第一篇：微波技術與天線小結

填空：

1、無耗傳輸線工作狀態（1）行波狀態（2）純駐波狀態（3）行駐波狀態

2、傳輸線的損耗分（回波損耗）（插入損耗）

3、阻抗匹配：負載阻抗匹配、源阻抗匹配、共軛阻抗匹配

4、波導的一般理論包括三個部分：廣義傳輸線理論、分離變量法、簡正模理論。

5、帶狀線的衰減主要由（導體損耗）和（介質損耗）引起。

6、微帶線的高次模有兩種模式：波導模式和表面波模式

7、無色散最高頻率為4GHz

8、矩陣的性質：互易網絡、對稱網絡

9、矩陣：阻抗矩陣、導納矩陣、轉移矩陣、散射矩陣

10、如果按輻射元的類型則天線大致可以分為兩大類：線天線和面天線

11、按極化方式分天線分：線極化天線、圓極化天線、橢圓極化天線

12、電波傳播方式：視距傳播、天波傳播、地面波傳播、不均勻媒質傳播

13、衰落現象大致可分為：吸收型衰落和干涉型衰落

14、傳輸失真原因有：媒質的色散效應和隨機多徑傳輸效應

名詞解釋：

特性阻抗——傳輸線上行波的電壓與電流的比值 傳播常數：由衰減常數和相位常數構成

相速--—傳輸線上行波等相位面沿傳輸方向的傳播速度

帶狀線：帶狀線仍可理解為與同軸線一樣的對稱雙導體傳輸線，傳輸的主模是TEM模。

色散：是指電磁波的相速隨頻率而變的現象 天線：用來輻射和接收無線電波的裝置稱為天線 方向圖：指在離天線一定距離處，輻射場的相對場強即歸一化場強的大小隨方向變化的曲線圖。

天線效率：天線輻射功率 與輸入功率Pin之比；要提高天線效率，應盡可能提高輻射電阻，降低損耗電阻

線天線：橫向尺寸遠遠小于縱向尺寸并小于波長的細長結構的天線稱為線天線。陣列天線：由若干輻射單元按某種方式排列所構成的系統稱為天線陣 智能天線：由天線陣和智能算法構成，是數字信號處理技術與天線有機結合的產物

面天線：電流分布在天線體的金屬表面，且口徑尺寸遠大于工作波長的天線稱為面天線。

衰落：一般是指信號電平隨時間的隨機起伏

簡答：

1、什么是微波？微波有什么特點？

微波是電磁波譜中介于超短波和紅外光波之間的波段，屬于無線電波中波長最短（頻率最高）的波段，頻率范圍300MHz—3000GHz(對應空氣中波長λ是1m —0.1mm)特點：似光性、穿透性、寬頻帶特性、熱效應特性、散射特性、抗低頻干擾特性、視距傳播性、分布參數不確定性、電磁兼容和電磁環境污染。

2、微波傳輸線的分類？ 第一類是雙導體輸傳線，它由二根或二根以上平行導體構成；第二類是均勻填充介質的金屬波導管；第三類是介質傳輸線

3、試說明為什么規則金屬波導內不能傳播TEM波？

空心金屬波導內不能存在TEM。這是因為如果內部存在TEM波，則要求磁場應完全在波導的橫截面內，而且是閉合曲線。有麥克斯韋第一方程知，閉合曲線上磁場的積分應等于與曲線相交鏈的電流。由于空心金屬波導中不存在軸向即傳播方向的傳導電流，故必要求有傳播方向的位移電流。由位移電流的定義式：Jd=D/t，這就要求在傳播方向有電場存在，顯然這個結論與TEM波的定義矛盾，所以金屬波導內部能傳播TEM波。

4、微波集成傳輸線概念特點？

它是由微波技術與半導體器件及集成電路結合而成的，從而產生了集成化的平面結構的微波傳輸線，集成化的微波傳輸線稱為微波集成傳輸線。（1）體積小、重量輕、性能好、一致性好、成本低（2）具有平面結構，通過調整單一平面尺寸來控制其傳輸特性。

