第一篇：天線與電波傳播理論論文

天線與電波傳播理論論文

關(guān)于微帶天線

姓 名：何探

學(xué) 號(hào)：3090731126 班 級(jí)：通信09-1班

指導(dǎo)教師：劉月紅 2

隨著全球通信業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展，作為未來(lái)個(gè)人通信主要手段的無(wú)線移動(dòng)通信技術(shù)己引起了人們的極大關(guān)注，在整個(gè)無(wú)線通訊系統(tǒng)中，天線是將射頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為無(wú)線信號(hào)的關(guān)鍵器件，其性能的優(yōu)良對(duì)無(wú)線通信工程的成敗起到重要作用?？焖侔l(fā)展的移動(dòng)通信系統(tǒng)需要的是小型化、寬頻帶、多功能(多頻段、多極化)、高性能的天線。微帶天線作為天線家祖的重要一員，經(jīng)過(guò)近幾十年的發(fā)展，已經(jīng)取得了可喜的進(jìn)步，在移動(dòng)終端中采用內(nèi)置微帶天線，不但可以減小天線對(duì)于人體的輻射，還可使手機(jī)的外形設(shè)計(jì)多樣化，因此內(nèi)置微帶天線將是未來(lái)手機(jī)天線技術(shù)的發(fā)展方向之一，但其固有的窄帶特性(常規(guī)微帶天線約為2%左右)在很多情況下成了制約其應(yīng)用的一個(gè)瓶頸，因此設(shè)計(jì)出具有寬頻帶小型化的微帶天線不但具有一定的理論價(jià)值而且具有重要的應(yīng)用價(jià)值，這也成為當(dāng)前國(guó)際天線界研究的熱點(diǎn)之一。本論文的主要工作是概述微帶天線。

一 微帶天線的發(fā)展歷程

早在1953年箔尚(G．A．DcDhamps)教授就提出利用微帶線的輻射來(lái)制成微帶微波天線的概念。但是，在接下來(lái)的近20年里，對(duì)此只有一些零星的研究。直到1972年，由于微波集成技術(shù)的發(fā)展和空間技術(shù)對(duì)低剖面天線的迫切需求，芒森(R．E．Munson)和豪威爾(J．Q．Howell)等研究者制成了第一批實(shí)用的微帶天線。隨之，國(guó)際上展開了對(duì)微帶天線的廣泛研究和應(yīng)用。1979年在美國(guó)新墨西哥州大學(xué)舉行了微帶天線的專題目際會(huì)議，1981年IEEE天線與傳播會(huì)刊在1月號(hào)上刊載了微帶天線專輯。至此，微帶天線已形成為天線領(lǐng)域中的一個(gè)專門分支，兩本微帶天線專輯也相繼問(wèn)世，至今已有近十本書?？梢姡?0年代是微3

帶天線取得突破性進(jìn)展的時(shí)期；在80年代中，微帶天線無(wú)論在理論與應(yīng)用的深度上和廣度上都獲得了進(jìn)一步的發(fā)展；今天，這一新型天線已趨于成熟，其應(yīng)用正在與日俱增。

二 微帶天線的結(jié)構(gòu)與種類

微帶天線是在帶有導(dǎo)體接地板的介質(zhì)基片上貼導(dǎo)體薄片而形成的天線。它一般利用微帶線或同軸線等饋線饋電，在導(dǎo)體貼片與接地板之間激勵(lì)起射頻電磁場(chǎng)，并通過(guò)貼片四周與接地板間的縫隙向外輻射。因此，微帶天線也可看作是一種縫隙天線。其典型結(jié)構(gòu)如圖2.1所示

（c）微帶行波天線

（d）微帶縫隙天線

圖2.1 微帶天線的典型結(jié)構(gòu)

（a）微帶貼片天線

（b）微帶振子天線

通常介質(zhì)基片的厚度與波長(zhǎng)相比是很小的，因而它實(shí)現(xiàn)了一維小型化，屬于電小天線的一類。另外，隨著技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)在許多手機(jī)天線都是采用曲折線型的微帶天線實(shí)現(xiàn)了手機(jī)天線的小型化。

導(dǎo)體貼片一般是規(guī)則形狀的面積單元，如矩形、圓形或圓環(huán)形薄片等；也可以是窄長(zhǎng)條形的薄片振子(偶極子)。由這兩種單元形成的微帶天線分別稱為微帶貼片天線和條帶振子天線，如圖1-3(a)、（b)所示。微帶天線的另一種形式是利用微帶線的某種形變（如彎曲、直角彎頭等)來(lái)形成輻射，稱之為微帶線型天線，如圖1-3(c)所示，這種天線因?yàn)檠鼐€傳輸行波，又稱為微帶行波天線。微帶天線的第四種形式是利用開在接地板上的縫隙，由介質(zhì)基片另一側(cè)的微帶線或其它饋線(如帶狀線)對(duì)其饋電，稱之為微帶行波天線，如圖1-3(d)所示。由各種微帶輻射單元可構(gòu)成多種多樣的陣列天線，如微帶貼片陣天線，微帶振子陣天線，等等。

三

微帶天線的輻射原理

微帶天線中有一維的尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)，因而天線剖面很低(天線薄)，有利于共形設(shè)計(jì)保證優(yōu)良的空氣動(dòng)力特性。圖1所示的長(zhǎng)為L(zhǎng)，寬為W2的矩形微帶天線元可以看作一般的傳輸線連接兩個(gè)輻射縫組成。低特性阻抗的傳輸線是由微帶饋線擴(kuò)展其寬度W1為W2而成，其長(zhǎng)度L為半個(gè)微帶波長(zhǎng)，即λg/2。在低阻傳輸線兩端形成兩個(gè)縫隙(a-a，b-b)，那里的電場(chǎng)分解為兩個(gè)分量，其中En與接地板垂直；另一個(gè)與接地板并行，記作E1〃，由于L=λg/2，垂直分量反相，平行分量同相，因此在垂直于輻射源的方向上，水平分量有最大輻射分量，而垂直分量相互抵消。試驗(yàn)表明，電場(chǎng)的水平分量在輻射源的兩個(gè)端部，各向外5

延伸一個(gè)介質(zhì)板厚度h的長(zhǎng)度內(nèi)存在。這樣就可近似認(rèn)為微帶天線元的輻射等于兩個(gè)長(zhǎng)度為W2，寬度為h，間距為L(zhǎng)的裂縫組成的二元陣的輻射。裂縫平面與接地面平行，裂縫受水平電場(chǎng)Ey的激勵(lì)。Ey沿裂縫是均勻分布的(即沿x均勻分布)。裂縫的激勵(lì)場(chǎng)Ey可以等效為沿x方向的磁流。磁流密度，其中為裂縫面的法向單位矢量(沿z方向)?？紤]接地板的反射影響，則源的磁流密度，由于裂縫寬度h<<λ，所訣y沿y方向也是常數(shù)，故相應(yīng)的磁流Im可寫為 于是裂縫的輻射就等效為磁流強(qiáng)度Im相同的一系列磁基本陣子沿著x軸排列的連續(xù)陣的輻射。

四

微帶天線的優(yōu)缺點(diǎn)與應(yīng)用

與普通微波天線相比，微帶天線有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)體積小，重量經(jīng)；

(2)平面結(jié)構(gòu)，并可制成與導(dǎo)彈、衛(wèi)星等表面相共形的結(jié)構(gòu)；

(3)饋電網(wǎng)絡(luò)可與天線結(jié)構(gòu)一起集成，適合于用印刷電路技術(shù)進(jìn)行大批量生產(chǎn)；

(4)能與有源器件和電路集成為單一的配件；

(5)便于獲得圓極化，容易實(shí)現(xiàn)雙頻段、雙極化等多功能工作；

(6)沒(méi)有作大的變動(dòng)，天線既能很容易地裝在導(dǎo)彈、火箭和衛(wèi)星。

(7)天線的散射截面較?。?/p>

(8)稍稍改變饋電位置就可以獲得線極化和圓極化(左旋和右旋)。

(9)微帶天線適合于組合式設(shè)計(jì)(固體器件，如振蕩器、放大器、混頻器、功分器、移相器、可變衰減器、調(diào)制器、開關(guān)等可以直接加到天線基片上)； 6

(10)饋線和匹配網(wǎng)絡(luò)可以和天線結(jié)構(gòu)同時(shí)設(shè)計(jì)和加工。

但是與通常的微波天線相比，微帶天線也有一些缺點(diǎn)：

1)頻帶窄；

2)有導(dǎo)體和介質(zhì)損耗，并且會(huì)激勵(lì)表面波，導(dǎo)致輻射效率降低；

3)功率容量較小，適用于中、小功率場(chǎng)合；

4)性能受基片材料影響大；

5)饋線與輻射元之間的隔離差；

盡管如此，有一些方法可以用來(lái)減小某些缺點(diǎn)。例如，采用一些寬頻帶技術(shù)可以有效地展寬頻帶；在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中特別注意并采取一些措施就可抑制或消除表面波。

在許多實(shí)際設(shè)計(jì)中，微帶天線的優(yōu)點(diǎn)遠(yuǎn)超過(guò)它的缺點(diǎn)。甚至在仍被認(rèn)為是微帶天線發(fā)展幼年時(shí)期的80年代時(shí)，微帶天線已有多種成功的應(yīng)用。隨著微帶天線的繼續(xù)研究和發(fā)展以及日益增多的使用需求，可以預(yù)料，對(duì)于大多數(shù)的應(yīng)用，它將最終取代常規(guī)的天線。在一些顯要的系統(tǒng)中已經(jīng)應(yīng)用微帶天線的有：

衛(wèi)星通訊；

多普勒及其它雷達(dá)，無(wú)線電測(cè)高計(jì)，指揮和控制系統(tǒng)

導(dǎo)彈遙測(cè)；

武器信管；

便攜裝置；

環(huán)境檢測(cè)儀表； 7

復(fù)雜天線中的饋電單元；

衛(wèi)星導(dǎo)航接收天線；

生物醫(yī)學(xué)輻射器；

等等。

相信隨著對(duì)微帶天線應(yīng)用可能性認(rèn)識(shí)的提高，以及各種電路系統(tǒng)對(duì)天線的小型化集成化要求的提高，微帶天線的優(yōu)點(diǎn)日益凸顯，其應(yīng)用場(chǎng)合將會(huì)繼續(xù)增多。

