平面印刷天線的設(shè)計-畢業(yè)設(shè)計論文

濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計5編號濰坊學(xué)院畢業(yè)設(shè)計技術(shù)報告 課題名稱：平面印刷天線的設(shè)計 學(xué)生姓名：胡郭偉 學(xué)號：11021340107 專業(yè)：通信工程 班級：2011級1班 指導(dǎo)教師：李厚榮2015年6月.緒論本章介紹的背景和相關(guān)研究的意義;大體上國內(nèi)外相關(guān)學(xué)科的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行系統(tǒng)的審查;概述了國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和應(yīng)用雙極化單脈沖陣列天線方面;總結(jié)了多波段天線的方法和裝置;總結(jié)寬帶印刷天線的發(fā)展和當(dāng)前狀態(tài)。1.1研究背景和意義在今天電子科學(xué)與技術(shù)每天都在不斷的發(fā)展當(dāng)中，各種各樣的新技術(shù)在不斷的涌現(xiàn)出來。特別是最近的幾十年中，電路板印刷技術(shù)和微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，使得其相關(guān)一系列的器件得到了研究和發(fā)展。微型處理器(MCU）、超大規(guī)模集成電路(VLSIC）、數(shù)字信號處理器(DSP)等集成電路的快速發(fā)展，使通信設(shè)備更加小型化和智能化。例如，在20世紀(jì)90年代時期，體型巨大的大哥大在中國被廣泛的使用，但是經(jīng)過多年想過技術(shù)的研究和發(fā)展，現(xiàn)在的手機(jī)大小已經(jīng)比最開始的大哥大縮小了很多。與此同時移動終端的功能發(fā)展出許多種，如視頻通話，WiFi無線上網(wǎng)，藍(lán)牙通信，手機(jī)刷卡等。在民用通信的迅速發(fā)展和國際形勢沒有太大變化的背景下，世界各國軍備不斷更新，軍用通信設(shè)備正面向向高性能、高尖端的方向發(fā)展。并且在此同時，作為電子通信設(shè)備收發(fā)信號的關(guān)鍵部件之一，天線在其設(shè)計方面也因此遭遇到了前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。印刷電路板技術(shù)和工藝進(jìn)一步推動發(fā)展到天線的開發(fā)。小型無線電子裝置趨勢類型需要天線具有低輪廓，成本低，體積小等特點(diǎn)。通過借助印刷電路板的工藝技術(shù)，所述這些要求可以容易地實現(xiàn)。由于印刷電路板加工容易，加工周期短，重量輕，成本低。利用天線電路板制造的許多天線中，微帶天線無疑是一個天線的最廣泛使用的形式。它的適用范圍跨越多個領(lǐng)域，例如飛機(jī)上的共形微帶天線，雷達(dá)單脈沖陣列天線，微帶相控陣天線等等。此外，隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，基于印刷電路板的加工工藝，印刷單極天線和平面印刷天線等一系列平面的印刷天線，因為它們很容易實現(xiàn)多頻段和寬帶的特點(diǎn)得到了迅速發(fā)展，每年都有大量文獻(xiàn)報道出平面印刷天線。因此，平面印刷天線深入研究是一項非常有意義的工作。在本論文文中，結(jié)合科研課題以及各種無線通信系統(tǒng)的要求，研究了雷達(dá)和無線通信的多頻帶天線的單脈沖天線的的相關(guān)方面。對空間動態(tài)的信息進(jìn)行快速準(zhǔn)確的獲取和判定在軍用領(lǐng)域被迫切的需求，因此雷達(dá)技術(shù)在此條件下產(chǎn)生了。目前，雷達(dá)已經(jīng)在地面，空中，海上和外空間上被管飯的應(yīng)用。地面上的雷基地向上主要用于飛機(jī)或其他空間目標(biāo)檢測、定位和跟蹤。經(jīng)過雷達(dá)偵察到目標(biāo)后，需要雷達(dá)對其偵查到的目標(biāo)要連續(xù)的跟蹤。在跟蹤雷達(dá)跟蹤目標(biāo)的同時，需要計算出的角度位置數(shù)據(jù)并且傳達(dá)跟跟蹤系統(tǒng)，方便進(jìn)行瞄準(zhǔn)瞄準(zhǔn)。自20世紀(jì)40年代后期，單脈沖技術(shù)在軍隊中得到很廣泛的應(yīng)用，它在空中和導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的一個重要的角色。在單脈沖測角系統(tǒng)，可以從空間角度信息，測量角速度更快的數(shù)據(jù)速率，高角精度的目標(biāo)回波脈沖。因此，今天的主動導(dǎo)引頭和設(shè)備，幾乎都是通過單脈沖測角技術(shù)開發(fā)。此外，單脈沖三維成像技術(shù)在制導(dǎo)雷達(dá)上也有了廣泛的應(yīng)用，它可以完成目標(biāo)的傳入探測，跟蹤和識別，并攔截導(dǎo)彈控制整個過程，直到摧毀來襲目標(biāo)。作為單脈沖雷達(dá)的關(guān)鍵部件之一，單脈沖天線設(shè)計是非常重要的。為了允許單脈沖接收機(jī)的獲取更多詳細(xì)信息，為了提高其靈敏度，分辨率和方位分辨率等功能，有必要需要使用具有雙偏振、寬帶、高隔離度、低交叉極化電平、高效率的天線。在過去，這一天線大多采用波導(dǎo)縫隙陣列來實現(xiàn)的，因為它的技術(shù)比較成熟，效率高，可以達(dá)到很好的結(jié)束端口隔離和交叉極化特性。但它的個體是比較重的、需要很長的處理時間、處理程序復(fù)雜。特別是對于被用于衛(wèi)星和導(dǎo)彈上時容易受空間，重量等的限制，不能需要太大的體積。此外，在多極化特性方面波導(dǎo)裂縫陣列很難實現(xiàn)。但是多極化技術(shù)允許單個脈沖系統(tǒng)獲得更多的信息，它可以配對目標(biāo)距離和方位做出更準(zhǔn)確的判斷。例如，作為多極化天線的一種，在現(xiàn)代無線通信和軍事應(yīng)用方面多極化先天已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用。雙極化天線通常是指接收兩個正交極化的電磁波的天線。因為極化天線發(fā)射兩個信號具有相同的帶寬，與單純線極化天線相比具有更好的實際價值，比如收發(fā)器的集成、頻率復(fù)用、極化分集等。目前，國內(nèi)使用微帶天線來實現(xiàn)這些功能，因為它具有重量輕、低剖面、該系統(tǒng)制作簡單的、周期短的優(yōu)勢，并適合加工成一個大的共面陣列，便于實現(xiàn)共口徑雙極化功率。由此看來，如何設(shè)計一個雙極化、低調(diào)、體積小、高增益、低旁瓣、窄波瓣寬度的單脈沖天線，為國內(nèi)外研究者仍然是一個具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。21世紀(jì)是信息化高度發(fā)展的時代，在通信和信息技術(shù)中移動通信服務(wù)、多媒體信息服務(wù)、互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用這單個方面有著突出的成就。正如習(xí)近平主席說：“人們應(yīng)該分享發(fā)展的成果，”信息社會的最終結(jié)果是使人們的生產(chǎn)和生活的進(jìn)步和改進(jìn)。隨著中國經(jīng)濟(jì)實力的不斷增長和人民的收入的不斷增長，市民對新生活、工作和娛樂有新的需求和期望。目前，各類無線技術(shù)的在不斷的推出和發(fā)展，在中國市場中已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用。如無線局域網(wǎng)（WLAN）技術(shù)，它顛覆了互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用通過雙絞線的歷史，通過無線傳輸連接到互聯(lián)網(wǎng)的方法。這極大地簡化了網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)的安裝，并且網(wǎng)絡(luò)終端可以移動的工作。此外，無線城域網(wǎng)（如WiMAX）技術(shù)，超寬帶（UWB）、無線數(shù)字電視技術(shù)（DVB-H）、全球定位系統(tǒng)（GPS）、個人手持電話系統(tǒng)（PHS）、全球通信系統(tǒng)（GSM）、藍(lán)牙通信（Bluetooth）等無線標(biāo)準(zhǔn)也在被大范圍的使用。結(jié)合通信標(biāo)準(zhǔn)的實際需要，采用先進(jìn)的印刷電路板技術(shù)，紙多層雙極化微帶陣列天線和單個平面印刷天線設(shè)計進(jìn)行了系統(tǒng)研究和設(shè)計應(yīng)用到單個多樂隊和打印單脈沖陣列天線的脈沖系統(tǒng)和無線通信設(shè)備的寬帶雙極化微帶天線，相信在這方面的開發(fā)工作將有非常積極的意義。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀通過了解國內(nèi)外研究現(xiàn)狀可以知道在平面印刷天線的相關(guān)方面研究有很多。本文著重在兩個方面：首先，利用多層介質(zhì)板生產(chǎn)工藝，設(shè)計極化微帶單脈沖陣列天線雷達(dá);第二，單層印刷板介質(zhì)，用于多頻帶印刷天線和印刷天線為寬帶無線通信的研究。所以通過參考其他方面的資料，給出下面幾個具體的研究進(jìn)展。1.2.1雙極化單脈沖天線進(jìn)展傳送或接收兩個正交極化電磁波的天線稱為雙極化天線。它最初被用作一個提供兩個通信通道頻段，但是，今天的現(xiàn)代無線通信的快速發(fā)展，其意義和價值已不限于此。因為極化天線可以在相同帶寬發(fā)送，這兩個信號，從而使簡單的線性極化天線與更實際值進(jìn)行比較。例如，許多新的應(yīng)用程序可以在一個雙極化天線被開發(fā)，從而改善收發(fā)系統(tǒng)集成，頻率復(fù)用，極化分集等性能。因此，雙極化成為現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)和軍事應(yīng)用中不可缺少的技術(shù)。系統(tǒng)來說，雙極化天線有著不同的形式，如雙圓極化、多頻雙極化、雙線極化等，更單向和雙向雙極化天線點(diǎn)的形式，其方法是不同的。本文側(cè)重于兩極分析和陣列天線的設(shè)計，而且由于除了薄型，重量輕，成本低，易于生產(chǎn)的微帶天線等，但也可以容易地設(shè)計為雙極化模式，所以陣列單元的基本形式選用多層微帶貼片。