的表达式为()()R jwL G jwC γ=++传输线上电压、电流入射波（或反射波）的等相位面沿传播方向传播的速度称为相速，即 p v ωβ=；4）传输线上电磁波的波长λ与自由空间波长0λ的关系02r π λβε==。 7. 传输线状态参量输入阻抗、反射系数、驻波比是如何定义的，有何特点，并分析 三者之间的关系 答：输入阻抗：传输线上任一点的阻抗Z in 定义为该点的电压和电流之比，与导波系统的状态特性无关，10001tan ()tan in Z jZ z Z z Z Z jZ z ββ+=+ 反射系数：传输线上任意一点反射波电压与入射波电压的比值称为传输线在该点的反射系 知识梳理 绪论 微波、天线与电波传播是无线电技术的一个重要组成部分，它们三者研究的对象和目的有所不同。微波主要研究如何引导电磁波在微波传输系统中的有效传输，它的特点是希望电磁波按一定要求沿微波传输系统无辐射的传输，对传输系统而言辐射是一种能量的损耗。天线的任务则是将导行波变换为向空间定向辐射的电磁波，或将在空间传播的电磁波变为微波设备中的导行波，因此天线有两个基本作用：一个是有效地辐射或接收电磁波，另一个是把无线电波能量转换为导行波能量。电波传播则是分析和研究电波在空间的传播方式和特点。微波、天线与电波传输播三者的共同基础是电磁场理论，三者都是电磁场在不同边值条件下的应用。 第一章均匀传输线理论 微波传输线是用以传输微波信息和能量的各种形式的传输系统的总称, 它的作用是引导电磁波沿一定方向传输, 因此又称为导波系统, 其所导引的电磁波被称为导行波。一般将截面尺寸、形状、媒质分布、材料及边界条件均不变的导波系统称为规则导波系统, 又称为均匀传输线。把导行波传播的方向称为纵向, 垂直于导波传播的方向称为横向。无纵向电磁场分量的电磁波称为横电磁波，即TEM波。另外, 传输线本身的不连续性可以构成各种形式的微波无源元器件, 这些元器件和均匀传输线、有源元器件及天线一起构成微波系统。 1.1均匀无耗传输线的输入阻抗 定义：传输线上任意一点z处的输入电压和输入电流之比称为传输线的输入阻抗两个特性： (1)λ／2重复性：无耗传输线上任意相距λ／2处的阻抗相同Zin(z)=Zin(z+λ／2)；(2)λ／4变换性:Zin(z)-Zin(z+λ／4)=Z02 1.2均匀无耗传输线的三种传输状态 (1) 行波状态：无反射的传输状态， 匹配负载：负载阻抗等于传输线的特性阻抗沿线电压和电流振幅不变电压和电流在任意点上同相； (2) 纯驻波状态：全反射状态， 负载阻抗分为短路、开路、纯电抗状态； (3)行驻波状态：传输线上任意点输入阻抗为复数。 1.3传输线的三类匹配状态 (1)负载阻抗匹配：是负载阻抗等于传输线的特性阻抗的情形，此时只有从信源到负载的入射波，而无反射波。 (2)源阻抗匹配：电源的内阻等于传输线的特性阻抗时，电源和传输线是匹配的，这种电源称之为匹配电源。此时，信号源端无反射。 (3)共轭阻抗匹配：对于不匹配电源，当负载阻抗折合到电源参考面上的输入阻抗为电源内阻抗的共轭值时，即当Zin=Zg﹡时，负载能得到最大功率值。共轭匹配的目的就是使负载得到最大功率。 1.4阻抗圆图的应用 (1) 反射系数圆图：Γ（z）=|Γ1|ej(Φ1-2βz)=|Γ1|ejΦ 基于微波技术中——小型微带 天线的应用综述 摘要：在无线通信系统中，天线是一个不可或缺的组件，它能有效辐射和接收自由空间的电磁波。在发射系统中，天线将发射机送来的高频电流变换为自由空间的电磁波，而在接收系统中天线则可将自由空间传来的电磁波转变为电流信号传送给接收机。因此，作为无线通信系统的重要前端器件，天线性能的好坏将直接影响到整个系统的通信质量。本文主要针对小型化、高集成度微带天线的研究现状和发展作了简单的综述，并对微带天线在日后生活中的应用提出了展望和希冀。 关键词：无线通信微带天线小型化高集成度 一．研究背景及意义 随着无线通信技术的迅猛发展，日趋小型化和高度集成化的无线通信系统要求通信设备具有多功能、小体积、高速率的特点，以往传统的通信设备的性能已经达不到系统的要求。为适应无线通信系统的发展，通信设备必须向小型化、多功能的方向发展，而终端天线的体积成为通信设备体积缩减的“瓶颈”。并且减小天线的尺寸又会影响到天线的带宽、增益等特性，如何设计出在天线尺寸减小的同时又能兼顾其他性能指标的小型多功能天线是一项极其富有挑战性的工作。微带天线介质基片的厚度往往远小于波长，因此它本身就实现了一维小型化，属于电小天线。与普通的微波天线相比，微带天线的剖面薄，体积小，重量轻；并且具有平面结构，可以制成和导弹、卫星等载体表面共形的结构；同时它的馈电网络可以和天线结构一起制成，便于印刷电路技术大批量生产；另外它能与有源器件和电路集成为单一的模件；而且便于获得线极化、圆极化，易实现双极化、多频段等多功能工作。微带天线的上述优点使其得到了广泛的应用。在军事方面的应用有卫星通信、导弹遥测、火箭、雷达等；在民用方面蓝牙(Bluetooth)、无线局域网(WLAN)、短距离无线网络(Zigbee)、超宽带通信(UWB)等诸多无线通信系统也都有微带天线的应用。伴随微波集成技术的发展和各种微波高性能介质材料的不断出现，小型化微带天线设计已成为现阶段无线通信领域研究的热点。因此，本文对小型化微带天线的研究和设计，具有很好的应用前景和实用价值。微波天线论文..
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