五

微帶天線的分析方法

微帶天線的分析方法有很多，但是大體上可以分為解析方法和數(shù)值方法兩大類。第一類方法基于圍繞貼片邊緣的等效磁流分布來(lái)計(jì)算輻射場(chǎng)，包括傳輸線模型、腔體模型、多端網(wǎng)絡(luò)模型等。而第二類方法基于貼片和地板上的電流分布來(lái)計(jì)算輻射場(chǎng)，包括矩量法、有限元法和時(shí)域有限差分法等。1 解析方法

天線問(wèn)題的嚴(yán)格分析是一個(gè)電磁場(chǎng)邊值型問(wèn)題，需要根據(jù)其邊界條件確定麥克斯韋方程的特解。因此微帶天線的嚴(yán)格分析將是非常復(fù)雜的，而通常根據(jù)微帶天線的實(shí)際特征做某些方面的假設(shè)和近似進(jìn)而得出分析模型則不失為一種簡(jiǎn)單有效的處理手段。由麥克斯韋方程的不同解法發(fā)展了多種分析微帶天線的解析方法，這里我們主要介紹以下三種模型，它們由于其簡(jiǎn)單實(shí)用而在規(guī)則貼片天線的分析中獲得了廣泛的應(yīng)用。a.傳輸線模型 8

傳輸線模型很簡(jiǎn)單，并且有助于理解微帶天線的基本特性，因此首先介紹這種模型方法。在這種模型中，微帶貼片天線被視為場(chǎng)沿著橫向沒(méi)有變化而沿著傳輸線的延伸方向呈駐波分布的一個(gè)傳輸線諧振器。天線的輻射主要源自兩個(gè)開路終端的邊緣場(chǎng)，因此微帶天線被等效為兩個(gè)相距貼片長(zhǎng)度的縫隙，其上分布有面磁流。利用矢量位函數(shù)便可由磁流計(jì)算出天線的遠(yuǎn)場(chǎng)輻射和其它的電參數(shù)。

盡管傳輸線模型易于使用，但是很多結(jié)構(gòu)類型不能使用它來(lái)分析，這是因?yàn)樗鼪](méi)有考慮沿著與傳播方向正交的方向上場(chǎng)的變化。b.腔體模型

如果說(shuō)傳輸線模型因?yàn)橛袌?chǎng)沿傳輸線橫向無(wú)變化的限制而只是微帶天線在一維下近似的話，那么腔體模型就可以稱為二維近似。因?yàn)榍惑w模型基于一維電小的基本假設(shè)（即介質(zhì)基片的厚度遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)），將微帶貼片與地板之間的空間等效為上下是電壁而四周是磁壁的諧振空腔。在腔體中，場(chǎng)沿基片厚度方向保持不變，并且它是該等效的二維諧振器中所有諧振模式之和。天線的遠(yuǎn)場(chǎng)輻射及其它電參數(shù)可以通過(guò)空腔四周的等效磁流來(lái)得到。c.多端網(wǎng)絡(luò)模型

多端網(wǎng)絡(luò)模型實(shí)際上是腔體模型的一種拓展，在這種模型中，貼片被等效為一個(gè)具有多個(gè)端口分布在貼片四周的二維平面網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)二維格林函數(shù)可以計(jì)算出該網(wǎng)絡(luò)的多端阻抗矩陣，再添加一個(gè)等效的邊緣導(dǎo)納網(wǎng)絡(luò)，便可以將邊緣場(chǎng)和輻射場(chǎng)聯(lián)系起來(lái)，然后利用分割方法計(jì)算出全局阻抗矩陣，由貼片四周的電壓分布得到等效磁流分布，再由等效磁流計(jì)算出輻射場(chǎng)。利用等高線積分技術(shù)可以使其在不規(guī)則形狀的貼片天線中獲得應(yīng)用。9 數(shù)值方法

雖然以上介紹的解析方法具有簡(jiǎn)潔性和較為明確的物理意義，但是它們不能用來(lái)分析任意形狀的微帶天線，同時(shí)微帶天線工程精確度的提高也對(duì)以上簡(jiǎn)化模型分析方法提出了考驗(yàn)。然而計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展給微帶天線的分析帶來(lái)了新的思路，即依據(jù)微帶天線的電磁場(chǎng)邊值問(wèn)題，將求解麥克斯韋微分方程轉(zhuǎn)化為利用計(jì)算機(jī)來(lái)求解矩陣代數(shù)方程。由此也產(chǎn)生了多種數(shù)值方法，它們各具有一些優(yōu)缺點(diǎn)和適用性，這里我們僅介紹幾種典型的分析方法。

矩量法分析微帶天線的基本思想是利用并矢格林函數(shù)建立關(guān)于微帶貼片和地板上的表面電流的積分方程，然后利用函數(shù)展開法將此積分方程轉(zhuǎn)化為矩陣方程，利用計(jì)算機(jī)便可得出近似解。矩量法因?yàn)榭紤]了貼片周圍的物理邊界的邊緣場(chǎng)而具有較高的精度。b.有限元法

有限元法的原理是先將整個(gè)連續(xù)求解區(qū)域劃分為很多小的離散單元（如在二維結(jié)構(gòu)中選取三角形單元，在三維結(jié)構(gòu)中選取四面體單元等），在子域中將未知函數(shù)（如電磁場(chǎng)量、位函數(shù)或電流等）表示為子域基函數(shù)的插值，根據(jù)變分原理或迦略金方法便可建立一個(gè)關(guān)于未知函數(shù)展開系數(shù)的矩陣方程，利用計(jì)算機(jī)便可方便求解該代數(shù)方程。有限元法因?yàn)殡x散單元選擇的靈活性而具有模擬任意形狀的優(yōu)點(diǎn)，但是其求解精度要受求解區(qū)域剖分精細(xì)程度的影響。c.時(shí)域有限差分法

時(shí)域有限差分法的基本思想是把求解空間進(jìn)行離散化，并將麥克斯韋方程中的電磁場(chǎng)量進(jìn)行時(shí)間和空間的離散化，由此將麥克斯韋微分方程轉(zhuǎn)化為關(guān)于電磁場(chǎng)量的時(shí)域差分方程。選取合適的場(chǎng)初值（或激勵(lì)源）和計(jì)算空間的邊界1 0 條件，便可以得到包括時(shí)間變量的麥克斯韋方程的四維數(shù)值解，通過(guò)離散傅里葉變換還可以得到三維空間的頻域解。時(shí)域有限差分法的優(yōu)點(diǎn)是其離散比較簡(jiǎn)單（空間網(wǎng)格大小一致、時(shí)間步長(zhǎng)恒定），并且通過(guò)離散傅里葉變換可以方便的得到其在寬帶范圍內(nèi)特性。但是其數(shù)值解的穩(wěn)定性要受時(shí)間步長(zhǎng)和空間步長(zhǎng)的限制。

結(jié)語(yǔ)：

微帶天線由于具有體積小、重量輕、剖面薄、易與飛行器共形、易于加工、易與有源器件和電路集成為單一模塊等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而自其誕生以來(lái)就得到社會(huì)各界的廣泛研究與應(yīng)用。但通常的微帶天線主要是一種諧振式天線，相對(duì)帶寬較窄。同時(shí)，隨著通訊技術(shù)的發(fā)展，寬帶的應(yīng)用越來(lái)越受到重視，新的標(biāo)準(zhǔn)相繼提出，通訊產(chǎn)品越來(lái)越小型化，物理空間的限制成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須考慮的重要因素，因此天線的小型化成為天線設(shè)計(jì)的又一研究熱點(diǎn)。如何設(shè)計(jì)出同時(shí)具有小型化、多頻帶以及寬頻帶的微帶天線，是當(dāng)前微帶天線設(shè)計(jì)的難點(diǎn)與重點(diǎn)。

二十一世紀(jì)是個(gè)人通信的時(shí)代，無(wú)線通信在其中占有很大的比例，小型化微帶天線和寬頻帶微帶天線將有非常廣闊的應(yīng)用前景。研制出實(shí)用的小型化、寬頻帶天線是一項(xiàng)非常有意義的課題。本論文所做的工作只是一些初步的探索和嘗試，未來(lái)的工作會(huì)更加艱巨也將更有實(shí)際意義。

第二篇：天線與電波論文

電波傳播與天線考試試題

1.簡(jiǎn)述天線的功能及接收天線的接收物理過(guò)程。（分?jǐn)?shù)：5）

答：（1）天線的任務(wù)：是將發(fā)射機(jī)輸出的高頻電流能量（導(dǎo)波）轉(zhuǎn)換成電磁波輻射出去，或是將空間電磁波信號(hào)轉(zhuǎn)換成高頻電流能量送給接收機(jī)。（2）接收的物理過(guò)程為：接收天線工作的物理過(guò)程是，接收天線導(dǎo)體在空間電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，并在導(dǎo)體表面激起感應(yīng)電流，在天線的 輸入端產(chǎn)生電壓，在接收機(jī)回路中產(chǎn)生電流。所以接收天線是一個(gè)把空間電磁波能量轉(zhuǎn)換成高頻電流能量的轉(zhuǎn)換裝置，其工作過(guò)程就是發(fā)射天線的逆過(guò)程。

2.為什么引向天線的有源振子常用折合振子，引向天線的引向器和反射器怎么區(qū)分？（分?jǐn)?shù)：10）

答：（1）原因：由于振子間的相互影響，引向天線的輸入阻抗往往比半波振子的降低較多，很難于同軸線直接匹配。加之同軸線是非對(duì)稱饋線，給對(duì)稱振子饋電時(shí)需要增加平衡變換器，而平衡變換器又具有阻抗變換作用，進(jìn)一步將天線輸入阻抗變小，這樣就更難實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。實(shí)驗(yàn)證明，有源振子的結(jié)構(gòu)與類型對(duì)引向天線的方向圖影響較小，因此可以主要從阻抗特性上來(lái)選擇合適的有源振子的尺寸與結(jié)構(gòu)，工程上常常采用折合振子，因?yàn)樗妮斎胱杩箍梢宰優(yōu)槠胀ò氩ㄕ褡拥腒倍（k>1）。其中反射器稍長(zhǎng)于有源振子，引向器稍短于有源振子。