雙極化微帶陣列有兩種不同的實現(xiàn)方式，一種是利用兩個正交偏振單極陣列，單位兩個極化位于不同的層，每一層都是一種陣列的極化。比如X.Qu設(shè)計了一對雙極化微帶天線陣的合成孔徑雷達(dá)。兩個偏振天線元件是通過不同的形式來實現(xiàn)，測試表明，這兩種極化天線的交叉水平小于一個26分貝另一個小于31分貝，隔離度大于20分貝。雖然兩個偏振可以在相同的口徑的工作，在一定程度上看到減小孔徑的大小，但其厚度稍大，顯然與現(xiàn)代通信天線適合低剖面的設(shè)計理論不符。另一種是直接用雙極化單元排列，每個雙極化天線元件本身具有排列成特定形式的單元陣列的特性，然后在兩個被設(shè)計種極化饋給網(wǎng)絡(luò)被設(shè)計雙極化陣列。該天線結(jié)構(gòu)簡單，易于和有源組件集成，這是目前的主流雙極化天線陣列的形式。為了使雙極化天線在排陣列方面比較適合，通常需要使用饋送電源的微帶線。鐘順任教授對角線饋微帶天線是非常系統(tǒng)而深入的研究，研究結(jié)果表明，角饋雙極化單元從程度比傳統(tǒng)的側(cè)饋雙極化單元多大約10dB。并且在研究雙極化角饋微帶天線陣列在此基礎(chǔ)上設(shè)計，試驗結(jié)果表明，該天線端口隔離度是27?38分貝，交叉極化寬邊方向電平低于23?-30dB。SC高和LWLi等采用多饋點(diǎn)和對角饋電技術(shù)相結(jié)合的方法對雙極化微帶天線進(jìn)行了實現(xiàn)在此基礎(chǔ)上，設(shè)計了一個四元件雙極化微帶陣列天線，計算和實驗結(jié)果顯示該天線具有低交叉極化電平以及高的隔離，雙極化端口隔離靠近帶39分貝的中央，交叉極化電平小于20dB的。約翰格蘭霍姆和KimWoelders設(shè)計了一種雙極化微帶天線陣列層壓結(jié)構(gòu)，該天線設(shè)計的應(yīng)用程序是一個新的設(shè)計原則，可同時實現(xiàn)雙極化天線，以獲得更好的水平的交叉極化低旁瓣電平的特性。試驗結(jié)果表明，交叉極化天線的電平為40dB的，端口隔離水平極化是50分貝和垂直極化一樣。S.高和A.Sambell設(shè)計一種低成本，寬波束雙極化微帶陣列天線。其中，一種使用耦合饋電另一種使用帶有縫隙板微帶天線。由于兩個正交極化電源電路位于地板的兩側(cè)上，大大提高雙方的地面空間的利用效率。測試表明，這四個單元陣列在14％以上，隔離度30dB以上，交叉極化E和H面均比20dB的帶寬的小。GorAcimovic和其他人對雙極化天線深入的研究和分析的實施，應(yīng)用程序直接設(shè)計了一個雙極化微帶天線陣，這種陣列天線具有高隔離。試驗結(jié)果表明，4％的帶寬40dB以上內(nèi)的雙極化天線端口隔離。然而，該文獻(xiàn)的結(jié)構(gòu)，有一個不足，該天線天線沒有地板在其耦合先的下方。有研究表明，給天線的增加金屬可以使天線的后向輻射被減小。通過前面可以看出，隨著各種形式的雙極化天線的不斷涌現(xiàn)，低交叉極化水平，低調(diào)，高端口隔離一直奉行雙極化天線的優(yōu)化設(shè)計目標(biāo)。單脈沖天線的早期多用防空導(dǎo)彈卡塞格倫天線，其一級和二級反射點(diǎn)不要雙曲拋物面以及通過多技術(shù)和多揚(yáng)聲器的應(yīng)用程序獲得其他單脈沖天線和差分信號這種天線體積大，安裝不方便架設(shè);的轉(zhuǎn)動慣量，不能滿足快速定位的需要。與此相反，在平面波導(dǎo)饋縫隙天線具有高增益，小尺寸，高的輻射效率，以及非口徑屏蔽效果，可以精確地控制天線表面的電磁場分布，有效地抑制了顯著的交叉極化分量功能，因此往往是用來設(shè)計單脈沖天線。然而，一個大的波導(dǎo)管縫隙陣列天線的結(jié)構(gòu)，處理，設(shè)計和制造都比較困難，而且成本高，難以滿足機(jī)載雷達(dá)等特殊場合要低輪廓天線的指標(biāo)要求。微帶天線，重量輕，小橫截面，設(shè)計靈活，成本低，更重要的是，要實現(xiàn)雙極化微帶天線比波導(dǎo)管縫隙陣列天線，以實現(xiàn)雙偏振功能要簡單得多。這些優(yōu)勢使得越來越多的民用和軍事裝備的微帶天線單元的設(shè)計。近年來，國內(nèi)外學(xué)者在微帶天線的單脈沖已經(jīng)取得了大量的研究。報告的天線形狀鍵入包括一個線性陣列和平面陣列。簡單微帶單脈沖線性陣列天線的結(jié)構(gòu)可以用二維來實現(xiàn)蹤。張越，使用L波段單脈沖天線，傘部微帶印制偶極子天線之前是誰設(shè)計并供給至天線元件饋送，并通過泰勒合成方法和用于天線全面圖案的數(shù)值方法。測試接收天線的方位角和波束旁瓣電平低于一個23.7分貝，方位差光束深度小于零值32分貝。桑圭Kim和開唱設(shè)計Ka波段單脈沖天線的工作，采用雙向送電微帶陣列技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)一個3dB環(huán)橋和差波束。該天線結(jié)構(gòu)簡單，成本低。測試獲取零差價束可以達(dá)到30分貝的深度。平面陣列形式微帶天線的單脈沖結(jié)構(gòu)是復(fù)雜的，但它允許單脈沖系統(tǒng)實現(xiàn)3D追蹤功能。在這方面，國內(nèi)也有不少學(xué)者開展調(diào)研，這單極微帶平面陣列南京理工大學(xué)方大港教授單脈沖天線深入的研究，設(shè)計緊湊的新的單脈沖微帶天線陣列，并且在網(wǎng)絡(luò)與天線陣列中的同一平面上，其具有之間的差的結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡單，易加工，成本低。毫米波國家重點(diǎn)實驗室，東南大學(xué)，還研究了單脈沖天線，通過其集成波導(dǎo)（SIW）的介質(zhì)成功設(shè)計了一個單脈沖縫隙天線，忠吳雨等設(shè)計的C波段脈沖雷達(dá)單個寬帶天線，天線駐波比小于28.2％2阻抗帶寬，以及頻帶幾乎為零深-28dB。文獻(xiàn)報道有許多不同形式的單脈沖函數(shù)平面微帶陣列就可以實現(xiàn)，在這里不再一一的舉例了。在所有相關(guān)的文獻(xiàn)中，雙極化微帶單脈沖天線幾乎很少報道。南京理工大學(xué)的梅霞研究了兩種雙極化單脈沖天線，單元采用雙H槽災(zāi)難組合雙極化天線，兩個陣列分別采用串聯(lián)饋送和并聯(lián)饋送的方法，排列方式以網(wǎng)格陣列的形式使用;還有于晶和李尚生一些人設(shè)計的單脈沖雙極化天線陣列，雙“H”槽耦合的刷極化天線被使用在單元中。單脈沖差束的功能通過“十字形”和差器來達(dá)到目的的，矩形網(wǎng)格陣列為其的排列方式。不幸的是，這種天線僅停留在理論分析和軟件仿真階段。本文提出布置在雙極化單脈沖天線的多環(huán)的排布方式，以及天線的實物處理的具體實例。這將會給國內(nèi)外同仁發(fā)揮微帶單脈沖天線的設(shè)計提供了參考作用。1.2.2多頻段印刷天線綜述在近年來，隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，已經(jīng)有許多新的無線通信標(biāo)準(zhǔn)不斷的涌現(xiàn)，頻率資源利用率越來越得到提高。目前已廣泛用于無線通信標(biāo)準(zhǔn)，例如：GSM移動通信系統(tǒng)/PCS/DCS/UMTS，無線局域網(wǎng)（Wlan），無線城域網(wǎng)（WiMAX）和藍(lán)牙（Bluetooth），但是不同的通信標(biāo)準(zhǔn)的工作頻率一般都是不一樣的，這使得單個裝置或終端配備的發(fā)射和接收天線通常需要多個頻帶，以滿足各種無線通信的需求上的無線通信，但增加的天線的數(shù)目將無疑提高該裝置提供困難的挑戰(zhàn)，因為天線可在多個頻率上同時操作的要求的尺寸小，所以多頻率天線就在這種情況下產(chǎn)生了。多頻率天線是單波段天線相對術(shù)語。對于單頻天線，參數(shù)和指標(biāo)的最重要的區(qū)別是天線的工作頻率和帶寬。天線的帶寬是指在主要性能參數(shù)，如天線阻抗、增益、圖案、極化、主瓣寬度和旁瓣電平，前后比其他區(qū)域，以滿足該頻率范圍的設(shè)計要求。如果在同一時間幾個性能參數(shù)有明確的要求，應(yīng)該在最標(biāo)準(zhǔn)化為基礎(chǔ)，確定天線帶寬之一。天線帶寬通常以兩種方式來表示，一種被稱為“相對帶寬”，它被定義為：絕對天線帶寬Δf和工作頻帶的中心頻率比f0，即:其中，fh和fl分別為天線工作頻率的上邊沿和下邊沿頻率，一般由電壓的駐波比VSWR≤2或者Retunloss≥1OdB來定義回波損耗。限定天線的工作頻率在本文中的以下部分的上部和下部邊緣都基于后者。另一種帶寬表示方法稱為“倍頻帶寬”，它的定義為:工作頻帶的上邊沿頻率與下邊沿頻率的比值，即:在一般情況下，更窄頻帶天線使用術(shù)語相對帶寬，以及寬帶天線通常所示倍頻帶寬。有時，為了方便，它也可以被用于描述天線的絕對帶寬的帶寬特性。例如，在本文和寬帶天線設(shè)計過程中，使用絕對帶寬可以迅速改變的參數(shù)值反映的天線帶寬的特性的影響的多頻段天線，提高了分析的效率。單頻天線，這些定義也適用于多頻率用天線。僅對于多頻率用天線，經(jīng)常還要求它的多相距甚遠(yuǎn)的一個工作頻率指標(biāo)滿足天線的要求。對于多頻率用天線的特定應(yīng)用中，一個最代表意義現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于移動電話。例如，為了實現(xiàn)基本電話服務(wù)G網(wǎng)手機(jī)一般都配有雙頻段GSM/GPRS（900/1800）或三頻GSM/GPRS（900/1800/1900）天線，甚至一些手機(jī)配備與四頻GSM/GPRS（850/900/1800/1900）天線，以滿足不同的國家。此外，無線上網(wǎng)的WiFi需要的2.4GHz天線，GPS天線GPS需要1.575GHZ，藍(lán)牙無線傳輸，需要藍(lán)牙的2.4GHz天線，DVB-H移動電視天線等的需要。在表1.1，它列出了常見的頻率范圍內(nèi)的無線通信標(biāo)準(zhǔn)，它的使用可以在當(dāng)今無線通信標(biāo)準(zhǔn)品種被發(fā)現(xiàn)，從而開創(chuàng)了天線的多樣化需求。