5、天線的基本功能

（1）天線應能將導波能量盡可能多的轉變為電磁波能量。這首先要求天線是一個良好的“電磁開放系統”，其次要求天線與發射機匹配或與接收機匹配。（2）天線應使電磁波盡可能集中于所需的方向上，或對所需方向的來波有最大的接受，即天線具有方向性。

（3）天線應能發射或接收規定極化的電磁波，即天線有適當的極化。（4）天線應有足夠的工作頻帶。

6、天線的電參數有哪些？

方向圖（主瓣寬度、旁瓣電平、前后比、方向系數）、天線效率、極化特性、頻帶寬度、輸入阻抗

7、從接受角度講，對天線的方向性有哪些要求？

（1）主瓣寬度盡可能窄，以抑制干擾。（2）旁瓣電平盡可能低。

（3）天線方向圖中最好能有一個或多個可控制的零點，以便將零點對準干擾方向，而且當干擾方向變化是，零點方向也隨之改變，稱為零點自動形成技術

8、智能天線技術的主要優點有？

（1）具有較高的接收靈敏度；（2）使空分多址系統(SDMA)成為可能；（3）消除在上下鏈路中的干擾；（4）抑制多徑衰落效應。

計算：

第二篇：微波與天線總結

對稱陣子天線：

構成：有兩根粗線和長度都相同的導線構成，中間為倆個饋電端

原理: 若電線上的電流分布已知，則由電基本陣子的輻射場沿整個導線的積分，便得到對稱振子的輻射場。實際上，西振子天線可看成是開路傳輸線逐漸張開而成，而其電流分布與無耗開路傳輸線的完全一致，即按正弦駐波分布。用途: 對稱振子分為半波對稱振子和全波對稱振子，半波對稱振子廣泛的應用于短波和超短波波段，它既可以作為獨立天線使用，也可以作為天線陣的陣元，在微波波段還可以作為拋物面天線的饋源。

特點: 方向性比基本振子的方向性稍強一些，平均特性阻抗Z越低R和X隨頻率的變化越緩慢，其頻率特性越好。所以，欲展開對稱振子的工作頻帶，常利用加粗振子直徑的方法。當h=λ/4n時，其輸入阻抗是一個不大的純電阻具有很好的頻率特性，也有利于同饋線匹配，而在并聯諧振點附近是一個高阻抗且輸入阻抗隨頻率變化劇烈，特性阻抗不好。

陣列天線：

構成: 將若干輻射單元按某種方式排列所構成的系統。構成天線陣地輻射單元，成為天線原或陣元

原理：天線的輻射場是各天線元所產生的矢量疊加，只要各天線元上的電流，振幅和相位分布滿足適當的關系，就可以得到所需要的輻射特性 特點：天線陣的主瓣寬度和旁瓣電平是即相互依賴又相互對立的一對矛盾，天線陣方向圖的主瓣寬度小，則旁瓣電平就高，反之，主瓣寬度大則旁瓣電平就低。均勻直線陣的主瓣很窄，但旁瓣數目多，電平高，二項式直線振的主瓣很寬旁瓣就消失了，旁瓣分散了天線的輻射能量，增加量接受的信噪比，但旁瓣又起到了壓縮主瓣寬度的作用。

直立陣子天線：

構成: 垂直于地面或導電平面架設的天線稱為直立陣子天性

原理: 單級天線可等效為一對對稱振子，對稱陣子可等效為一二元陣，但此時等效只是在地面或導體的上半空間成立。理想導電平面上的單級天線的輻射場可直接應用到自由空間對稱振子的公式進行計算。

用途: 廣泛應用于長，中，短波及超短波段。

特點: 當h《λ時輻射電阻很低。單級天線效率也很低改善方法是提高輻射電阻降低損耗電阻。

水平振子天線：

構成: 水平振子天線又稱雙級天線，陣子的兩臂由單根或多股銅線構成，為了避免在拉線上產生較大感應電流，拉線的長度應較小，臂和支架采用高頻絕緣子隔開，天線與周圍物體要保持適當距離，饋線采用600Ω的平行雙導線。