（2）引向天線的引向器和反射器的區(qū)分：在該天線中，其反射能量作用的稍長(zhǎng)于有源振子的無(wú)源振子稱為反射器；其引導(dǎo)能量作用的較有源振子稍短的無(wú)源振子叫引向器。即當(dāng)振子“2”的電流相位領(lǐng)先與振子“1”90度時(shí)，即I2 = I1ej90 時(shí)，振子“2”的作用好像把振子“1”朝它方向輻射的能量“反射”回去，故振子“2”稱為反射振子（或反射器）。如果振子“2”的饋電電流可以調(diào)節(jié)，使其相位滯后于振子“1”90度時(shí) 即I2 = I1e?j90，則其結(jié)果與上面相反，此時(shí)振子“2”的作用好像把振子“1”向空間輻射的能量引導(dǎo)過(guò)來(lái)，則振子“2”稱為引向振子（或引向器）。

3.簡(jiǎn)述行波天線和駐波天線的差別和優(yōu)缺點(diǎn)。（分?jǐn)?shù)：5）

答：（1）駐波天線上的電流按駐波分布，或稱諧振天線，其輸入阻抗具有明顯的諧振特性，因此天線的工作頻帶較窄，但增益較高。（2）行波天線上的電流按行波分布，由于行波天線工作于行波狀態(tài)，頻率變化時(shí)，輸入阻抗近似不變，方向圖隨頻率的變化也較緩慢，因此頻帶較寬。但是行波天線的寬頻帶特性是用犧牲增益來(lái)?yè)Q取的。

4.什么是縫隙天線？基本縫隙天線的場(chǎng)輻射特點(diǎn)是什么？（分?jǐn)?shù)：5）

答：（1）縫隙天線：在波導(dǎo)或空腔諧振器上開出一個(gè)或數(shù)個(gè)縫隙以輻射或接收電磁波的電線城為縫隙天線。（2）基本縫隙天線的場(chǎng)輻射特點(diǎn)：最基本的縫隙天線是由開在矩形波導(dǎo)壁上的半波諧振縫隙構(gòu)成的。由電磁場(chǎng)理論，對(duì)TE10波而言，在波導(dǎo)寬壁上有縱向和橫向兩個(gè)電流分量，橫向分量的大小沿寬邊呈余弦分布，中心處為零，縱向電流沿寬邊呈正弦分布，中心處最大；而波導(dǎo)窄壁上只有橫向電流，且沿窄邊均勻分布。如果波導(dǎo)壁上所開的縫隙能切割電流線，則中斷的電流線將以位移電流的形式延續(xù)，縫隙因此得到激勵(lì)，波導(dǎo)內(nèi)傳輸功率通過(guò)縫隙向外輻射，當(dāng)縫隙與電流線平行時(shí)不能在縫隙區(qū)內(nèi)建立激勵(lì)磁場(chǎng)，不能產(chǎn)生激勵(lì)而得到輻射。

5.簡(jiǎn)述電波傳播研究?jī)?nèi)容及對(duì)象和幾種主要的電波傳播的特點(diǎn)。（分?jǐn)?shù)：5）

答：（1）研究?jī)?nèi)容：電波傳播研究是為了開拓利用電磁波頻譜。它研究的是３０Ｈｚ－３０００ＧＨｚ．研究對(duì)象：它是對(duì)無(wú)線電波傳播媒質(zhì)特性的研究，研究媒質(zhì)電特性對(duì)電波傳播的影響。（2）a.地面波傳播：傳播的信號(hào)質(zhì)量好，但是頻率越高，地面對(duì)電波的吸收越嚴(yán)重。b.天波傳播：傳播損耗小，從而能以較小的功率進(jìn)行可達(dá)數(shù)千千米的遠(yuǎn)距離傳播。c.視距傳播：要求天線具有強(qiáng)方向性并且有足夠高的架設(shè)高度，傳播中所受到的主要影響是視距傳播中的直射波和地面反射波之間的干涉。d.散射傳播：距離遠(yuǎn)，抗毀性好，保密性強(qiáng)。

6.當(dāng)發(fā)射天線為輻射垂直極化的鞭狀天線，在地面上和地面下接收時(shí)，各自應(yīng)采用何種天線比較合適，解釋其原因？（分?jǐn)?shù)：5）

答：當(dāng)采用垂直極化的鞭狀天線作為發(fā)射天線時(shí)，根據(jù)波前傾斜現(xiàn)象 的原理，在地面上和地面下均可以接收信號(hào)。在地面上接收時(shí)，由于電場(chǎng)的垂直分量于水平分量，所以宜采用直立天線來(lái)接收； 在地面下接收時(shí)，則電場(chǎng)的水平分量遠(yuǎn)大于垂直分量，所以宜采 用水平埋地天線接收。7.簡(jiǎn)述天波傳播中的反射條件和電離層吸收特點(diǎn)。（分?jǐn)?shù)：5）答：（1）天波傳播中的反射條件：電離層反射點(diǎn)播的能力與電波頻率有關(guān)，在入射角。一定時(shí)，電波頻率越低，越易反射。在電波頻率一定時(shí)，入射角越大，越易反射。（2）電離層吸收特點(diǎn)：電離層的碰撞速率越大或者電子密度越大，電離層對(duì)電波的吸收就越大。電波頻率越低，吸收越大。8.為什么存在地面有效反射區(qū)？在其他條件都相同的情況下，有效反射區(qū)的大小和頻率關(guān)系如何？（分?jǐn)?shù)：5）

答：a.反射波射線有天線的鏡像點(diǎn)發(fā)出，根據(jù)電波傳播的菲涅爾區(qū)概念，反射波的主要空間通道是第一菲涅爾橢球體，而這個(gè)橢球體與地面相交的區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)橢圓，這就是有效反射區(qū)。反射面上只有有效反射區(qū)內(nèi)的電流元對(duì)反射波起主要的貢獻(xiàn)。b.頻率越大，反射區(qū)越小。9.簡(jiǎn)述地面移動(dòng)通信中電波傳播特點(diǎn)及其研究方法？（分?jǐn)?shù)：5）答：（1）地面移動(dòng)通信中電波傳播特點(diǎn)： a.主要傳播方式為視距傳播； b.基站較高，移動(dòng)臺(tái)較低，且收發(fā)天線的空間相對(duì)位置一般是事變的； c.存在快、中等速度、慢衰落現(xiàn)象。

（2）研究方法： a.建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的方法：Okumura方法、Lee方法； b.實(shí)驗(yàn)和理論相結(jié)合的方法：GB/T14617.1-93

天 線 與 電 波 傳 播 結(jié) 課 論 文

院系：電氣信息工程 專業(yè)及班級(jí)：電信12-02 姓名：黃爽

學(xué)號(hào)：541201030216

微 帶 天 線

摘 要

隨著全球通信業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展，作為未來(lái)個(gè)人通信主要手段的無(wú)線移動(dòng)通信技術(shù)己引起了人們的極大關(guān)注，在整個(gè)無(wú)線通訊系統(tǒng)中，天線是將射頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為無(wú)線信號(hào)的關(guān)鍵器件，其性能的優(yōu)良對(duì)無(wú)線通信工程的成敗起到重要作用。快速發(fā)展的移動(dòng)通信系統(tǒng)需要的是小型化、寬頻帶、多功能(多頻段、多極化)、高性能的天線。微帶天線作為天線家祖的重要一員，經(jīng)過(guò)近幾十年的發(fā)展，已經(jīng)取得了可喜的進(jìn)步，在移動(dòng)終端中采用內(nèi)置微帶天線，不但可以減小天線對(duì)于人體的輻射，還可使手機(jī)的外形設(shè)計(jì)多樣化，因此內(nèi)置微帶天線將是未來(lái)手機(jī)天線技術(shù)的發(fā)展方向之一，但其固有的窄帶特性(常規(guī)微帶天線約為2%左右)在很多情況下成了制約其應(yīng)用的一個(gè)瓶頸，因此設(shè)計(jì)出具有寬頻帶小型化的微帶天線不但具有一定的理論價(jià)值而且具有重 要的應(yīng)用價(jià)值，這也成為當(dāng)前國(guó)際天線界研究的熱點(diǎn)之一。

關(guān)鍵詞：微帶天線 寬頻帶 小型化

目 錄

摘 要

第一章 微帶天線在現(xiàn)代通信系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)

第二章

第三章

微帶天線在現(xiàn)代通信系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

微帶天線在現(xiàn)代通信系統(tǒng)的研究方向 第一章 微帶天線在現(xiàn)代通信系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)

早在1953年箔尚(G．A．DcDhamps)教授就提出利用微帶線的輻射來(lái)制成微帶微波天線的概念。但是，在接下來(lái)的近20年里，對(duì)此只有一些零星的研究。直到1972年，由于微波集成技術(shù)的發(fā)展和空間技術(shù)對(duì)低剖面天線的迫切需求，芒森(R．E．Munson)和豪威爾(J．Q．Howell)等研究者制成了第一批實(shí)用的微帶天線。隨之，國(guó)際上展開了對(duì)微帶天線的廣泛研究和應(yīng)用。1979年在美國(guó)新墨西哥州大學(xué)舉行了微帶天線的專題目際會(huì)議，1981年IEEE天線與傳播會(huì)刊在1月號(hào)上刊載了微帶天線專輯。至此，微帶天線已形成為天線領(lǐng)域中的一個(gè)專門分支，兩本微帶天線專輯也相繼問(wèn)世，至今已有近十本書。可見，70年代是微帶天線取得突破性進(jìn)展的時(shí)期；在80年代中，微帶天線無(wú)論在理論與應(yīng)用的深度上和廣度上都獲得了進(jìn)一步的發(fā)展；今天，這一新型天線已趨于成熟，其應(yīng)用正在與日俱增。微帶天線的固有缺點(diǎn)就是阻抗頻帶窄，展寬頻帶是最困難也是最富有挑戰(zhàn)性的技術(shù)之一，隨著移動(dòng)通信系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)(GPS)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展，寬頻帶微帶貼片天線的研究己成為了非常熱門的課題，同時(shí)寬帶微帶貼片天線將逐漸向著小型化，簡(jiǎn)單化同時(shí)具有多功能、多用途的方向發(fā)展。近年來(lái)，人們?cè)谖зN片天線展寬頻帶方面做了大量的研究微帶天線的寬頻帶技術(shù)主要采用以下幾種方法實(shí)現(xiàn)。

A.有空穴結(jié)構(gòu)的寬帶微帶貼片天線。

B.采用多層介質(zhì)基片微帶天線的結(jié)構(gòu)，將饋電網(wǎng)絡(luò)與天線貼片分別置于不同的介質(zhì)基片上，這樣可以獲得寬頻帶的駐波比特性。

C.U形縫隙結(jié)構(gòu)的寬帶微帶貼片天線。

當(dāng)在貼片表面開不同形式的槽或是細(xì)縫時(shí)，切斷了原來(lái)的表面電流途徑，在天線等效電路中相當(dāng)于引入了級(jí)聯(lián)電感。