表1.1常見的無線通訊標(biāo)準(zhǔn)所使用的頻段無線通信標(biāo)準(zhǔn)頻段衛(wèi)星定位（GPS）L1bland：1575.42MHzL2bland：1227.60MHz全球通信系統(tǒng)（GSM）890-960MHz數(shù)字通信系統(tǒng)（GCS）1710-1880MHz個人通信服務(wù)（PCS）1850-1990MHz國際移動電話系統(tǒng)一2000CIMT-2000)1920-2170MHz個人手持電話系統(tǒng)(PHS）1895MH-1918.1MHz藍(lán)牙(Bluetooth）2400-2484MHz(IEEE802.11b)碼分多址一2000（CDMA2000）1920-1935MHz(上行)2110-2125MHz(下行)寬帶碼分多址(WCDMA）1940-1955MHz(上行)2130-2145MHz(下行)TD-SCDMA1960-1980MHz(上行)2150-2170MHz(下行)WiMAX3300-3800MHz5150-5850MHz手持?jǐn)?shù)字電視(DVB-H)470-860MHz超寬帶(UWB)3100-10600MHz無線局域網(wǎng)(WLAN）5150-5350MHz(IEEE802.11a)5725-5875MHz(IEEE802.11a)2400-2484MHz(IEEE802.11b)TD-LTE2570-2620MHzWi-Fi2400-5000MHz另外，隨著多輸入多輸出技術(shù)(MIMO)時代的到來，移動WiMAX、新一代PHS及LTE等都將采用MIMO無線技術(shù)。這就需要在手機(jī)內(nèi)配置多根天線組成陣列，如何合理地安排天線的空間布局是極具挑戰(zhàn)的課題，同時也進(jìn)一步促進(jìn)了小型化多頻段天線設(shè)計技術(shù)的不斷發(fā)展。2.多層雙極化微帶陣列天線技術(shù)雙極化天線一般是指兩個正交極化的電磁波的天線能夠正常的收發(fā)和接收。因為它可以同時傳輸?shù)男盘柕碾p偏振波天線在同一個帶寬，使得它簡單的線性極化天線，并有更多的實用價值，如收發(fā)器，頻率復(fù)用，極化優(yōu)點(diǎn)設(shè)置。因此，雙極化現(xiàn)代無線通信，并已被廣泛應(yīng)用在軍事領(lǐng)域中的應(yīng)用。例如，合成孔徑雷達(dá)（SAR）系統(tǒng)，這需要使用一個雙極化和寬帶，高隔離度，高效率的有源相控陣天線。此外，低剖面和小型化的合成口徑雷達(dá)，采用了波導(dǎo)管縫隙陣列技術(shù)是難以實現(xiàn)的。目前的趨勢是使用微帶天線陣列來實現(xiàn)這些功能，更重要的是，因為微帶天線可以容易地實現(xiàn)雙極化。2.1單脈沖技術(shù)的基本原理單脈沖天線主要是通過回波信號的振幅和相位進(jìn)行比較，從而進(jìn)行雷達(dá)的跟蹤，以實現(xiàn)對目標(biāo)的距離和位置確定。主要有兩種不同的方法可以從回波信號中得到目標(biāo)的較低信息：幅度比較（振幅比）和相位比較方法（相比較）。通過比較兩個光束振幅比較方法所接收的回波信號的振幅值來定位，但是相位比較的方法是通過兩個天線接收到的信號的相位進(jìn)行比較，以在目標(biāo)定位。相比較而言，更加直觀和簡單的方法是幅度比較，所以下面簡要采用單脈沖技術(shù)原理比用于定位和跟蹤的振幅的方法說明。圖2.1比幅法定位示意圖單脈沖測角技術(shù)屬于同時波瓣測角。圖2.1為理想情況下的比幅定位示意圖。如圖所示，在一個俯仰平面內(nèi)，兩個波束部分重疊，其交疊方向即為等信號軸。兩個波束的最大值方向與等強(qiáng)度信號方向偏離角度為±θ。，目標(biāo)飛機(jī)偏離等強(qiáng)度信號方向的角度為θ。從圖中可以看出，方向圖F1收到的回波信號幅度明顯大于方向圖F2收到的回波信號幅度。這兩個信號的振幅之間的差可以表示為偏移目標(biāo)對等信號強(qiáng)度，并且信號強(qiáng)度的方向相對于目標(biāo)的偏差方向可以用幅度查的符號表示。此偏移方向和偏移誤差信息提供給天線伺服系統(tǒng)來控制天線移動的方向，以減小誤差。同樣，取向目標(biāo)飛機(jī)的坐標(biāo)也可以利用接收機(jī)分支的和取向的一對圖案測定，以確定飛機(jī)的方位。當(dāng)目標(biāo)方向的信號強(qiáng)度等，方向一致通過接收兩個光束都等于回波信號的振幅，該振幅差為零，即此時可以實現(xiàn)定位。通過反復(fù)測量和調(diào)整，就可以達(dá)到目標(biāo)飛行器定位跟蹤的目的。為了時刻不斷的掌握目標(biāo)時的位置，天線應(yīng)處在恒定的傳輸和接收的狀態(tài)。因為兩光束同時接收到的回波信號，所以單脈沖角度測量技術(shù)對目標(biāo)角錯誤消息可以是在一個時間非常短的時間內(nèi)獲得，從理論上講，只要作為回波脈沖分析可以確定角度誤差，將它被稱為“單脈沖”。用比相角測量方法的雷達(dá)稱為相位和差單脈沖雷達(dá)。其天線的組成是由天線孔徑的幾個波長的間隙，每一個天線孔徑，以產(chǎn)生對稱軸的波束天線軸。在遠(yuǎn)的地方，兩個模式幾乎完全重疊，兩個光束所接收到的光束的目標(biāo)信號幅度內(nèi)是相同的。當(dāng)目標(biāo)從對稱軸偏離，這兩個天線接收的信號因所引起的相位差的波程差一樣。從天線的軸線偏差通過相位檢測，以獲得目標(biāo)角誤差信號，從目標(biāo)的偏差的極性的相位，以反映天線軸的位置。在實踐中，這兩個天線或天線陣列，通過對它們所連接的網(wǎng)絡(luò)和差產(chǎn)生光束聯(lián)系一起。網(wǎng)絡(luò)輸出信號是兩束波束分別之間的信號與差信號。與此相反，該信號被饋送端口電時，此時單脈沖產(chǎn)生天線波束為和波束;在差端口饋電時，此時生成的光束被叫做差波束，位置圖被叫做差方向圖。發(fā)射的同時照射目標(biāo)和接收到是目標(biāo)的位置信息是差波束的作用，并提供一個相位參考的差值信號。差分光束的作用是確定目標(biāo)方位。圖2.2示出了單個脈沖接收機(jī)本文的高頻前端結(jié)構(gòu)的示意圖，本文中設(shè)計天線是把集成饋電網(wǎng)絡(luò)與天線相結(jié)合的單個脈沖的天線。圖2.2單脈沖測角系統(tǒng)高頻前端機(jī)構(gòu)示意圖2.2雙極化微帶天線單元雙極化微帶天線基本是通過雙饋送點(diǎn)實現(xiàn)，它可分為探針式饋電和平面式饋電兩種。第二種一般是通過微帶式天線來得以實現(xiàn)，其中包括三種方式，如微帶直接式饋電、微帶耦合式饋電、微帶縫隙耦合式的饋電。明顯可以看出探針式饋送電源雖然是一種方法方法，但考慮到豎直連接結(jié)構(gòu)將顯著增加天線處理的復(fù)雜性和該陣列的成本，天線陣列的方式大多通過平面式饋電來實現(xiàn)。然而，對于兩個極饋線是在天線元件的相同水平來說，是因為沒有足夠的空間，無法完成排列。如圖所示2.3所示，（a）單元被直接饋送微帶線，（b）單元為雙H形狹縫式饋電，這兩個的共同點(diǎn)是在饋線的兩個極化都在同一水平，這意味著一個對于很多大型陣列的數(shù)量，這是不可能出現(xiàn)在被安排在兩個相互正交極化饋電網(wǎng)絡(luò)同一層足夠的空間，你不能選擇這種類型的單位。（a）（b）圖2.3兩種雙極化單元本文對雙極化天線單元的主要標(biāo)準(zhǔn)要求有:工作頻帶寬度大于600MHz，中心頻率fo（GHz)，隔離度小于-30分貝?？紤]到指標(biāo)前排接線方便，端口隔離度這兩個標(biāo)準(zhǔn)，我們選擇雙極化饋線位于兩個樓層H形的一組天線元件的縫隙雙極化天線陣列一側(cè)。這樣的好處有兩個：（1）兩個極化饋線位于樓面裂縫的兩邊，不僅提高了端口隔離，而且方便網(wǎng)絡(luò)布線;（2）天線加在地板的下方，對于向后輻射能夠有效的抑制。2.3陣列的排布方式二維陣列具有兩種不同類型，第一種是矩形柵格全部由所有單元組成的平面式陣列;另一種是所有單元都位于同心環(huán)或橢圓環(huán)，稱為環(huán)或橢圓形陣列環(huán)狀陣列的平面陣列。假設(shè)兩個平面陣列等距的，當(dāng)然，并不一定相等隔開所謂在兩個正交方向的單元間隙是相等的，它可以是在徑向方向上具有相等距離。為了產(chǎn)生和差圖，假定兩個陣列可分成四個象限對稱。矩形網(wǎng)格陣列可以是矩形邊界可以是圓形或橢圓形的。圓形或橢圓形網(wǎng)格陣列需要四個周邊沒有角的的矩形網(wǎng)格陣列形成。圓形或者橢圓形陣列的所有邊界必須是圓形或橢圓形。對矩形網(wǎng)格陣列來說，如果它的邊界也是矩形的，其口徑基本上都為二維可分開的，其陣列方向圖可以根據(jù)方向圖乘積定理計算，很大程度上縮減了陣列計算的工作量。但是這種有一個很不好的缺點(diǎn)就是增益大大的受到了限制，而可以不受這影響的就是關(guān)于ψ對稱的方向圖，然而這一系列的設(shè)計程序非常的麻煩。與此相反，在環(huán)狀陣列具有許多優(yōu)點(diǎn)，例如簡單的矩陣結(jié)構(gòu)非常簡易但是規(guī)范，與對稱圖案的方向，以最大限度地利用圓形孔，縮小柵瓣電平等。橢圓環(huán)陣列通常使用的很少，除非對天線的口徑有一定的需求。2.3.1多圈圓環(huán)單脈沖陣列形式1978年，DonaldA.Huebner提出了一種方案是通過使用多圈圓環(huán)陣列以此來得到單脈沖和差波束的方案。圖2.4所示為一個典型的四圈同心圓環(huán)陣列。如圖所示，因為要得到和差波束，陣列結(jié)構(gòu)的四個象限必須關(guān)于X軸和Y軸對稱，陣元的數(shù)目要是4的整數(shù)倍，并而且在同心圓換陣列的中心不能擁有小單元。圖2.4經(jīng)典四圈單脈沖陣列靠近象限邊界線的單元機(jī)會在一天直線上排列這是這種陣列的一個特點(diǎn)。由此我們可以得到靠近象限分界線上的單元于分界線的距離大約為一個常數(shù)。設(shè)其總共N圈，假設(shè)第一圈的半徑為R1，每圈半徑遞增Rd，第n圈的半徑為Rn，第n圈的單元數(shù)目為Nn=4n，則第n圈上臨近象限分界線上的單元距離分界線的距離dn可以表示為:（2-1）將Rn和Nn的表達(dá)式帶入式(2-1)可以得到:（2-2)若將第一圈半徑設(shè)為R1=Rd，則(2-3)可以的得到當(dāng)Rd為一個定值時，dn大約是一個常數(shù)。但是臨近象限分界線的單元機(jī)會在一條直線上排列，這將使我們有相對足夠的空間在分界線區(qū)域放上和差網(wǎng)絡(luò)，對于陣列的總體設(shè)計有好處。本章通過這種結(jié)構(gòu)的多圈圓環(huán)組陣方式，把微帶天線單元排列成多圈圓環(huán)行陣列，還對雙極化的單脈沖微帶陣列天線進(jìn)行了研究。2.4陣列方向圖估算由于采用電磁仿真軟件仿真大型陣列需要高配置的計算機(jī)并且需要很長的時間。所以在這里我們用陣列因子來計算陣列方向的相關(guān)性質(zhì)。并且需要以下幾個相關(guān)方面的數(shù)據(jù)：（1）單元的數(shù)目;（2）每個單元的坐標(biāo);（3）每個單元的幅度和相位。