原理: 與直立天線的情況類似，無限大導電地面的影響可用水平陣子天線的鏡像來代替，架設在理想導電地面上的水平振子天線的輻射場可以用該天線及其鏡像所構成的二元陣來分析，但應注意該二元陣的天線元是同幅反相的。用途: 經常用于短波通信電視或其他無線電系統。

特點: 架設和饋電方便，地面電導率的變化對水平振子天線的影響較直立天線小，工業干擾大多是垂直極化波，因此，用水平振子天線可以減少干擾對接收的影響。

引向天線: 構成：又稱為八木天線，它由一個有源振子及若干個無源振子組成，在無源振子中較長的一個為反射器，其余為引向器

用途：廣泛用于米波，分米波的通信、雷達、電視及其它天線電流 原理：引向天線實際上也是一個天線陣，與前述天線相比不同的是它是對其中一個振子饋電，其余振子則是靠與饋電振子之間的近場耦合所產生的感應電流來激勵的，而感應電流大小取決于振子的長度及其間距

特點：使天線的方向性增強，但由于各振子之間的相互影響又使天線的工作頻帶變窄，輸入阻抗降低，不利于與饋線的匹配。

電視發射天線

特點：頻率范圍寬，覆蓋面積大，有零輻射方向，天線及其電場平行于地面，為了擴大服務范圍，發射天線必須家架在高大建筑的頂端或專用的電視塔上，這就要求天線必須承受一定的風荷，防雷等。還要求天線在水平面內無方向性。

移動通信基站天線

特點：有足夠的機械強度和穩定性，垂直極化，根據組網方式的不同，如果是頂點激勵，采用扇形天線，如果是中心激勵采用全向天線，為了節省發射機功率，天線增益應盡可能的高，為了提高天線效率及帶寬，天線與饋線應良好匹配

結構：VHF和UHF移動通信基站天線一般是有饋源和角形反射器倆部分組成的，為了獲得較高的增益，饋源一般采用并饋共軸陣列和串饋共軸陣列兩種形式，為了承受一定的風荷，反射器可以采用條形結構 用途：米波，分米波

特點：體積小，增益高，垂直極化，水平面內無方向性 螺旋天線;結構：講導線繞制成螺旋形線圖而構成的天線稱為螺旋天線，通常它帶有金屬接地板，有同軸線饋電，同軸線的內導體與螺旋線相接，外導體與接地板相連

原理;由于法向模螺旋天線的電尺寸較小，其輻射場可以等效為電基本振子與磁基本振子，輻射場的疊加且它的電流，振幅相等，相位相同。

用途：法向模螺旋天線的輻射效率和增益都較低，主要用于超短波手持式通信機

行波天線：

用途：廣泛應用于短波和超短波波段。

特點：具有較好的單向的輻射特性，較高的增益及較寬的帶寬，但效率不高。原理：行波天線是由導線末端接匹配負載來消除反射波而構成的。構成：由導線和匹配構成。

寬頻帶天線：

特點：阻抗方向圖等電特性在一倍頻程或幾倍頻程內無明顯變化。

原理;當工作頻率變化時天線的尺寸隨之改變即保持電尺寸不變則能在很寬頻帶范圍內保持輻射特性。

結構：形狀僅取決于角度與其他尺寸無關，具有終效應弱現象。用途:等角螺旋天線、對數周期天線在超短波和短波波段廣泛應用

縫隙天線：

結構：在同軸線波導管或空腔諧振器的導體壁上開一條或數條窄縫是電磁波通過縫隙向外空間輻射而形成一種天線。

原理：對偶原理，理想縫隙天線的方向函數與同長度的對稱振子的方向函數E面和H面相互交換。波導的內壁上有電流分布，管壁上的縫隙天線切割電流線，縫隙受到激勵而向外產生輻射，形成波導縫隙天線。為加強縫隙天線的方向性，可以在波導上按一定規律開一系列尺寸相同的縫隙，構成波導縫隙陣。

特點：縫隙天線具有輪廓低、重量輕、加工簡單、易于與物體共形、批量生產、電性能多樣化、寬帶和與有源器件和電路集成為統一的組件等諸多特點，適合大規模生產，能簡化整機的制作與調試，從而大大降低成本。厚度很小，結構牢固，饋電方便，但容量不高，頻帶較窄。