雖然國(guó)內(nèi)外對(duì)上述微帶天線小型化技術(shù)展開了大量的研究，但是其中還是存在了很多問(wèn)題，其中天線的性能如增益、帶寬與小型化及加工制作之間相互牽制，必須權(quán)衡利弊。隨著無(wú)線通信事業(yè)的飛速發(fā)展，微帶天線的尺寸與其它通信器件相比尺寸越來(lái)越大，顯得越來(lái)越不相適應(yīng)，因此要求進(jìn)一步縮小微帶天線的尺寸，經(jīng)過(guò)許多學(xué)者的研究，發(fā)展了各種各樣的縮小微帶天線的新方法，本節(jié)簡(jiǎn)單介紹如下。

A.加載短路探針

通過(guò)與饋電接近的短路探針在諧振中引入耦合電容實(shí)現(xiàn)小型化

B.采用高介電常數(shù)的材料基片從天線諧振頻率關(guān)系式可以看出諧振頻率與介質(zhì)參數(shù)成反比，因此采用高介電常數(shù)(如陶瓷材料)基片可降低諧振頻率，從而減小天線尺寸。

C.表面開槽。當(dāng)在貼片表面開不同形式的槽或是細(xì)縫時(shí)，切斷了原來(lái)的表面電流途徑，在天線等效電路中相當(dāng)于引入了級(jí)聯(lián)電感。雖然國(guó)內(nèi)外對(duì)上述微帶天線小型化技術(shù)展開了大量的研究，但是其中還是存在了很多問(wèn)題，其中天線的性能如增益、帶寬與小型化及加工制作之間相互牽制，必須權(quán)衡利弊。

微帶天線是在帶有導(dǎo)體接地板的介質(zhì)基片上貼導(dǎo)體薄片而形成的天線。它一般利用微帶線或同軸線等饋線饋電，在導(dǎo)體貼片與接地板之間激勵(lì)起射頻電磁場(chǎng)，并通過(guò)貼片四周與接地板間的縫隙向外輻射。因此，微帶天線也可看作是一種縫隙天線。通常介質(zhì)基片的厚度與波長(zhǎng)相比是很小的，因而它實(shí)現(xiàn)了一維小型化，屬于電小天線的一類。另外，隨著技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)在許多手機(jī)天線都是采用曲折線型的微帶天線實(shí)現(xiàn)了手機(jī)天線的小型化。導(dǎo)體貼片一般是規(guī)則形狀的面積單元，如矩形、圓形或圓環(huán)形薄片等；也可以是窄長(zhǎng)條形的薄片振子(偶極子)。由這兩種單元形成的微帶天線分別稱為微帶貼片天線和條帶振子天線。微帶天線的另一種形式是利用微帶線的某種形變（如彎曲、直角彎頭等)來(lái)形成輻射，稱之為微帶線型天線，種天線因?yàn)檠鼐€傳輸行波，又稱為微帶行波天線。微帶天線的第四種形式是利用開在接地板上的縫隙，由介質(zhì)基片另一側(cè)的微帶線或其它饋線(如帶狀線)對(duì)其饋電，稱之為微帶行波天線，由各種微帶輻射單元可構(gòu)成多種多樣的陣列天線，如微帶貼片陣天線，微帶振子陣天線，等等。

微帶天線的分析方法有很多，但是大體上可以分為解析方法和數(shù)值方法兩大類。第一類方法基于圍繞貼片邊緣的等效磁流分布來(lái)計(jì)算輻射場(chǎng)，包括傳輸線模型（The transmission line model）、腔體模型（The cavity model）、多端網(wǎng)絡(luò)模型（Multiport Network Model）等。而第二類方法基于貼片和地板上的電流分布來(lái)計(jì)算輻射場(chǎng)，包括矩量法（method of moments）、有限元法（finite-element method）和時(shí)域有限差分法（finite-difference in time domain）等。

天線問(wèn)題的嚴(yán)格分析是一個(gè)電磁場(chǎng)邊值型問(wèn)題，需要根據(jù)其邊界條件確定麥克斯韋方程的特解。因此微帶天線的嚴(yán)格分析將是非常復(fù)雜的，而通常根據(jù)微帶天線的實(shí)際特征做某些方面的假設(shè)和近似進(jìn)而得出分析模型則不失為一種簡(jiǎn)單有效的處理手段。由麥克斯韋方程的不同解法發(fā)展了多種分析微帶天線的解析方法，這里我們主要介紹以下三種模型，它們由于其簡(jiǎn)單實(shí)用而在規(guī)則貼片天線的分析中獲得了廣泛的應(yīng)用。

解析方法

a.傳輸線模型

傳輸線模型很簡(jiǎn)單，并且有助于理解微帶天線的基本特性，因此首先介紹這種模型方法。在這種模型中，微帶貼片天線被視為場(chǎng)沿著橫向沒(méi)有變化而沿著傳輸線的延伸方向呈駐波分布的一個(gè)傳輸線諧振器。天線的輻射主要源自兩個(gè)開路終端的邊緣場(chǎng)，因此微帶天線被等效為兩個(gè)相距貼片長(zhǎng)度的縫隙，其上分布有面磁流。利用矢量位函數(shù)便可由磁流計(jì)算出天線的遠(yuǎn)場(chǎng)輻射和其它的電參數(shù)。盡管傳輸線模型易于使用，但是很多結(jié)構(gòu)類型不能使用它來(lái)分析，這是因?yàn)樗鼪](méi)有考慮沿著與傳播方向正交的方向上場(chǎng)的變化。

b.腔體模型

如果說(shuō)傳輸線模型因?yàn)橛袌?chǎng)沿傳輸線橫向無(wú)變化的限制而只是微帶天線在一維下近似的話，那么腔體模型就可以稱為二維近似。因?yàn)榍惑w模型基于一維電小的基本假設(shè)（即介質(zhì)基片的厚度遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)），將微帶貼片與地板之間的空間等效為上下是電壁而四周是磁壁的諧振空腔。在腔體中，場(chǎng)沿基片厚度方向保持不變，并且它是該等效的二維諧振器中所有諧振模式之和。天線的遠(yuǎn)場(chǎng)輻射及其它電參數(shù)可以通過(guò)空腔四周的等效磁流來(lái)得到。

c.多端網(wǎng)絡(luò)模型

多端網(wǎng)絡(luò)模型實(shí)際上是腔體模型的一種拓展，在這種模型中，貼片被等效為一個(gè)具有多個(gè)端口分布在貼片四周的二維平面網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)二維格林函數(shù)可以計(jì)算出該網(wǎng)絡(luò)的多端阻抗矩陣，再添加一個(gè)等效的邊緣導(dǎo)納網(wǎng)絡(luò)，便可以將邊緣場(chǎng)和輻射場(chǎng)聯(lián)系起來(lái)，然后利用分割方法計(jì)算出全局阻抗矩陣，由貼片四周的電壓分布得到等效磁流分布，再由等效磁流計(jì)算出輻射場(chǎng)。利用等高線積分技術(shù)可以使其在不規(guī)則形狀的貼片天線中獲得應(yīng)用。

數(shù)值方法

雖然以上介紹的解析方法具有簡(jiǎn)潔性和較為明確的物理意義，但是它們不能用來(lái)分析任意形狀的微帶天線，同時(shí)微帶天線工程精確度的提高也對(duì)以上簡(jiǎn)化模型分析方法提出了考驗(yàn)。然而計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展給微帶天線的分析帶來(lái)了新的思路，即依據(jù)微帶天線的電磁場(chǎng)邊值問(wèn)題，將求解麥克斯韋微分方程轉(zhuǎn)化為利用計(jì)算機(jī)來(lái)求解矩陣代數(shù)方程。由此也產(chǎn)生了多種數(shù)值方法，它們各具有一些優(yōu)缺點(diǎn)和適用性，這里我們僅介紹幾種典型的分析方法。

a.矩量法

矩量法分析微帶天線的基本思想是利用并矢格林函數(shù)建立關(guān)于微帶貼片和地板上的表面電流的積分方程，然后利用函數(shù)展開法將此積分方程轉(zhuǎn)化為矩陣方程，利用計(jì)算機(jī)便可得出近似解。矩量法因?yàn)榭紤]了貼片周圍的物理邊界的邊緣場(chǎng)而具有較高的精度。

b.有限元法

有限元法的原理是先將整個(gè)連續(xù)求解區(qū)域劃分為很多小的離散單元（如在二維結(jié)構(gòu)中選取三角形單元，在三維結(jié)構(gòu)中選取四面體單元等），在子域中將未知函數(shù)（如電磁場(chǎng)量、位函數(shù)或電流等）表示為子域基函數(shù)的插值，根據(jù)變分原理或迦略金方法便可建立一個(gè)關(guān)于未知函數(shù)展開系數(shù)的矩陣方程，利用計(jì)算機(jī)便可方便求解該代數(shù)方程。有限元法因?yàn)殡x散單元選擇的靈活性而具有模擬任意形狀的優(yōu)點(diǎn)，但是其求解精度要受求解區(qū)域剖分精細(xì)程度的影響。

c.時(shí)域有限差分法

時(shí)域有限差分法的基本思想是把求解空間進(jìn)行離散化，并將麥克斯韋方程中的電磁場(chǎng)量進(jìn)行時(shí)間和空間的離散化，由此將麥克斯韋微分方程轉(zhuǎn)化為關(guān)于電磁場(chǎng)量的時(shí)域差分方程。選取合適的場(chǎng)初值（或激勵(lì)源）和計(jì)算空間的邊界條件，便可以得到包括時(shí)間變量的麥克斯韋方程的四維數(shù)值解，通過(guò)離散傅里葉變換還可以得到三維空間的頻域解。時(shí)域有限差分法的優(yōu)點(diǎn)是其離散比較簡(jiǎn)單（空間網(wǎng)格大小一致、時(shí)間步長(zhǎng)恒定），并且通過(guò)離散傅里葉變換可以方便的得到其在寬帶范圍內(nèi)特性。但是其數(shù)值解的穩(wěn)定性要受時(shí)間步長(zhǎng)和空間步長(zhǎng)的限制。第二章

微帶天線在現(xiàn)代通信系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

與普通微波天線相比，微帶天線有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)體積小，重量經(jīng)；