通過前面可以的研究，結(jié)合天線孔徑大小，最先確定了天線元件的坐標(biāo)的數(shù)量和布置。為了能夠滿足-30dB的副瓣電平，用圓形泰勒口徑綜合方法可以每個單元的加權(quán)幅度的大小。最后，計算的陣列圖形。圖2.5立體和方向圖圖2.6立體方位差方向圖圖2.7立體俯仰差方向圖圖2.8方位/俯仰面和差方向圖由圖2.8中得到，和方向圖的第一副瓣電平為-29.7dB。通過計算半功率波瓣寬度HPBW=4.6°。由于陣列的結(jié)構(gòu)具有對稱性質(zhì)，并且單元方向圖也關(guān)于ψ對稱，所以差方向圖、俯仰面和、差方向圖與方位面和這三個方面都一樣。因此得到的研究結(jié)果具有低副瓣和窄波瓣寬度的性質(zhì)。2.5天線陣列設(shè)計與分析這部分，我們將前面的幾個單獨(dú)的部分柔和在一起，以形成最終的雙極化單脈沖微帶天線。設(shè)計出了該天線的基本雛形，并進(jìn)行處理和實物測試，通過測試結(jié)果的分析，給出了原因和采取糾正措施。2.5.1陣列天線模型下圖是天線的層疊結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，天線四層介質(zhì)組成部分都用了RogersRT/duroid5880介質(zhì)，相對介電常數(shù)εr=2.2，恰年兩層的厚度都是0.381mm，后面兩層的介質(zhì)厚度都是0.254mm。介質(zhì)中間通過半固化片粘合，接地孔的作用是將兩層地板電位達(dá)到大約相同的數(shù)值，焊接孔以便于在頂層將探針和饋線進(jìn)行連接，探針孔是為了將電源送到探針中。整個雙極化微帶天線陣列共由五個金屬層構(gòu)成，具體如下：第一層是一個貼片層，主要是把貼片天線放在上面;第二層是水平極化的饋電網(wǎng)絡(luò)層，提供饋電給水平極化輻射;第三層是縫隙地板層，在該層開放H狀槽孔，對饋電進(jìn)行耦合;第四層是垂直極化饋電網(wǎng)絡(luò)層，提供饋電給垂直極化輻射;第五層是接地層，即在接地層上。圖2.9天線層疊結(jié)構(gòu)示意圖水平極化和垂直極化的兩個完整的網(wǎng)絡(luò)饋電結(jié)構(gòu)通過前面分析我們可以的得到，如下圖2.10所示圖2.10饋電網(wǎng)絡(luò)（a）水平極化（b）垂直極化2.5.2實測結(jié)果與分析因為受到計算機(jī)的影響，不能準(zhǔn)確的算出288元微帶的陣列，從而只能給出相關(guān)的實驗結(jié)果。圖2.11（a)為實物雙極化微帶圓環(huán)陣列的俯視圖，即為天線陣的第一層結(jié)構(gòu)，貼片狀的天線、微帶和焊接孔、螺釘?shù)墓潭锥嘉挥谄涮炀€的表層。圖2.11(b)為實物雙極化微帶圓環(huán)陣列的底視圖，就是天線的接地層，主由匹配負(fù)載、SMA,TNC等幾個不同的器件構(gòu)成。圖2.12給出了天線模型的各個方面在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀下的測試結(jié)果，分別是水平極化和垂直極化的和口、方位差口、俯仰差口。在圖2.13中給出了對駐波比的頻帶范圍要求在f0±0.3(GHz)內(nèi)并且電壓的駐波比不能大于1.71，圖2.14顯示出該天線的高隔離度性能，其水平極化和垂直極化端口的隔離度都比-30dB的好。圖2.11雙極化天線實物圖（a）俯視圖（b）低視圖（a）水平極化（b）垂直極化圖2.12天線的端口駐波比圖2.13水平極化和口與垂直極化和口的極化隔離圖2.14可以看出雙極化單脈沖陣列天線在微波暗室中的遠(yuǎn)距離方向圖的輻射特性的測試結(jié)果。主要有水平和垂直極化在中心頻點(diǎn)的和路方向圖、方位差的方向圖、俯仰差的相關(guān)圖形。圖2.14雙極化微帶天線方向圖測試結(jié)果從圖2.14得到在增益和副瓣方面雙極化單脈沖的性能不是太理想。根據(jù)單元數(shù)目加大一倍增益可增長3dBi算出這個天線的增益有31dBi，但是真實數(shù)據(jù)顯示天線的增益僅僅只有22dBi。另外副瓣的實際數(shù)據(jù)只有大約-15dB，跟我們從陣列方向圖得到數(shù)值為-29dB差距很多。并且天線的水平極化圖不對稱w.women總結(jié)的誤差打給有以下幾個方面：第一個主要是有損耗引發(fā)的增益值太低的問題。這類的損耗有兩種，第一種是由于天線的單元數(shù)量多從而引起總端口與單元間的饋線的長度過長，使其在Ku頻段的損耗加大了。第二種是在加工過程中使用的半固化片介質(zhì)損耗正切值不對，從而非常加大了天線的損耗。第二個主要是在輻射圖上副瓣過高的問題，引發(fā)這個問題的原因有兩個：(1)因為在每個圈內(nèi)的饋電網(wǎng)絡(luò)不一樣，并且他們的位置成弧形，正因為圓形的饋電網(wǎng)絡(luò)的這種不規(guī)則特性結(jié)構(gòu)難以得到理想的功分比。從而達(dá)不到理想值上的單元功率分配。（2）由于天線陣列單元之間的互禍會引發(fā)天線輻射性質(zhì)變差。但是在實際估算中沒有考慮到這一方面，使得結(jié)果與理想化。（3）水平極化相依的計算失誤引發(fā)水平極化方向圖不對的問題在第一版的制作當(dāng)中沒有考慮到。3多頻帶平面印刷天線設(shè)計這一章當(dāng)中全方面的研究了平面印刷多頻天線。該天線結(jié)構(gòu)具有獨(dú)特的設(shè)計，通過使用環(huán)機(jī)構(gòu)和多枝節(jié)結(jié)構(gòu)，在帶縫隙天線地板刻槽和縫隙內(nèi)加載枝節(jié)等這些簡單、易加工的方法設(shè)計了多種多頻段平面印刷天線。3.1多頻段環(huán)形單極天線天線設(shè)計中最常用的一種結(jié)構(gòu)是環(huán)形結(jié)構(gòu)。很早之前就有人設(shè)計的大地板的單級天線就是通過運(yùn)用環(huán)形結(jié)構(gòu)，后來環(huán)形結(jié)構(gòu)逐漸的廣廣泛的關(guān)注和使用，其中包括圓環(huán)狀的單極天線、單極天線矩形環(huán)、三角環(huán)單極天線以及撕裂環(huán)單級天線等。本篇提出兩種具有簡單結(jié)構(gòu)、設(shè)計思路清晰、且性能良好的環(huán)形單級天線。3.1.1三頻段矩形環(huán)天線對于兩款基于微帶饋電的矩形環(huán)單極天線本章節(jié)做了重點(diǎn)探討，這兩款天線主要被應(yīng)用于于WLAN2.5/5.2/5.8GHz頻段，WiMAX2.5/3.5/5.5GHz頻段，對于通矩形環(huán)天線只能在低頻產(chǎn)生一個諧振，但是通過其他方法可以實現(xiàn)雙頻帶特性甚至三頻段特性，如在矩形環(huán)內(nèi)加載一個枝節(jié)和使用雙矩形環(huán)，但是這種結(jié)構(gòu)過于繁雜。在這本文使用了在矩形環(huán)內(nèi)加載枝節(jié)的方法實現(xiàn)了三頻帶特性，得到的兩款天線結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計容易。具體有如下的分析。3.1.2加載直線枝節(jié)的矩形環(huán)天線正如線圖3.1所示，我們首先對矩形環(huán)內(nèi)加載直線枝節(jié)的情況進(jìn)行了研究。其介質(zhì)基板的大小為WxL，并聚四氟乙烯基板，相對介電常數(shù)εr=2.65，厚度h=lmm。天線的饋電由50Ω微帶線，饋線寬度為Wt。天線的地板大小為WxH。其輻射部分為一個矩形環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其中枝節(jié)1、枝節(jié)2是通過在矩形環(huán)內(nèi)上下邊沿加載兩個長條形枝節(jié)。圖3.1三頻段矩形環(huán)單極天線結(jié)構(gòu)示意圖圖3.2-圖3.5給出的仿真結(jié)果分別為無加載、僅加載枝節(jié)僅加載枝節(jié)2、兩個枝節(jié)全部加載四種情況，非常直接的解釋了加載枝節(jié)的作用。圖3.2無加載矩形環(huán)天線反射損耗圖3.3加載枝節(jié)1矩形天線反射損耗圖3.2中的結(jié)果表明，單一矩形環(huán)在低頻段只有一個匹配良好的諧振點(diǎn)。矩形環(huán)加載枝節(jié)1的情況如圖4.3所示，可以明顯看出加載枝節(jié)1可以在高頻處產(chǎn)生一個高頻諧振，使天線呈現(xiàn)出一個雙頻帶特性。圖3.4給出了矩形環(huán)加載枝節(jié)2的反射損耗曲線，從圖中可以看出，加載枝節(jié)2是天線能形成中頻諧振的主要因素。最后，圖3.5給出了最終設(shè)計的矩形環(huán)加載雙枝節(jié)的反射損耗曲線，可以看出，天線實現(xiàn)了良好的三頻帶特性，但是天線3.SGHz中頻段的帶寬不是很寬。經(jīng)過高頻仿真軟件優(yōu)化，得到了天線的最終尺寸如表3.1所示圖3.4加載枝節(jié)2矩形環(huán)天線反射損耗圖3.5加載枝節(jié)1和2的矩形環(huán)天線反射損耗表3.1加載直線枝節(jié)矩形環(huán)天線的具體參數(shù)表3.2加載曲折線枝節(jié)的矩形環(huán)天線圖3.6加載曲折線枝節(jié)的矩形環(huán)單極天線結(jié)構(gòu)示意圖通過仿真可以知道，在加載時矩形環(huán)天線最適合的中頻段帶寬為3.33-3.77GHz，使中頻帶寬能夠更好的改進(jìn)，需要從天線結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改動，可以采用曲折線枝節(jié)和直線枝節(jié)混合加載技術(shù)，如圖3.6開就是得到的天線圖結(jié)構(gòu)。圖中，枝節(jié)1為直枝節(jié)，需要加到矩形環(huán)的邊上，枝節(jié)2為曲折線枝節(jié)，需要加到矩形環(huán)的下面。從圖3.7到圖3.10顯示了將天線在無加載、僅加載枝節(jié)1、僅加載枝節(jié)部分2、全部加載。這樣四種情況下得到的反射損耗仿真結(jié)果。從圖3.7中能夠知道，單一矩形環(huán)在低頻段僅有一個諧振。其他方面，由于改進(jìn)前后天線的地板長度發(fā)生了輕微的變化，因此這兩個圖在高頻處的地方是存在差異的，但大致上的趨勢是差不多的。從后面兩個圖中能夠得出，矩形環(huán)加載曲折線枝節(jié)會導(dǎo)致中頻段得到極大地展寬。圖3.7無加載矩形環(huán)天線反射損耗圖3.8加載枝節(jié)1矩形環(huán)天線反射損耗圖3.9加載枝節(jié)2矩形環(huán)天線反射損耗圖3.10加載枝節(jié)1和2的矩形環(huán)天線反射損耗