用途：縫隙天線自上世紀中葉以來有了很大的發展，廣泛用于地面、艦載、機載、導航等各個領域。由于縫隙陣列天線對天線口徑面內的幅度分布容易控制，口徑面利用率高，體積小，易于實現低或極低副瓣等特點，因而使其獲得廣泛使用。

微帶天線：

結構: 由一塊厚度遠小于波長的戒指（稱為介質基片）和覆蓋在它上面的金屬片構成的，其中完全覆蓋介質板一片成為接地板，而尺寸可以和波長相比擬的另一篇稱為輻射元，輻射元的形狀可以是方形，矩形，圓形和橢圓形。

原理: 由于基片厚度h《λ場沿h方向均勻分布，在最簡單的情況下，場沿寬度ω方向也沒有變化而僅在長度方向上有變化，在兩開路端的電場均可以分解為相對于接地板的垂直分量和水平分量，兩垂直分量的方向相反水平分量方向相同，因而在垂直于地板的方向，兩水平分量電場所產生的遠區場同相疊加，兩垂直分量電場所產生的場反相相消，因此兩開路端的水平分量可以等效為無限大平面上同相激勵的兩個縫隙即微帶天線可以等效為由兩個縫隙所構成的二元陣列。

特點: 體積小，重量輕，低剖面。波瓣較寬，方向系數較低，頻帶窄，損耗大交叉極化大，單個微帶天線的功率容量小等

用途 廣泛用于100MHz~50GHz的頻率范圍。

智能天線：

結構: 由天線陣和算法構成。是數字信號處理技術與天線有機結合的產物。原理: 它將每個用戶信號分為D路（D為天線單元數），并分別以W11 W12…….Wmd加權，得到M*D路信號（M為用戶數），然后將相應的M路信號以不同的加權系數組合而成，因此信號的波形是不同的，從而構成了M個信道方向圖。

特點: 具有較高的接受靈敏度，使空分多址系統成為可能，消除在上下鏈路中的干擾，抑制多徑衰落效應。

用途: 提高移動通信的性能。

旋轉拋物面天線

結構 :由兩部分組成，其一是拋物線繞其焦軸旋轉而成的拋物反射面，反射面一般采用導電性能良好的金屬或其他材料上敷以金屬層制成，其二是置于拋物面焦點處的饋源。原理:幾何光學反射定理,能量守恒定理.特點 :1張角ψ一定時,饋源方向函數Df(ψ)變化越快,方向圖越窄,則口徑場分布越不均勻,口徑利用因數越低.2 饋源方向函數Df(ψ)一定時, 張角ψ越大, 則口徑場分布越不均勻,口徑利用因數越低..3張角ψ一定時,饋源方向函數Df(ψ)變化越快, 方向圖越窄,則口徑截獲因數越高.饋源方向函數Df(ψ)一定時, 張角ψ越大, 則口徑截獲因數越高.4由于拋物面幾乎不存在熱損耗,即η≈1，所以G≈D.5拋物面天線的方向性很大程度上依賴于饋源.用途 :在通信,雷達和射電天文等系統中廣泛應用.卡塞格倫天線

結構;由主反射面,副反射面和饋源三部分組成.主反射面是有焦點在F焦距為f的拋物面繞其焦軸旋轉而成,副反射面是由一個焦點在F1另一個焦點在F2的雙曲線饒其焦軸旋轉而成,主副面的焦軸重合,饋源通常采用喇叭.位于實焦點F2上.原理 : 卡塞格倫天線可以用一個口徑尺寸與原拋物面想同,但焦距放大了A倍的旋轉拋物面天線來等效,且具有相同的場分布,這樣就可以利用前面介紹的旋轉拋物面天線的理論來分析卡塞格倫天線的輻射特性和各種電參數.特點 : A.由于天線有兩個反射面，幾何參數增多，便于按照各種需要靈活地進行設計。B.可以采用短焦距拋物面天線做主反射面，減小了天線的縱向尺寸。C.由于采用了副反射面，饋源可以按裝在拋物面頂點的附近，使饋源和接收機之間的傳輸線縮短，減小了傳輸線損耗所造成的噪聲。