(2)平面結(jié)構(gòu)，并可制成與導(dǎo)彈、衛(wèi)星等表面相共形的結(jié)構(gòu)；

(3)饋電網(wǎng)絡(luò)可與天線結(jié)構(gòu)一起集成，適合于用印刷電路技術(shù)進(jìn)行大批量生產(chǎn)；(4)能與有源器件和電路集成為單一的配件；

(5)便于獲得圓極化，容易實(shí)現(xiàn)雙頻段、雙極化等多功能工作；(6)沒(méi)有作大的變動(dòng)，天線既能很容易地裝在導(dǎo)彈、火箭和衛(wèi)星。(7)天線的散射截面較小；

(8)稍稍改變饋電位置就可以獲得線極化和圓極化(左旋和右旋)。

(9)微帶天線適合于組合式設(shè)計(jì)(固體器件，如振蕩器、放大器、混頻器、功分器、移相器、可變衰減器、調(diào)制器、開關(guān)等可以直接加到天線基片上)；

(10)饋線和匹配網(wǎng)絡(luò)可以和天線結(jié)構(gòu)同時(shí)設(shè)計(jì)和加工。

但是與通常的微波天線相比，微帶天線也有一些缺點(diǎn)： 1)頻帶窄；

2)有導(dǎo)體和介質(zhì)損耗，并且會(huì)激勵(lì)表面波，導(dǎo)致輻射效率降低； 3)功率容量較小，適用于中、小功率場(chǎng)合； 4)性能受基片材料影響大； 5)饋線與輻射元之間的隔離差；

盡管如此，有一些方法可以用來(lái)減小某些缺點(diǎn)。例如，采用一些寬頻帶技術(shù)可以有效地展寬頻帶；在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中特別注意并采取一些措施就可抑制或消除表面波。

第三章

微帶天線在現(xiàn)代通信系統(tǒng)的研究方向

在許多實(shí)際設(shè)計(jì)中，微帶天線的優(yōu)點(diǎn)遠(yuǎn)超過(guò)它的缺點(diǎn)。甚至在仍被認(rèn)為是微帶天線發(fā)展幼年時(shí)期的80年代時(shí)，微帶天線已有多種成功的應(yīng)用。隨著微帶天線的繼續(xù)研究和發(fā)展以及日益增多的使用需求，可以預(yù)料，對(duì)于大多數(shù)的應(yīng)用，它將最終取代常規(guī)的天線。在一些顯要的系統(tǒng)中已經(jīng)應(yīng)用微帶天線的有：衛(wèi)星通訊；多普勒及其它雷達(dá)；無(wú)線電測(cè)高計(jì)；指揮和控制系統(tǒng)；導(dǎo)彈遙測(cè)；武器信管；便攜裝置；環(huán)境檢測(cè)儀表；復(fù)雜天線中的饋電單元；衛(wèi)星導(dǎo)航接收天線；生物醫(yī)學(xué)輻射器等等。

相信隨著對(duì)微帶天線應(yīng)用可能性認(rèn)識(shí)的提高，以及各種電路系統(tǒng)對(duì)天線的小型化集成化要求的提高，微帶天線的優(yōu)點(diǎn)日益凸顯，其應(yīng)用場(chǎng)合將會(huì)繼續(xù)增多。

參考文獻(xiàn)

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第三篇：電波與天線期末復(fù)習(xí)

1.靜電力常量：k≈9×109Nm2／C2 真空中介電常數(shù)：ε0≈8.9×10-12C2／m2N k=1／4πε0 電場(chǎng)強(qiáng)度（場(chǎng)強(qiáng)）：E=F／q 2.電場(chǎng)線：用曲線來(lái)大致描述電場(chǎng)曲線上每點(diǎn)的切線方向與該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向相同，曲線的疏密度表示場(chǎng)強(qiáng)的大小。3.導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)時(shí)，其內(nèi)部各點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)為零。4.緊靠導(dǎo)體表面的場(chǎng)強(qiáng)方向與導(dǎo)體表面垂直。

5.靜電屏蔽：封閉導(dǎo)體殼（不論接地與否）內(nèi)部電場(chǎng)不受殼外電荷的影響；接地封閉金屬殼外部電場(chǎng)不受殼內(nèi)電荷的影響。

6.靜電屏蔽的應(yīng)用：高壓電力設(shè)備安裝接發(fā)金屬柵網(wǎng)，電子儀器的整體或部分用接電金屬外殼。7.電位移矢量：D=εE 8.矢量的數(shù)量級(jí)、向量積。

9.磁場(chǎng)中的“高斯定理”：在穩(wěn)恒電流的磁場(chǎng)中，通過(guò)任意閉合曲面S的磁通量恒等于零。10.磁感應(yīng)強(qiáng)度：B 11.磁介質(zhì)可按其磁特性分為三類：順磁質(zhì)、抗磁質(zhì)、鐵磁質(zhì)。12.磁介質(zhì)的絕對(duì)磁導(dǎo)率：μ 真空的絕對(duì)磁導(dǎo)率：μ0

磁介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率：μr=μ／μ0 13.感應(yīng)電流的磁通量總是試圖阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。14.當(dāng)線圈不動(dòng)而磁場(chǎng)變化時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量也會(huì)發(fā)生變化，由此而引起的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)叫做感生電動(dòng)勢(shì)。

15.橫電磁波（TEM）：電磁波中的電場(chǎng)矢量E和磁場(chǎng)矢量H互相垂直，并與傳播方向垂直。16.D=εE

B=μH

J=σE 17.定義E與H的比值為空間的本質(zhì)阻抗（波阻抗）。η=E／H=（μ／ε）1/2 18.HFSS是三維電磁仿真軟件。

19.視距傳播：又稱直接波傳播，是指發(fā)射天線和接收天線處于相互能看見的視線距離內(nèi)的傳播方式。20.視距傳播主要用于超短波及微波通信。21.電離層傳播主要用在短波頻段。

22.地面?zhèn)鞑ナ侵鸽姶挪ㄑ刂厍虮砻鎮(zhèn)鞑サ那闆r。電波是緊靠著地面?zhèn)鞑サ?，地面的性質(zhì)、地貌、地物等情況都會(huì)影響電波的傳播。在長(zhǎng)、中波波段和短波的低頻段（103Hz～106Hz）均可用這種傳播方式。短波和微波由于波長(zhǎng)過(guò)短，繞過(guò)障礙物的本領(lǐng)就很差了。

23.趨膚效應(yīng)：在高頻工作下，電磁波在導(dǎo)體內(nèi)受到極大的衰減，電流只能集中在導(dǎo)體的表層流動(dòng)。頻率越高，趨膚效應(yīng)越顯著。24.傳輸線是傳輸電磁能的一種裝置。

25.在電力工程中，即使長(zhǎng)度為1000m的傳輸線，對(duì)于頻率為50Hz（即波長(zhǎng)為6000Km）的交流電來(lái)說(shuō)，仍遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)，應(yīng)視為短波。26.當(dāng)傳輸線的負(fù)載阻抗等于特性阻抗時(shí)，處于行波狀態(tài)；當(dāng)傳輸線終端短路、開路或接電抗負(fù)載時(shí)，處于駐波狀態(tài)。

27.傳輸線的反射系數(shù)（Г（z））：均勻無(wú)耗傳輸線上某處的反射波電壓與入射波電壓之比。0≤|Г（z）|≤1

28.傳輸線的駐波系數(shù)（VSWR）：電壓（或電流）駐波比定義為電壓（或電流）最大值與最小值之比。1≤|VSWR|≤∞ 29.波導(dǎo)中的模式是指電磁場(chǎng)在波導(dǎo)中的分布模型。

30.TEmn中，m表示場(chǎng)強(qiáng)沿寬邊（x方向）變化時(shí)出現(xiàn)的最大值數(shù)目（半波數(shù)）。下標(biāo)n表示場(chǎng)強(qiáng)沿窄邊（y方向）變化時(shí)出現(xiàn)的最大值個(gè)數(shù)（半波數(shù)）。主模（基本模）指TE10波。

31.波導(dǎo)中存在的波的基本條件：其場(chǎng)結(jié)構(gòu)必須滿足波導(dǎo)的邊界條件；傳輸信號(hào)的工作頻率須高于該模式的截止頻率。32.P67 例3-1 33.天線：可以接收或發(fā)射電磁波的裝置。

34.電基本振子的遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)是一個(gè)沿著半徑方向向外傳播的橫電磁波。35.波阻抗：輻射場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度之比是一常數(shù)，它具有阻抗的量綱。

36.輻射場(chǎng)的強(qiáng)度與距離成反比，即隨著距離的增大，輻射場(chǎng)減小。37.E面方向圖是通過(guò)天線最大輻射方向并平行于電場(chǎng)矢量的平面內(nèi)輻射方向圖；H面方向圖是通過(guò)天線最大輻射方向并垂直于E面的平面內(nèi)輻射方向圖。

38.主瓣寬度：是主瓣最大輻射方向兩側(cè)、半功率點(diǎn)之間的夾角，即輻射功率密度降至最大輻射方向上功率密度一半時(shí)的兩個(gè)輻射方向間的夾角，以2θ0.5表示。主瓣寬度越窄，天線的方向性就越強(qiáng)。39.增益：在輸入功率相等的條件下，天線在最大輻射方向上某點(diǎn)的功率密集度和理想的無(wú)方向性天線在同一點(diǎn)處的功率密度（或場(chǎng)強(qiáng)振幅的平方值）之比。

40.天線效率：天線輻射功率PΣ與輸入到天線的總功率P?之比，記為ηA。

41.天線方向系數(shù)和效率越高，增益系數(shù)越高。

42.天線的輸入阻抗等于傳輸線的特性阻抗時(shí)天線效率最高，此時(shí)天線獲得最大功率。

43.線極化：電場(chǎng)矢量只是大小隨時(shí)間變化而取向不變，其端點(diǎn)的軌跡為一直線。

44.圓極化：電場(chǎng)振幅為常量而電場(chǎng)矢量以角速度ω圍繞傳播方向旋轉(zhuǎn)，其端點(diǎn)的軌跡為一圓。

45.天線的頻帶寬度：中心頻率兩側(cè)，天線的特性下降到還能接受的最低限時(shí)兩頻率間的差值。

46.根據(jù)互易定理可以得出：同一個(gè)天線既可以用作發(fā)射，又可以用作接收。對(duì)同一天線不論用作發(fā)射或用作接收，性能都是相同的，即天線的特性參數(shù)不變，如方向特性、阻抗特性、極化特性、通頻帶特性、等效長(zhǎng)度、增益等都相同。