使用高頻仿真軟件對其進(jìn)行優(yōu)化，得到了如表3.2所示最大的尺寸。表3.2加載曲折線枝節(jié)的矩形環(huán)單極天線的具體參數(shù)表3.2.1實測結(jié)果分析在進(jìn)一步改進(jìn)并仿真后，將得到的尺寸加工成實際天線。如下面兩個圖，分別是兩個三頻段天線的實物照片。圖3.11改進(jìn)前天線實物照片(a)正面(b)背面圖3.12改進(jìn)后天線實物照片(a)正面(b)背面通過兩個圖得到的兩個仿真圖和相應(yīng)的測試結(jié)果，可以得知，測試與相應(yīng)的仿真得到的結(jié)果是差不多的，其中的不同之處也許是加工不當(dāng)和測量環(huán)境導(dǎo)致的。加載直線枝節(jié)三頻天線的10dB阻抗帶寬在測試滯后得到的數(shù)據(jù)是310MHz(2.39-2.70GHz）,490MHz(3.38-3.87GHz）和2680MHz(4.82-7.5OGHz），可以覆蓋WLAN頻段(2.4-2.484GHz,5.15-5.35GHz,5.725-5.825GHz)和WiMAX頻段(2.5-2.7GHz,3.4-3.6GHz,5.25-5.85GHz;加載曲折線枝節(jié)三頻天線的IOdB阻抗帶寬測試結(jié)果為320MHz(2.29-2.61GHz),1170MHz(3.19}.36GHz）,1360MHz(4.95-6.31GHz），可以覆蓋WLAN頻段(2.4-2.484GHz,5.15-5.35GHz,5.725-5.825GHz)和WiMAX頻段(3.3-3.7GHz,5.25-5.85GHz)，可見，改進(jìn)后的天線中頻帶寬展寬680MHz。這兩種天線都使三頻帶特性得到了充分使用，充分符合WLAI}I和WiMAX多頻段對無線通信的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊?。圖3.15和圖3.16是兩個天線相繼在2.5GHz,3.5GHz和5.5GHz頻點(diǎn)處的遠(yuǎn)場實測方向圖。在測試時所用的參考坐標(biāo)系還是保持與原圖相同，E面和H面相應(yīng)的與應(yīng)坐標(biāo)系中的YOZ平面和XOY平面相對應(yīng)。從中得知，天線在H面與全向輻射相近，E面則完全展現(xiàn)出類似倒8字形狀。圖3.13加載直線枝節(jié)天線反射損耗曲線圖3.14加載曲折線枝節(jié)天線反射損耗曲線圖3.15加載直線枝節(jié)天線的測試方向圖(a)2.SGHz(b)3.5GHz(c)5.5GHz圖3.16加載曲折線枝節(jié)天線的測試方向圖(a)2.SGHz(b)3.SGHz(c)S.SGHz分別檢測了這兩個天線的增益數(shù)，得到加載直線枝節(jié)天線在頻率為2.5GHz,3.5GHz和5.5GHz的頻帶內(nèi)的平均增益對應(yīng)如下數(shù)據(jù)2.34dBi,2.58dBi和4.59dBi;加載曲折線枝節(jié)天線在頻率為2.5GHz,3.5GHz和5.5GHz的頻帶內(nèi)的平均增益對應(yīng)如下數(shù)據(jù)2.9dBi,3.88dBi和4.18dBi。這些數(shù)據(jù)說明，這小節(jié)假設(shè)的矩形環(huán)印刷單極子天線在導(dǎo)電方面具有很好的延展性，能夠符合頻率為2.5,3.5,5.5GHzWLAN/WiMAX時天線的工作帶寬的本質(zhì)條件。3.3雙頻段U形環(huán)天線在普通環(huán)形天線的基礎(chǔ)上，這一節(jié)主要來簡述兩款U形單極天線，分別利用不同的加載枝節(jié)技術(shù)以及地板切角技術(shù)，來實現(xiàn)了天線獨(dú)特的雙頻帶特性，第一個天線是加載枝節(jié)的U形天線，這個天線能夠符合WLAN2.4GHz,