用途: 主要用于衛星地面站,單脈沖雷達和射電天文等系統中

第三篇：微波技術與天線--復習歸納免費版

第一章

1.均勻傳輸線（規則導波系統）：截面尺寸、形狀、媒質分布、材料及邊界條件均不變的導波系統。

2.均勻傳輸線方程，也稱電報方程。

3.無色散波：對均勻無耗傳輸線, 由于β與ω成線性關系, 所以導行波的相速vp與頻率無關, 稱為無色散波。色散特性：當傳輸線有損耗時, β不再與ω成線性關系, 使相速vp與頻率ω有關,這就稱為色散特性。

Ucos(?z)?jI1Z0sin(?z)Z?jZ0tan(?z)Zin(z)?1?Z01?02?vpU1Z?jZtan(?z)01????I1cos(?z)?jsin(?z)?f?rZ0 任意相距λ/2處的阻抗相同, 稱為λ/2重復性z1 終端負載

A2e?j?zZ1?Z0?j2?z?(z)??e??1e?j2?zj?zZ1?Z0Ae1Z1?Z0??1ej?1Z1?Z0

終端反射系數

均勻無耗傳輸線上, 任意點反射系數Γ(z)大小均相等,沿線只有相位按周期變化, 其周期為λ/2, 即反射系數也具有λ/2重復性

Z(z)?Z0U(z)1??Z()??1?(z)?inZin(Z)??Z0?1?Zin(z)?Z0 I(z)1??(Z)??1 ??1?U?/U??1??1電壓駐4.?1?1?U?/U?1??1波比 其倒數稱為行波系數, 用K表示

5.行波狀態就是無反射的傳輸狀態, 此時反射系數Γl=0, 負載阻抗等于傳輸線的特性阻抗, 即Zl=Z0, 稱此時的負載為匹配負載。綜上所述, 對無耗傳輸線的行波狀態有以下結論: ① 沿線電壓和電流振幅不變, 駐波比ρ=1;

② 電壓和電流在任意點上都同相;③ 傳輸線上各點阻抗均等于傳輸線特性阻抗

β6終端負載短路：負載阻抗Zl=0, Γl=-1, ρ→∞, 傳輸線上任意點z處的反射系數為Γ(z)=-e-j2z

Zin(Z)?jZ0tan?z 此時傳輸線上任意一點z處的輸入阻抗為① 沿線各點電壓和電流振幅按余弦變化, 電壓和電流相位差 90°, 功率為無功功率, 即無能量傳輸;② 在z=nλ/2(n=0, 1, 2, …)處電壓為零, 電流的振幅值最大且等于2|A1|/Z0, 稱這些位置為電壓波節點；在z=(2n+1)λ/4(n=0, 1, 2, …)處電壓的振幅值最大且等于2|A1|, 而電流為零, 稱這些位置為電壓波腹點。③ 傳輸線上各點阻抗為純電抗, 在電壓波節點處Zin=0, 相當于串聯諧振, 在電壓波腹點處|Zin|→∞, 相當于并聯諧振, 在0＜z＜λ/4內, Zin=jX相當于一個純電感, 在λ/4＜z＜λ/2內, Zin=-jX相當于一個純電容，從終端起每隔λ/4阻抗性質就變換一次, 這種特性稱為λ/4阻抗變換性。

XX??ls1?arctan(1)loc?arccot(c)2?Z0

開路線loc2?Z0 短路線ls l9.無耗傳輸線上距離為λ／4的任意兩點處阻抗的乘積均等于傳輸線特性阻抗的平方, 這種特性稱之為λ/4阻抗變換性。

10.負載阻抗匹配的方法 基本方法：在負載與傳輸線之間接入一個匹配裝置（或稱匹配網絡），使其輸入阻抗等于傳輸線的特性阻抗Z0.對匹配網絡的基本要求：簡單易行、附加損耗小、頻帶寬、可調節以匹配可變的負載阻抗。實現手段分類：串聯λ/4阻抗變換器法、支節調配器法