47.天線陣:將若干個(gè)相同的天線按一定規(guī)律排列起來(lái)組成的天線陣列系統(tǒng)。

48.天線陣的作用就是用來(lái)增強(qiáng)天線的方向性，提高天線的增益系數(shù)，或者為了得到所需要的方向特性。

49.方向性乘積定理：由相同天線單元構(gòu)成的天線陣的總方向性函數(shù)（或方向圖）與陣因子（方向圖）的乘積。只有各天線單元方向性函數(shù)相同時(shí)才能應(yīng)用該定理。

50.引向天線的最大輻射方向在垂直于各振子方向上，且由有源振子指向引向器，所以，它是一種端射式天線陣。

51.由于工業(yè)干擾大多是垂直極化波，因此我國(guó)的電視發(fā)射信號(hào)采用水平極化，即天線及其輻射電場(chǎng)平行于地面。

52.若天線的阻抗、方向圖等電特性在一倍頻程（fmax/fmin=2）或幾倍頻程范圍內(nèi)無(wú)明顯變化，就可以稱該天線為寬頻帶天線。53.寬頻帶天線的條件：

a.角度條件：天線的形狀僅取決于角度，而與其他尺寸無(wú)關(guān)。換句話說(shuō)，當(dāng)工作頻率變化時(shí)，天線的形狀、尺寸與波長(zhǎng)之間的相應(yīng)關(guān)系不變。

b.終端效應(yīng)弱：當(dāng)天線為有限長(zhǎng)時(shí)，如果天線上的電流衰減很快，則天線輻射特性主要由載有較大電流的那部分決定，而其余部分作用較小，若將其截去，對(duì)天線的電性能影響也不大，這樣的有限長(zhǎng)天線就具有近似無(wú)限長(zhǎng)天線的電性能。

54.理想縫隙天線的橫向尺寸遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)，縱向尺寸通常為λ/2.55.如果波導(dǎo)壁上所開縫隙能切割波導(dǎo)內(nèi)壁的表面電流線，則波導(dǎo)內(nèi)壁電流的一部分將以位移電流的形式通過(guò)縫隙，因而縫隙被激勵(lì)，并將波導(dǎo)內(nèi)的功率通過(guò)縫隙向空間輻射電磁波，這種縫隙稱為輻射縫隙。當(dāng)縫隙軸向方向與電流線平行時(shí)，不能在縫隙區(qū)建立切向電場(chǎng)，因此縫隙未被激勵(lì)，不能向外輻射功率，這種縫隙稱為非輻射縫隙。56.根據(jù)波導(dǎo)內(nèi)傳輸波的形式又可將縫隙天線分為諧振式縫隙天線陣和非諧振式縫隙天線陣。諧振式縫隙天線陣波導(dǎo)終端通常接短路活塞，波導(dǎo)內(nèi)傳輸波的形式是駐波；非諧振式縫隙天線陣波導(dǎo)終端通常接匹配負(fù)載，波導(dǎo)內(nèi)傳輸波的形式是行波。

57.微帶天線是由一塊厚度遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)的介質(zhì)板（稱為介質(zhì)片）和覆蓋在它的兩面上的金屬片構(gòu)成的，其中完全覆蓋介質(zhì)板的一面稱為接地板，而尺寸可以和波長(zhǎng)相比擬的另一面稱為輻射元。

58微帶天線的饋電方式分為兩種：一種是用微帶傳輸線饋電，稱為側(cè)面饋電；另一種是用同軸線饋電，又稱底饋。

59.面天線：主體是尺寸遠(yuǎn)大于工作波長(zhǎng)的金屬面狀結(jié)構(gòu)。面天線用在無(wú)線電頻譜的最高端，特別是微波波段，其最重要的特點(diǎn)是具有強(qiáng)方向性。

60.面天線有兩部分組成：一個(gè)是初級(jí)輻射器;另一個(gè)是使天線形成所要求的方向特征得輻射口面。

第四篇：天線與電波結(jié)課作業(yè)

1.Ae=(λ/4π)G 將G=20dB=100，λ=1m代入，則可得 Ae=(1/4π)*100=7.96㎡.2.答案：（1）蝙蝠翼天線由水平對(duì)稱振子天線排列組成，朝空間輻射水平極化波，以滿足電視廣播信號(hào)的要求；（2）兩幅蝙蝠翼在空間正交布置，構(gòu)成旋轉(zhuǎn)場(chǎng)天線，以獲得在水平平面的全向特性；（3）各振子沿傳輸線兩側(cè)水平放置，中間饋電處振子較短，而兩側(cè)短路端振子較長(zhǎng)，以獲得寬頻帶阻抗特性，滿足電視信號(hào)發(fā)射的帶寬要求。3.螺旋天線工作原理

阿基米德螺旋天線的半徑隨角度的變化均勻地增加： r=r0+αφ

一式中, r0是起始半徑, a 是螺旋增長(zhǎng)率, φ是角度(弧度)。但是不可能像非頻變天線要求的那樣按式中使其結(jié)構(gòu)縮比到無(wú)限小。因此,對(duì)高端頻率有所限制。但是,若用一根平衡饋線從平面螺旋中心饋電,那么饋電點(diǎn)附近,由大小相等方向相反的電流產(chǎn)生的輻射場(chǎng)在遠(yuǎn)區(qū)互相抵消,在螺旋的周長(zhǎng)接近一個(gè)波長(zhǎng)時(shí)有最大輻射。周長(zhǎng)為λ的圓環(huán)上的行波電流將輻射圓極化波,因此,在周長(zhǎng)為一個(gè)波長(zhǎng)附近的區(qū)域,形成平面螺旋的主要輻射區(qū)。當(dāng)頻率變化時(shí),主要輻射區(qū)隨之變動(dòng),方向圖基本不變。因此,天線具有寬頻帶工作特性。對(duì)應(yīng)最低頻率天線要有1.25λmax ,對(duì)最高頻率,由饋電點(diǎn)間隔尺寸決定,其間隔必須小于λmin/4。為了避免電流在螺旋最外層的邊沿上反射,通常在最外層螺旋線的末端端接吸收電阻或吸收材料。這樣螺旋線上是行波電流,它產(chǎn)生的是圓極化波。如果存在從末端反射回饋電點(diǎn)的電流,它輻射的是反相圓極化波。平衡饋電的巴侖可放在反射腔內(nèi),這樣可避免方向圖傾斜并可以用同軸線饋電。

4.答案：理想縫隙天線和與之互補(bǔ)的電對(duì)稱振子的輻射場(chǎng)之間的異同有：（1）極化不同，它們的E面和H面是互換的;(2)它們有相同的方向性，有共同的方向函數(shù)。

5.電波在傳播時(shí)，能量是通過(guò)以發(fā)射、接收兩點(diǎn)為焦點(diǎn)的一系列橢球區(qū)域來(lái)傳播的，這些區(qū)域稱為菲涅爾區(qū)。其中第一菲涅爾區(qū)對(duì)電波傳播起主要作用，因此將第一菲涅爾區(qū)稱為電波傳播的主要通道。如果第一菲涅爾區(qū)內(nèi)有障礙物，則接收點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度將受到影響。6.大地對(duì)地波能量吸收的大小與下列因素有關(guān)：

(1)地面的導(dǎo)電性能越好，吸收越小，則電波傳播的損耗越小。因?yàn)殡妼?dǎo)率越大，地電阻越小，故電波沿地面?zhèn)鞑サ膿p耗越小。因此，電波在海洋上的傳播損耗最小，濕土和江河湖泊上的損耗次之，干土和巖石上的損耗最大。

（2）電波的頻率越低，損耗越小。因?yàn)榈仉娮枧c電波頻率有關(guān)，所以頻率越高，感應(yīng)電流更趨于表面流動(dòng)，趨膚效應(yīng)使流過(guò)電流的有效面積減小，損耗增大。因此，利用地波傳播的頻率使用范圍一般在1．5～5MHz。

（3）垂直極化波較水平極化波衰減小。這是因?yàn)樗綐O化波的電場(chǎng)與地面平行，導(dǎo)致地面的感生電流增大，故產(chǎn)生較大的衰減。7.①電磁波在傳播過(guò)程中，由于傳播媒介及傳播途徑隨時(shí)間的變化而引起的接收信號(hào)強(qiáng)弱變化的現(xiàn)象叫作衰落。譬如在收話時(shí)，聲音一會(huì)兒強(qiáng)，一會(huì)兒弱，這就是衰落現(xiàn)象。②現(xiàn)慢速變化，稱為慢衰落；曲線的瞬時(shí)值呈快速變化，稱快衰落。慢衰落產(chǎn)生的原因：（1）路徑損耗，這是慢衰落的主要原因。（2）障礙物阻擋電磁波產(chǎn)生的陰影區(qū)，因此慢衰落也被稱為陰影衰落。（3）天氣變化、障礙物和移動(dòng)臺(tái)的相對(duì)速度、電磁波的工作頻率等有關(guān)?？焖ヂ湓颍?）多徑效應(yīng)。

1、時(shí)延擴(kuò)展：多徑效應(yīng)（同一信號(hào)的不同分量到達(dá)的時(shí)間不同）引起的接受信號(hào)脈沖寬度擴(kuò)展的現(xiàn)象稱為時(shí)延擴(kuò)展。時(shí)延擴(kuò)展（多徑信號(hào)最快和最慢的時(shí)間差）小于碼元周期可以避免碼間串?dāng)_，超過(guò)一個(gè)碼元周期（WCDMA中一個(gè)碼片）需要用分集接受，均衡算法來(lái)接受。

2、相關(guān)帶寬：相關(guān)帶寬內(nèi)各頻率分量的衰落時(shí)一致的也叫相關(guān)的，不會(huì)失真。載波寬度大于相關(guān)帶寬就會(huì)引起頻率選擇性衰了使接收信號(hào)失真。（2）多普勒效應(yīng)。f頻移 = V相對(duì)速度/（C光速/f電磁波頻率）*cosa（入射電磁波與移動(dòng)方向夾角）。多普勒效應(yīng)引起時(shí)間選擇性衰落，我的理解是由于相對(duì)速度的變化引起頻移度也隨之變化這是即使沒(méi)有多徑信號(hào)，接受到的同一路信號(hào)的載頻范圍隨時(shí)間不斷變化引起時(shí)間選擇性衰落。交織編碼可以克服時(shí)間選擇性衰落。時(shí)間選擇性衰落用T相關(guān)時(shí)間來(lái)表示=1/相關(guān)頻率。例如某移動(dòng)臺(tái)速度為540公里/小時(shí)那么它的最大頻移為1KH相關(guān)時(shí)間就是1毫秒想要克服這樣速度的快衰落就要有1.5倍于衰落變化頻率的功控即1500Hz快速功控。③克服衰落的方法主要根據(jù)形成衰落的原因而確定。例如,在對(duì)流層視距電波傳播中,為克服由于地面反射引起的干涉型衰落，可通過(guò)選擇粗糙的反射面、用刃型屏蔽體阻擋反射波、加大收發(fā)天線的高差等方法，減少或消除由多徑產(chǎn)生的衰落。此外，分集接收技術(shù)是克服多徑衰落的最有效的方法。有時(shí)，也用提高發(fā)射功率、采用強(qiáng)方向性天線、抗衰落天線、自適應(yīng)接收技術(shù)和留足夠衰落余額等方法克服衰落的影響。