5.5GHz頻段應(yīng)用時的要求;第二個天線是地板切角的U形天線，能夠符合WLAN2.4GHz頻段和UWB高頻段(5.5-10.6GHz）的相應(yīng)要求。3.3.1天線結(jié)構(gòu)圖3.17(a)是第一個天線的結(jié)構(gòu)圖，圖3.17(b)是第二個天線的結(jié)構(gòu)圖。假設(shè)其中的介質(zhì)基板的長短為W，使用了聚四氟乙烯基板，它的相對介電常數(shù)εr

的值為2.65，對應(yīng)的厚度h是lmm。第一個天線組要是靠50Ω微帶線饋電，饋線寬度組成。第一個天線的地板尺寸為W。用一個U形環(huán)形狀的部件作為輻射部分為，同時在U形環(huán)上面在外邊加上矩形的枝節(jié)。第二個天線的地板是六邊形的結(jié)構(gòu)，這樣的設(shè)計是在大小為W的地板上減去兩個大小為W4×H4的直角三角形而造成的。將一個簡單的U形環(huán)作為輻射部分。這兩個不同的天線對應(yīng)的U形環(huán)部分的大小為為:比較小的U形結(jié)構(gòu)線的寬度為Wf2，比較大的U形結(jié)構(gòu)以及；兩個U形環(huán)連接處的線的寬度為Wf1。圖3.17雙頻段U形單極天線結(jié)構(gòu)示意圖(a)天線1俯視圖(b)天線2俯視圖(c)側(cè)視圖3.3.2參數(shù)分析及優(yōu)化