Z?Z0R1(1)因此當傳輸線的特性阻抗

0時, 輸入端的輸入阻抗Zin=Z0, 從而實現了負載和傳輸線間的阻抗匹配(2)串聯

?Xs??1?X?lsc1短路支節：?arctg???arctg???2?Z2??0??Z0??Z?1loc?1?Z?開路支節：?arctg?0??arctg?0??2??X?若求出的長度為負值，則加上λ/2取其正?Xs?2??Y?1lsc?1?Y?短路支節：?arctg?0??arctg?0??2??B??Bs?2??B??1?B?loc1開路支節：?arctg?s??arctg???2??Y0?2??Y0?

若求出的長度為負值，則的結果

并聯

加上λ/2取其正的結果

11.練習： 設無耗傳輸線的特性阻抗為50Ω，工作頻率為300MHz, 終端接有負載Zl=25+j75(Ω), 試求串聯短路匹配支節離負載的距離L1及短路支節的長度L2。第二章

1.規則金屬波導的特征: 沿軸線方向，橫截面形狀、尺寸及填充媒質的電參數和分布狀態均不變化的無限長的直波導。管壁材料一般由銅、鋁等金屬制成。

2.規則金屬波導的特點，規則金屬波導僅有一個導體，不能傳播TEM導波；每種導模都具有相應的截止波長?c（或fc），只有滿足條件?c> ?（工作波長）或fc

222k?k??c3.為傳輸系統的本征值 當β=0時, 意味著波導系統不再傳播, 亦稱為截止, 此時

kc=k, 故將kc稱為截止波數

4.描述波導傳輸特性的主要參數有: 相移常數、截止波數、相速、波導波長、群速、波阻抗及傳輸功率

22kk?0,即k?0ccc5.導行波的分類 此時E=0和H=0TEM波 ?0將E≠0而H=0的波稱為磁

z

z

z

z場純橫向波, 簡稱TM波 將Ez=0而Hz≠0 的波稱為電場純橫向波, 簡稱TE波 快波：TM波和TE波,其相速vp=ω/β＞c/

均比無界媒質空間中的速度要快, 故稱之為快波

?cTEmn??cTMmn?6.TE10模特點：場結構簡單、穩定、頻帶寬和損耗小 7.管壁電流：波導中傳輸微波信號時在金屬波導內壁上產生的感應電流研究波導管壁電流結構的意義：波導損耗的計算需要知道波導管壁電流；實際應用中，波導元件的連接及通過在波導壁上開槽或孔以做成特定用途的元件，此時接頭與槽孔的位置就不應破壞波導管壁電流的通路，否則將嚴重破壞原波導內的電磁場分布，引起輻射和反射，影響功率的有效傳輸；當需要在波導壁上開槽做成縫隙天線時，開槽應切斷管壁電流。矩形波導TE10模的管壁電流與管壁上的輻射性和非輻射性

8.圓波導的主模：TE11模

?cTE11＝3.41a； ?cTM01＝2.61a； ?cTE01＝1.64a

電場激勵：把激勵裝置放在波導中所需模式電場最強的位置，并使其產生的電場與所需模式電場一致 磁場激勵把激勵裝置放在波導中所需模式磁場最強處、并使其產生的磁場與所需模式磁場一致。電流激勵當用饋電波導去激勵另一波導時，常采用孔激勵．由于波導開口處的輻射類似于電流元的輻射，故稱電流激勵。第六章

1.用來輻射和接收無線電波的裝置稱為天線

2.天線應有以下功能 ① 天線應能將導波能量盡可能多地轉變為電磁波能量。這首先要求天線是一個良好的電磁開放系統, 其次要求天線與發射機或接收機匹配。② 天線應使電磁波盡可能集中于確定的方向上, 或對確定方向的來波最大限度的接收, 即天線具有方向性。 2?2???c22kcmn(m/a)?(n/b)③ 天線應能發射或接收規定極化的電磁波, 即天線有適當的極化。 ④ 天線應有足夠的工作頻帶新功能：對傳遞的信息進行一定的加工和處理, 如信號處理天線、單脈沖天線、自適應天線和智能天線等。