8.① 大氣折射就是光在密度不均勻的大氣中傳播時(shí)路徑發(fā)生曲折的現(xiàn)象。②四種：對(duì)流層折射、平流層折射、電離層折射和磁層折射。9.（1）引入建筑物密度修正因子。（2）擴(kuò)展Hata公式的使用距離。（3）公式Lb（市區(qū)）=69.55+26.16㏒10f-13.82㏒10hb-α（hm）+(44.9-6.55㏒10hb)㏒10dγ-S(α)dB中α(hm)取α（hm）=(1.1㏒10f-0.7)hm-1.56㏒10f+0.8(中小城市)中確定的中、小城市的值。（4）改變山地和丘陵路徑的基本傳輸損耗中值的計(jì)算方法。（5）建議林區(qū)路徑的基本傳輸路徑損耗中值按市區(qū)公式計(jì)算。

第五篇：電波天線考試

電波傳播與天線結(jié)課作業(yè)

系別：xxxx工程學(xué)院 專業(yè)：電子信息工程 班級(jí)：xx級(jí)xx班 學(xué)號(hào)：xxxxxxxxxx 姓名：XXX 1

電波傳播與天線考試試題

1.簡(jiǎn)述天線的功能及接收天線的接收物理過(guò)程。（分?jǐn)?shù)：5）

答：天線的任務(wù)是將發(fā)射機(jī)輸出的高頻電流能量（導(dǎo)波）轉(zhuǎn)換成電磁波輻射出去，或是將空間電磁波信號(hào)轉(zhuǎn)換成高頻電流能量送給接收機(jī)。

接收的物理過(guò)程為：接收天線工作的物理過(guò)程是，接收天線導(dǎo)體在空間電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，并在導(dǎo)體表面激起感應(yīng)電流，在天線的輸入端產(chǎn)生電壓，在接收機(jī)回路中產(chǎn)生電流。所以接收天線是一個(gè)把空間電磁波能量轉(zhuǎn)換成高頻電流能量的轉(zhuǎn)換裝置，其工作過(guò)程就是發(fā)射天線的逆過(guò)程。

2.為什么引向天線的有源振子常用折合振子，引向天線的引向器和反射器怎么區(qū)分？（分?jǐn)?shù)：10）

答：引向天線是一個(gè)緊耦合的寄生振子端射陣，通常由一個(gè)（有時(shí)由兩個(gè)）有源振子及若干個(gè)無(wú)源振子構(gòu)成。有源振子近似為半波振子，主要作用是提供輻射能量；無(wú)源振子的作用是使輻射能量集中到天線的端向，折合振子為半波振子，提供的能量能保證天線的輻射要求。在該天線中，其反射能量作用的稍長(zhǎng)于有源振子的無(wú)源振子稱為反射器；其引導(dǎo)能量作用的較有源振子稍短的無(wú)源振子叫引向器。

3.簡(jiǎn)述行波天線和駐波天線的差別和優(yōu)缺點(diǎn)。（分?jǐn)?shù)：5）

答：用天線上的電流分布作為區(qū)分行波天線和駐波天線的依據(jù)：把天線上的電流按行波分布的天線叫行波天線，按駐波分布的天線叫駐波天線。駐波天線又稱為諧振天線，它的輸入阻抗具有明顯的諧振特性，天線的工作頻帶較寬，相對(duì)帶寬約幾分之幾到百分之幾；行波天線工作于行波狀態(tài)，頻率變化時(shí)輸入阻抗近似不變，方向圖隨頻率的變化也較緩慢，所以帶寬較寬，絕對(duì)帶寬可達(dá)（2~3）:1，是寬頻帶天線。但是，行波天線得寬頻帶特性使用犧牲效益（或增益）來(lái)?yè)Q取的，因?yàn)橛胁糠帜芰勘回?fù)載吸收，所以分行波天線效率低于駐波天線的效率。

4.什么是縫隙天線？基本縫隙天線的場(chǎng)輻射特點(diǎn)是什么？（分?jǐn)?shù)：5）

答：在波導(dǎo)或空腔諧振器開出一個(gè)或數(shù)個(gè)縫隙以輻射或接收電磁波的天線稱為縫隙天線。

特點(diǎn)：有橫向分布電場(chǎng)激勵(lì)；結(jié)構(gòu)牢固；饋電方便。

5.簡(jiǎn)述電波傳播研究?jī)?nèi)容及對(duì)象和幾種主要的電波傳播的特點(diǎn)。（分?jǐn)?shù)：5）答：研究?jī)?nèi)容：無(wú)線電波傳播媒質(zhì)特性的研究；幾種傳播方式的傳播機(jī)制，傳輸特性的研究；對(duì)于新開拓頻段的電波傳播問(wèn)題的研究。

地面波傳播：信號(hào)比較穩(wěn)定，但電波頻率愈高，地面波隨距離的增加衰減愈快。天波傳播：長(zhǎng)，中，短波都可以利用天波進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信。視距傳播：收，發(fā)天線離地面高度遠(yuǎn)大于波長(zhǎng)。

對(duì)流層散射傳播：主要用于超短波和微博遠(yuǎn)距離通信。

6.當(dāng)發(fā)射天線為輻射垂直極化的鞭狀天線，在地面上和地面下接收時(shí)，各自應(yīng)采用何種天線比較合適，解釋其原因？（分?jǐn)?shù)：5）

答：當(dāng)采用垂直極化的鞭狀天線作為發(fā)射天線時(shí)，根據(jù)波前傾斜現(xiàn)象的原理，在地面上和地面下均可以接收信號(hào)。在地面上接收時(shí)，由于電場(chǎng)的垂直分量遠(yuǎn)大于水平分量，所以宜采用直立天線來(lái)接收，接收天線附近的地面宜選擇濕地。如果受條件限制，不能采用直立天線來(lái)接收，也可以采用低架或水平鋪設(shè)的天線來(lái)接收，此時(shí)地面宜選擇干地。

7.簡(jiǎn)述天波傳播中的反射條件和電離層吸收特點(diǎn)。（分?jǐn)?shù)：5）

答：反射條件：sinηmax

0

=√ε=√（1-80.8N/f2

n

n

max

n

max）

f=√80.8N/cos2η

式中N是反射點(diǎn)的電子密度。

吸收特點(diǎn):電離層的碰撞頻率越大或者電子密度越大，電離層對(duì)電波的吸收就越

大；電波頻率越低，吸收越大。

8.為什么存在地面有效反射區(qū)？在其他條件都相同的情況下，有效反射區(qū)的大小和頻率關(guān)系如何？（分?jǐn)?shù)：5）

答：由于地面的性質(zhì)、地貌、地面建筑等都會(huì)影響電波轉(zhuǎn)播，所以傳到地面的電磁波不會(huì)完全被利用，即存在地面有效反射區(qū)。

頻率越高，有效反射區(qū)越大。

9.簡(jiǎn)述地面移動(dòng)通信中電波傳播特點(diǎn)及其研究方法？（分?jǐn)?shù)：5）

答：對(duì)地面移動(dòng)通訊所采用的VHF和UHF頻段而言，地面波衰減得很快，可以忽略不計(jì)，其主要的傳播方式仍為視距傳播，即直接波與地面波的合成。在地面移動(dòng)通訊中，接收信號(hào)不僅有時(shí)間上的衰落，而且還有地點(diǎn)上的衰落，是一種時(shí)間和地點(diǎn)上的隨機(jī)信號(hào)，對(duì)于所覆蓋的大面積地區(qū)，一般很難獲得準(zhǔn)確的地形數(shù)據(jù)，不可能對(duì)各個(gè)移動(dòng)臺(tái)所在的位置進(jìn)行準(zhǔn)確的場(chǎng)強(qiáng)估算。

10.研究方法：基于實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的預(yù)測(cè)方法，Okumura方法，Lee方法；此外還有實(shí)驗(yàn)和理論相結(jié)合的方法，如我國(guó)的GB/T 14617.1-93方法等。論述微帶天線在現(xiàn)代通信系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)及其發(fā)展趨勢(shì)，研究方向。（要求論文字?jǐn)?shù)不少于3000字，有標(biāo)題，摘要，參考文獻(xiàn)，參考文獻(xiàn)不少于10篇，且為近3年內(nèi)發(fā)表的文章）

（分?jǐn)?shù)：50）

微帶天線的發(fā)展及未來(lái)

摘要

現(xiàn)代電子技術(shù)向通訊、廣播、可視電話、衛(wèi)星導(dǎo)航、雷達(dá)等都離不開電磁學(xué)的發(fā)展。一直以來(lái)電磁學(xué)這門課程一直都是通訊技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。微帶天線在其中更是一個(gè)不可或缺的部分。天線的任務(wù)是將發(fā)射機(jī)輸出的高頻電流能量（導(dǎo)波）轉(zhuǎn)換成電磁波輻射出去，或是將空間電磁波信號(hào)轉(zhuǎn)換成高頻電流能量送給接收機(jī)。輻射和接受電磁能量的裝置稱為天線。在現(xiàn)代的社會(huì)，天線是人人不能缺少的東西。在這里介紹的微帶天線則就是其中的精髓。它主要應(yīng)用于高科技領(lǐng)域，微帶天線是近30年來(lái)逐漸發(fā)展起來(lái)的一類新型天線。早在1953年就提出了微帶天線的概念，但并未引起工程界的重視。在50年代和60年代只有一些零星的研究，真正的發(fā)展和使用是在70年代。常用的一類微帶天線是在一個(gè)薄介質(zhì)基(如聚四氟乙烯玻璃纖維壓層)上，一面附上金屬薄層作為接地板，另一面用光刻腐蝕等方法作出一定形狀的金屬貼片，利用微帶線和軸線探針對(duì)貼片饋電，這就構(gòu)成了微帶天線。當(dāng)貼片是一面積單元時(shí)，稱它為微帶天線；若貼片是一細(xì)長(zhǎng)帶條則稱其為微帶陣子天線。