U形雙頻中第一個天線和第二個天線都是在U形輻射結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上得到的，在第一個天線中，通過調(diào)節(jié)枝節(jié)的長度來實現(xiàn)雙頻帶，在第二個天線中，通過調(diào)節(jié)地板切角來實現(xiàn)寬帶雙頻。下面分別針對這兩種情況，進(jìn)一步驗證不同的值對天線反射損耗會產(chǎn)生的變化。1.W1對天線1阻抗帶寬的影響第一個天線中U形結(jié)構(gòu)的寬度我們用W1表示，圖3.18顯示的是隨著W1的值變化時第一個天線的反射損耗發(fā)生變化的曲線圖。從中能知道，在W1的值不斷增加時，2.4GHz頻段的帶寬會發(fā)生縮減的變化，同時諧振點(diǎn)會更加靠近低頻段。在相同情況下，高頻段的帶寬差不多沒有受到影響。因此我們經(jīng)常改變W1的值,來得到想要的低頻諧振點(diǎn)和帶寬。圖3.18W1對第一個天線的反射損耗影響圖3.19H3對第一個天線的反射損耗影響2.H3對天線1阻抗帶寬的影響H3為第一個天線加載枝節(jié)的長度。圖3.19顯示的是，在H3取不同值時天線1的反射損耗發(fā)生的相應(yīng)變化曲線圖。能夠得出，是否改變H3

的長度，對低頻段幾乎沒有任何影響，但是對高頻段的諧振點(diǎn)的位置和帶寬影響很大。這些顯示，經(jīng)過對矩形枝節(jié)的長度進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以非常有效地得到適合的高頻段的帶寬，同時使低端諧振不發(fā)生變化。3.Wf1對天線1阻抗帶寬的影響下圖3.20顯示的是隨著Wf1的值不同時第一個天線的反射損耗相應(yīng)發(fā)生的變化曲線。從這個圖中可以得出，改變線寬可以調(diào)節(jié)兩個諧振點(diǎn)的匹配情況。從天線的結(jié)構(gòu)圖中可以看出，增大Wf1相當(dāng)于減小了W1，結(jié)合前面W1的參數(shù)分析，從圖中也可以看出，低頻段的帶寬也略有變化。圖3.20Wf1對第一個天線的反射損耗影響圖3.21H4對第二個天線的反射損耗影響4.H4對天線2阻抗帶寬的影響在第二個天線中，把H4作為一個地板切角的深度，圖3.21顯示的是隨著H4的值不停變化時第二根天線的反射損耗發(fā)生相應(yīng)改變的曲線圖。為了使數(shù)據(jù)更明顯，還相應(yīng)地給出沒有切角時的影像圖。經(jīng)過對比看出，有無地板切角以及地板切角的大小都會對高頻段的帶寬造成干擾。3.3.3仿真與實測結(jié)果分析在下面兩個圖的基礎(chǔ)上，在第一個天線的電流分布圖中，能夠更好的詮釋第一個天線構(gòu)成雙頻帶的原理，從下圖3.22(a)中了解到，在低頻率時，外邊的一圈集中了幾乎全部的電流，而在里面的結(jié)構(gòu)上和下面的枝節(jié)上差不多是沒有電流的，可以證明低頻諧振是取決于外邊一圈結(jié)構(gòu)的，從下圖3.22

(b)了解到，在較高頻率時，而在里面的結(jié)構(gòu)上和下面的枝節(jié)上的電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了外邊一圈結(jié)構(gòu)上分布的數(shù)量。通過這些可以得出，下面的枝節(jié)在較高頻段時對共同振動起著調(diào)制的不可或缺的作用。這兩張圖的分析能夠知道，在低頻時用外邊的一圈進(jìn)行設(shè)計，在高頻時用里面的結(jié)構(gòu)上和下面的枝節(jié)進(jìn)行設(shè)計。圖3.22天線1在(a)2.46C3Hz和(b)5.51C3Hz表面電流分布由實驗平臺HFSS得到的仿真數(shù)據(jù)顯示，改進(jìn)后的兩種雙頻帶天線的最后的參數(shù)顯示如表3.3和表3.4。表3.3天線1的具體參數(shù)表表4.4天線2的具體參數(shù)表按照兩個表中的尺寸來設(shè)計出了圖3.23和圖3.24這樣的天線模型。圖3.23天線1實物照片圖3.24天線2實物照片使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量天線的阻抗特性。圖3.25和圖3.26給出了第一個天線和第二個天線分別反射損失曲線模擬圖和測試結(jié)果，可以看出得出的結(jié)果和曲線圖的基本上是一致的,第一個天線的低頻頻率偏移向高頻部分,差異的存在也許是加工失誤和監(jiān)測環(huán)境時導(dǎo)致的。監(jiān)測結(jié)果顯示第一個天線的10dB的阻抗帶寬為650

MHz和790

MHz，能對WLAN波段(2.4到2.484

GHz,5.15到5.35

GHz,5.725到5.825

GHz)進(jìn)行重新設(shè)定和WiMAX譜(2.5到2.7

GHz,5.25到5.85

GHz)進(jìn)行重新設(shè)定。第二個天線的10dB阻抗帶寬監(jiān)測得到的為550

MHz

(2.38-2.93GHz)，

1170

MHz(5.17

-11

GHz),能夠重新設(shè)定蓋WLAI}I和WiMAX

2.4GHz這些波段和UWB的較高頻率帶(5.5-10.6GHz。由此得出，兩種不同的天線都有了不錯的的雙頻帶特性。圖3.25天線1仿真與測試的的反射損耗曲線圖3.26天線2仿真與測試的的反射損耗曲線圖3.27天線1的測試方向圖(a)2.5GHz（b)5.5GHzz圖3.28天線2的測試方向圖(a)2.5GHz(b)6GHz(c)9GHz圖3.27顯示了第一個天線在頻率為2.5

GHz和S.SGHz頻率點(diǎn)的遠(yuǎn)場測量模式。圖3.28顯示了第二根天線在2.SGHz

，頻率為6

GHZ

和9

GHZ頻率點(diǎn)的遠(yuǎn)場測量模式。檢測時用與圖3.17相同的坐標(biāo)方式,E面對應(yīng)了YOZ坐標(biāo)系，H面對應(yīng)了XOY坐標(biāo)系。由這些參數(shù)得出，一旦天線具有良好的對稱性，會使其他圖的形狀也比較有對稱性。H平面中的天線接近于全向輻射，E面則展示了與倒8字相仿的結(jié)構(gòu)。圖3.29天線1的測試增益圖3.30天線2的測試增益圖3.29和圖3.30分別是測量了兩個不同的U形環(huán)天線的增益得到的。從圖中得到，第一給天線在兩個頻帶內(nèi)的增益不小于2.3dBi;第二個天線在兩個頻帶內(nèi)的平均增益不小于4.3dBi。