3.天線的分類：

按用途：通信天線、廣播電視天線、雷達天線等;按工作波長：長波天線、中波天線、短波天線、超短波天線和微波天線等；

按輻射元的類型： 線天線和面天線。所謂線天線由半徑遠小于波長的金屬導線構成;面天線由尺寸大于波長的金屬或介質面構成的。

4.電基本振子是一段長度遠小于波長, 電流I振幅均勻分布、相位相同的直線電流元, 它是線天線的基本組成部分, 任意線天線均可看成是由一系列電基本振子構成。5.60?IlE??jsin?e?jkrr?IlH??jsin?e?jkr2r?電基本振子的遠區場 ① 電基本振子的遠區場是一個沿著徑向向外傳播的橫電磁波, 所以遠區場又稱輻射場;在不同的方向上, 輻射強度是不相等的，說明電基本振子的輻射有方向性。

|E(?,?)|F(?,?)?|E(?,?)|max 6.場強振幅歸一化方向性函數

6.主瓣寬度：半功率波瓣寬度：方向圖主瓣兩個半功率點之間的寬度, 在場強方向圖中, 等于最大場強的 1/2 兩點之間的寬度;零功率波瓣寬度：頭兩個零點之間的角寬

7.第一旁瓣電平的高低, 在某種意義上反映了天線方向性的好壞。如旁瓣電平較低的天線并不表明集束能力強, 而旁瓣電平小也并不意味著天線方向性必然好。8.D?4?Le?2

9.收發互易性：同一天線作為發射和接收時的電參數相同 00??2??F(?,?)sin?d?d?Ae?輸入點電流實際天線的有效長度

1LI(z)dz??LI0

?20010.接收天線的有效接收面積

11.接收天線的方向性 ① 主瓣寬度盡可能窄, 以抑制干擾② 旁瓣電平盡可能低③ 天線方向圖中最好能有一個或多個可控制的零點 第七章

1.電波傳播方式：視距傳播；天波傳播；地面波傳播；不均勻媒質傳播

??2??F(?,?)sin?d?d?22.Friis傳輸公式:

S0?3.衰落現象衰落：指信號電平隨時間的隨機起伏。分類：吸收型衰落和干涉型衰落。 吸收型衰落：主要是由于傳輸媒質電參數的變化, 使得信號在媒質中的衰減發生相應的變化而引起的。慢衰落：由上述原因引起的信號電平的變化較慢, 稱為慢衰落（圖7-1(a)）干涉型衰落：由隨機多徑干涉現象引起的。在某些傳輸方式中, 由于收、發兩點間存在若干條傳播路徑, 典型的如天波傳播、不均勻媒質傳播等。快衰落：多徑干涉引起的P?4πr2

|E0|21S0?Re(E?H*)?2240π 信號起伏周期很短, 信號電平變化很快

4.視距傳播：指發射天線和接收天線處于相互能看見的視線距離內的傳播方式。可用于地面通信、衛星通信以及雷達等 第八章

1.元因子：表示組成天線陣的單個輻射元的方向圖函數, 其值僅取決于天線元本身的類型和尺寸。體現了天線元的方向性對天線陣方向性的影響。陣因子：表示各向同性元所組成的天線陣的方向性, 其值取決于天線陣的排列方式及其天線元上激勵電流的相對振幅和相位, 與天線元本身的類型和尺寸無關。

2.方向圖乘積定理：在各天線元為相似元的條件下, 天線陣的方向圖函數是單元因子與陣因子之積。

3.寬頻帶天線：阻抗、方向圖等電特性在一倍頻程（fmax/fmin=2）或幾倍頻程范圍內無明顯變化的天線；非頻變天線：阻抗、方向圖等電特性在更大頻程范圍內（如fmax/fmin≥10）基本不變化的天線。

4.智能天線分類（1）、切換波束天線：具有有限數目的、固定的、預定義的方向圖（2）、自適應陣列天線 采用高級信號處理算法從接收到的信號中分辨出期望信號、干擾信號以及它們的方向和相關性，并利用這些信息分別對期望信號和干擾信號加以增強和抑制。同時不斷地自適應地形成新的波束實現動態跟蹤，始終保持使主瓣指向期望用戶，而將干擾信號置零。