關(guān)鍵字 ：微帶天線，電磁場(chǎng)與電磁波，通信，天線

1.微帶天線的發(fā)展情況

微帶輻射器的概念首先是德尚（G.A.Deschamps)在1953年提出來(lái)的。最早的實(shí)際的微帶天線是Howellt和Munson在1972年研制成的（當(dāng)較好的理論模型及對(duì)敷銅或敷金的介質(zhì)基片的光刻技術(shù)發(fā)展之后）。

隨著無(wú)線電技術(shù)的發(fā)展，微帶天線在各個(gè)領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用：無(wú)線通訊技術(shù)，包括手機(jī)、藍(lán)牙（BlueTooth）、無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）等終端；小型化衛(wèi)星通訊；多普勒及其它制式雷達(dá)；無(wú)線電測(cè)高儀；指揮和控制系統(tǒng)；導(dǎo)彈遙測(cè)；無(wú)線電引信；環(huán)境檢測(cè)儀表和遙感；復(fù)雜天線中的饋電單元；GPS衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)；生物醫(yī)學(xué)輻射器等）。當(dāng)今對(duì)于微帶天線技術(shù)的研究熱點(diǎn)高增益、低副瓣設(shè)計(jì)小型化、寬帶設(shè)計(jì)多極化、多頻段設(shè)計(jì)超寬帶天線設(shè)計(jì)光子帶隙PBG技術(shù)應(yīng)用于微帶天線設(shè)計(jì)。

2.微帶天線的定義

微帶天線，英文名稱microstrip antenna，是在有金屬接地板的介質(zhì)基片上沉積或貼附所需形狀金屬條、片構(gòu)成的微波天線。主要應(yīng)用于航空科技（一級(jí)學(xué)科）；航空電子與機(jī)載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（二級(jí)學(xué)科）。

微帶天線是在帶有導(dǎo)體接地板的介質(zhì)基片上貼加導(dǎo)體薄片而形成的天線(光刻、腐蝕等方法做出一定形狀的金屬貼片)。它采用微帶線或同軸線等饋電，在導(dǎo)體貼片與接地板之間激勵(lì)起射頻電磁場(chǎng)，并通過(guò)貼片四周與接地板間的縫隙向外輻射。因此，微帶天線可以看成是一種縫隙天線。由于介質(zhì)基片的厚度往往遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)，故它實(shí)現(xiàn)了一維小型化，屬于電小天線。

3.微帶天線的分類

微帶天線可以分為三種基本類型：微帶貼片天線、微帶行波天線和微帶縫隙天線。微帶貼片天線（MPA—Microstrip Patch Antenna）是由在介質(zhì)基片一面的任何平面或非平面幾何形狀的導(dǎo)電貼片和另一面的地平面構(gòu)成。常見實(shí)際使用的基本結(jié)構(gòu)如圖(a)，其中矩形和圓形貼片天線應(yīng)用最廣。典型的貼片天線的增益為5-7dB，3dB波束寬度在70゜-90゜范圍內(nèi)。

微帶行波天線（MTA—Microstrip Traveling-Wave Antenna）是由鏈形周期性導(dǎo)體或足夠?qū)挾纫灾С諸E模式的一個(gè)長(zhǎng)微帶線構(gòu)成。它沿線傳輸行波，天線的另一端是一個(gè)匹配電阻性負(fù)載，用來(lái)避免天線上的駐波?？梢詫⑿胁ㄎ炀€設(shè)計(jì)成使得主波束位于從側(cè)面到端射的任何一個(gè)方向。

微帶縫隙天線（MSA—Microstrip Slot Antenna）是利用開在接地板上的縫隙，由介質(zhì)基片另一側(cè)的微帶線或其它饋線（如槽線）對(duì)其饋電的天線。裂縫實(shí)際上可以是任何形狀，但通常只對(duì)一些基本的微帶裂縫的形狀進(jìn)行研究，如矩形裂縫，環(huán)形裂縫，矩形環(huán)裂縫和錐形裂縫。裂縫天線在它們裂縫的兩側(cè)輻射，因此可稱之為雙向輻射器。利用裂縫的一個(gè)側(cè)面上的反射器板，就可以獲得單向輻射器。

4.微帶天線的工作原理

貼片尺寸為a×b，介質(zhì)基片厚度為h。微帶貼片可看作為寬a長(zhǎng)b的一段微帶傳輸線，其終端（a邊）處因?yàn)槌尸F(xiàn)開路，將形成電壓波腹。一般取b，為微帶線上波長(zhǎng)。于是另一端（a邊）處也呈電壓波腹。電場(chǎng)可近似表達(dá)為（設(shè)沿貼片寬度和基片厚度方向電場(chǎng)無(wú)變化）：。

天線的輻射由貼片四周與接地板間的窄縫形成。由等效原理知，窄縫上的電場(chǎng)的輻射可由面磁流的輻射來(lái)等效。等效的面磁流密度為。沿兩條a邊的磁流是同向的，故其輻射場(chǎng)在貼片法線方向（z軸）同相相加，呈最大值，且隨偏離此方向的角度的增大而減小，形成邊射方向圖。

沿每條b邊的磁流都由反對(duì)稱的兩部分構(gòu)成，它們?cè)贖面（yz平面）上各處的輻射相互抵消；而兩條b邊的磁流又彼此呈反對(duì)稱分布，因而在E面（xz平面）上各處，它們的場(chǎng)也都相消，在其它平面上這些磁流的輻射不會(huì)完全相消，但與沿兩條a邊的輻射相比，都相當(dāng)弱。

矩形微帶天線的輻射主要由沿兩條a邊的縫隙產(chǎn)生，該二邊稱為輻射邊。由于接地板的存在，天線主要向上半空間輻射。對(duì)上半空間而言，接地板的效應(yīng)近似等效于引入磁流 的正鏡像。由于，因此它只相當(dāng)于將 加倍，輻射圖形基本不變。

微帶縫隙天線

最早出現(xiàn)的也最簡(jiǎn)單的是傳輸線模型(TLM-Transmission Line Model)理論，主要用于矩形貼片。更嚴(yán)格更有用的是空腔模型(CM-Cavity Model)理論，可用于各種規(guī)則貼片，但基本上限于天線厚度遠(yuǎn)小與波長(zhǎng)的情況。最嚴(yán)格而計(jì)算最復(fù)雜的是積分方程法(IEM-Integral Equation Method)即全波(FW-Full Wave)理論。從原理上說(shuō)，積分方程法可用于各種結(jié)構(gòu)、任意厚度的微帶天線，然而要受計(jì)算模型的精度和機(jī)時(shí)的限制。從數(shù)學(xué)處理上看，第一種理論把微帶天線的分析簡(jiǎn)化為一維的傳輸線問(wèn)題；第二種理論則發(fā)展到基于二維邊值問(wèn)題的求解；第三種理論又進(jìn)了一步，可計(jì)入第三維的變化，不過(guò)計(jì)算也費(fèi)時(shí)得多。這三種理論仍不斷地在某些方面有所發(fā)展，同時(shí)也出現(xiàn)了一些別的分析方法?；趯?duì)積分方程法的簡(jiǎn)化，產(chǎn)生了格林函數(shù)法(GFA-Green’s Function Approach)；而由空腔模型的擴(kuò)展，出現(xiàn)了多端網(wǎng)絡(luò)法(MNA-Multiport Network Approach)等。5.微帶天線的優(yōu)缺點(diǎn)

和常用的微波天線相比，微帶天線有如下一些優(yōu)點(diǎn)：

⑴ 體積小，重量輕，低剖面，能與載體（如火箭、衛(wèi)星飛行器等）共形，并且除了在饋電點(diǎn)處要開出引線孔外，不破壞載體的機(jī)械結(jié)構(gòu)，這對(duì)于高速飛行器特別有利。

⑵ 性能多樣化。不同設(shè)計(jì)的微帶元，其最大輻射方向可以在邊射到端射范圍內(nèi)調(diào)整；易于得到各種極化方式；特殊設(shè)計(jì)的微帶元還可以在雙頻或多頻方式下工作。

⑶ 可加性強(qiáng)。能和有源器件、電路集成為統(tǒng)一的組件，因此適合大規(guī)模生產(chǎn)，簡(jiǎn)化了整機(jī)的制作和調(diào)試，大大降低了成本。

和其他天線相比，微帶天線也有如下一些缺點(diǎn)：

⑴ 相對(duì)帶寬較窄，特別是諧振式微帶天線。

⑵ 損耗較大，因此效率較低，這類似于微帶電路。特別是行波微帶天線，在匹配負(fù)載上有較大的損耗。

⑶ 單個(gè)微帶天線的功率容量較小。

⑷ 介質(zhì)基片對(duì)性能影響大。由于工藝條件的限制，批量生產(chǎn)的介質(zhì)基片的均勻性和一致性還有欠缺，這影響了微帶天線的批量生產(chǎn)和大型天線陣的構(gòu)建。

6.微帶天線的應(yīng)用

微帶天線具有小型化、易集成、方向性好、可加性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此其應(yīng)用前景廣闊，尤其可在無(wú)線電引信上積極的推廣與應(yīng)用。現(xiàn)以國(guó)外某型炮彈引信為例，簡(jiǎn)要說(shuō)明微帶天線在引信上的分析與設(shè)計(jì)。該引信是—調(diào)頻體制引信，天線部分由頭部的塑料封帽、微帶貼片和金屬底板組成，安裝在彈體頭部。該天線在電流不連續(xù)點(diǎn)形成等效磁流源，靠改變各磁流的位置，可改變天線的方向性。在一些顯要的系統(tǒng)中已經(jīng)應(yīng)用微帶天線的有：移動(dòng)通信、衛(wèi)星通訊、多普勒雷達(dá)及其它雷達(dá)；無(wú)線電測(cè)高計(jì)；指揮和控制系統(tǒng)；導(dǎo)彈遙測(cè)；武器信管；便攜裝置；環(huán)境檢測(cè)儀表和遙感；復(fù)雜天線中的饋電單元；衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)；生物醫(yī)學(xué)輻射器。這些絕沒(méi)有列全，隨著對(duì)微帶天線應(yīng)用可能性認(rèn)識(shí)的提高，微帶天線的應(yīng)用場(chǎng)合將繼續(xù)增多。

參考文獻(xiàn)

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