通過實驗得到的結(jié)果可知，這章提出的U形環(huán)印天線在導(dǎo)電方面有很好的延展性，基本上符合WLAN

的參數(shù)為2.4GHz,

5.5GHz時和UWB在運(yùn)行時所需要的帶寬。4.結(jié)束語21世紀(jì)是通信行業(yè)高速發(fā)展的時期，無論是現(xiàn)代軍事應(yīng)用領(lǐng)域還是民用領(lǐng)域，無線通信系統(tǒng)和電子通信設(shè)備都在朝著具有更高性能的方向發(fā)展。例如:個人移動通信、雷達(dá)、電子戰(zhàn)、制導(dǎo)導(dǎo)彈、敵我識別等系統(tǒng)，這些電子系統(tǒng)對天線的性能提出了越來越高的要求。往往要求天線工作頻帶的寬帶化、多頻化，結(jié)構(gòu)尺寸的小型化以及天線的多極化特性等，如何實現(xiàn)這些目標(biāo)，對國內(nèi)外的天線設(shè)計人員來說是一個需要深入研究的課題，對天線領(lǐng)域的發(fā)展是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)。為了降低天線成本，縮短天線加工周期、減小天線重量，越來越多的天線采用了印制電路板技術(shù)與工藝進(jìn)行加工。這種平面印刷天線不僅可以很容易實現(xiàn)小型化、低剖面特性，還易于與有源電路集成，與應(yīng)用載體實現(xiàn)共形。此外，通過優(yōu)化設(shè)計天線結(jié)構(gòu)并采用一些技術(shù)手段，雙極化、多頻段以及寬頻帶特性也可以實現(xiàn)。所以，對平面印刷天線做深入的研究是一項非常有意義的工作。根據(jù)對通信行業(yè)熱點(diǎn)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢的闡述和分析，結(jié)合軍用通信設(shè)備和民用通信標(biāo)準(zhǔn)的需要，本文對幾種重要的平面印刷天線的研究背景和意義做了深入的闡述，并對天線的設(shè)計方法做了詳細(xì)的總結(jié)。對基于印刷電路板制作技術(shù)的雙極化微帶陣列天線和多頻段及寬帶平面印刷天線的設(shè)計進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，并設(shè)計了應(yīng)用于單脈沖系統(tǒng)的雙極化微帶單脈沖陣列天線和無線通信設(shè)備的多種平面印刷天線。雖然本文在共口徑雙極化微帶陣列天線和多頻段、寬頻帶平面印刷天線方面作出了一定成果，并且論證了所采用方法的可行性。但限于時間和研究條件等原因，本文仍然存在一些問題有待于進(jìn)一步研究和完善。參考文獻(xiàn)[1]毛康侯，沈心雄，袁則直.防空導(dǎo)彈天線.北京市:宇航出版社，1991.[2]張立東.超薄型平板縫隙陣單脈沖天線設(shè)計與仿真.上海航天.2006(1):61-64[3]張前悅，王光明，任衛(wèi)華.一種L波段單脈沖天線的研制.彈箭與制導(dǎo)學(xué)報.200}}4}:288-289.[4]孫宇乾，方良.毫米波平面縫隙單脈沖天線設(shè)計.彈箭與制導(dǎo)學(xué)報.2009(3):262-264.[5]KimS.G.andChangK.Low-CostMonopulseAntennaUsingBi-Directionally-FedMicrostripPatchArray.ElectronicsLetters.2003,39(20):1428一1429.[6]方大綱，陳曉光，盛衛(wèi)星等.一種結(jié)構(gòu)緊湊的新型微帶單脈沖天線陣.南京理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版).2003(5):473-477.[7]HaoW.,Da-GangF.,andChenX.G.ACompactSingleLayerMonopulseMicrostripAntennaArray.IEEETransactionsonAntennasandPropagation,2006,54(2):503一509.[8]于晶，李尚生，鮑虎等.單脈沖雙極化天線陣列設(shè)計.海軍航空工程學(xué)院學(xué)報.2010(5):563-566.[9]ZhangQ.andChuQ.Triple-BandDualRectangularRingPrintedMonopoleAntennaforWLAN/WiMAXApplications.MicrowaveandOpticalTechnologyLetters.2009,51(12):2845-2848.[10]王元坤，李玉權(quán)編寫.線天線的寬頻帶技術(shù).西安市:西安電子科技大學(xué)出版社1995.[11]}WuC.,ChiuC.,andHsuC.ANewNonuniformMeanderedandFork-TypeGroundedAntennaforTriple-BandWLANApplications.IEEEAntennasandWirelessPropagationLetters,2006,5(1):346-348.[12]陳曦，任學(xué)施，崔鐵軍，新型人工電磁材料微波透鏡增強(qiáng)貼片天線定向性的研究，2009年全國微波毫米波會議論文集(下冊)，pp:1348-1351.[13]汪茂光等.陣列天線分析與綜合.成都市:電子科技大學(xué)出版社，1989.[14]ChiG.,LiB.,andQiD.Dual-BandPrintedDiversityAntennafor2.4/5.2-GHzWLANApplication.MicrowaveandOpticalTechnologyLetters.2005,45(6):561-563.[15]王元坤，李玉權(quán)編寫.線天線的寬頻帶技術(shù).西安市:西安電子科技大學(xué)出版社1995.[16]呂文俊.小型平面超寬帶天線的理論與設(shè)計.南京郵電大學(xué)博士論文，2006.[17]章文勛譯，約翰克勞斯著.天線(第三版).北京:電子工業(yè)出版社，2004.致謝本論文的完成前后都是在李老師細(xì)心的指導(dǎo)下。李老師認(rèn)真的工作態(tài)度，在我即將畢業(yè)之際給了我很大的幫助，在今后的人生道路上，一定以李老師為榜樣，努力工作。在本論文中，李老師給予了我很大的關(guān)心和幫助，為我的論文的最終完成提供了很多便利條件并提出了很多寶貴的意見和建議，在此，對于老師對我的幫助和關(guān)心表示衷心的感謝!在此還要特別感謝曾經(jīng)為我答疑解難同學(xué)和老師們，同時還對我本文所借助所有文獻(xiàn)的作者表示感謝，你們的成果給了我很大的幫助，最后，還要感謝我的父母對我學(xué)習(xí)的大力支持和多年來在生活上對我無微不至的照顧和關(guān)心。在此希望我在以后的工作能事事順心?；贑8051F單片機(jī)直流電動機(jī)反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機(jī)的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機(jī)MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機(jī)的通用控制模塊的研究基于單片機(jī)實現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機(jī)控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強(qiáng)型51系列單片機(jī)的TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)基于單片機(jī)的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機(jī)的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機(jī)的交流伺服電機(jī)運(yùn)動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機(jī)的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機(jī)的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機(jī)的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機(jī)實現(xiàn)一種基于單片機(jī)的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機(jī)的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機(jī)的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機(jī)的軟起動器的研究和設(shè)計基于單片機(jī)控制的高速快走絲電火花線切割機(jī)床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機(jī)的機(jī)電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機(jī)的智能手機(jī)充電器基于單片機(jī)的實時內(nèi)核設(shè)計及其應(yīng)用研究基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機(jī)的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機(jī)的液體點(diǎn)滴速度自動檢測儀的研制基于單片機(jī)系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機(jī)的電能采集終端的設(shè)計和應(yīng)用基于單片機(jī)的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)的研制基于單片機(jī)的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機(jī)的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機(jī)的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機(jī)控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機(jī)的多生理信號檢測儀基于單片機(jī)的電機(jī)運(yùn)動控制系統(tǒng)設(shè)計Pico專用單片機(jī)核的可測性設(shè)計研究基于MCS-51單片機(jī)的熱量計基于雙單片機(jī)的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機(jī)構(gòu)建機(jī)器人的實踐研究基于單片機(jī)的輪軌力檢測基于單片機(jī)的GPS定位儀的研究與實現(xiàn)基于單片機(jī)的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機(jī)系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機(jī)的時控和計數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機(jī)和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機(jī)控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用能力的探究基于單片機(jī)控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機(jī)控制的水下焊接電源的研究基于單片機(jī)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機(jī)的氚表面污染測量儀的研制基于單片機(jī)的紅外測油儀的研究96系列單片機(jī)仿真器研究與設(shè)計基于單片機(jī)的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機(jī)的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)基于MSP430單片機(jī)的電梯門機(jī)控制器的研制基于單片機(jī)的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機(jī)的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機(jī)和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術(shù)研究基于單片機(jī)的膛壁溫度報警系統(tǒng)設(shè)計基于AVR單片機(jī)的低壓無功補(bǔ)償控制器的設(shè)計基于單片機(jī)船舶電力推進(jìn)電機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)的振動信號的采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的大容量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機(jī)的疊圖機(jī)研究與教學(xué)方法實踐基于單片機(jī)嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實現(xiàn)基于AT89S52單片機(jī)的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的多道脈沖幅度分析儀研究HYPERLINK"/de