5.智能天線對移動通信系統的性能改善：

1、提高頻譜利用效率，增大系統容量

2、克服遠近效應，實現空時多用戶檢測

3、減小電磁污染及相互干擾

4、實現移動臺定位，為越區切換提供可靠的依據

5、增強系統的安全性

6、降低無線基站的成本

[例 6-4］一長度為2h(h<<λ)中心饋電的短振子, 其電流分布為: , 其中I0為輸入電流, 也等于波腹電流Im 試求:

① 短振子的輻射場（電場、磁場）；

② 輻射電阻及方向系數；

③ 有效長度。

解: 此短振子可以看成是由一系列電基本振子沿z軸排列組成。Z軸上電基本振子的輻射場為

I(Z)?I0(1?Z)h

第四篇：天線與微波技術國防科技重點實驗室驗收會

熱烈祝賀

天線與微波技術國防科技重點實驗室

通過驗收

1998年6月27日由總裝備部和電子工業部委派的專家評估委員會在電子部第14研究所對天線與微波技術國防科技重點實驗室南京分部進行了考察評估，28日又在西安電子科技大學對重點實驗室西安分部進行了考察評估，認為“實驗室已按任務書完成建設項目，具備了驗收條件，一致同意通過評估”。

驗收委員會接著于7月1日對重點實驗室進行驗收。驗收評議書肯定了重點實驗室建設的成績，統一通過驗收。驗收后，總裝備部和電子工業部領導講話，祝賀重點實驗室通過驗收，同時勉勵大家再接再厲。轉入運行后要站在科研前言，把重點實驗室建設成為具有“一流人才、一流設備、一流管理、一流成果”的天線與微波領域具有國際一流水平的科研基地。

第五篇：微波天線仿真設計實驗

基于HFSS的微帶天線仿真設計 1 概述

目前，在許多應用場合（如移動通信手機中）都需要體積小、重量輕的小型接收天線。微帶貼片天線代表一系列的小型天線，以其剖面低、重量輕的優點而成為人們的首選。通過采用簡單明了的傳輸線模型，建立微帶線嵌入饋電貼片天線的精確模型并對之進行分析已成為可能。另外，通過應用曲線擬合公式，也可以確定50Ohm輸入阻抗所需的精確嵌入長度。饋電機制在微帶貼片天線設計中扮演了重要角色。微帶天線可以由同軸探針或嵌入的微帶線來饋電，同軸探針饋電在有源天線應用中具有優勢，而微帶線饋電則是適合于開發高增益微帶陣列天線。

在一個薄的介質基板上，一面覆上金屬薄層作為接地板，另一面采用刻蝕地方法做出各種形狀的貼片，利用微帶或者同軸對貼片進行饋電，這就是最基本的微帶貼片天線。它在導體貼片和接地板之間激勵起電磁場，并通過貼片與接地板的縫隙向外輻射。

天線分析的基礎問題是求解天線周圍空間建立的電磁場，進而得出方向圖增益和輸入阻抗等特性指標。如下圖1，圖2所示。

圖1 矩形微帶天線開路段電場結構

圖2 場分布側面圖 天線基礎

天線的性能直接影響著整個無線通信的性能，一般來說，表征天線性能的主要參數有方向特性、增益、輸入阻抗、駐波比、極化特性等。

2.1 天線的極化方式

所謂天線的極化，就是指天線輻射時形成的電場強度方向。根據極化方向可分為垂直極化波和水平極化波。

(1)水平極化波：當電場強度方向平行于地面形成的波。由于電波的特性，決定了水平極化傳播的信號在貼近地面時會在大地表面產生極化電流，極化電流因受大地阻抗影響產生熱能而使電場信號迅速衰減。

(2)垂直極化波：當電場強度方向垂直于地面形成的波。垂直極化方式則不易產生極化電流，從而避免了能量的大幅衰減，保證了信號的有效傳播。

2.2 天線的增益

天線增益是用來衡量天線朝一個特定方向收發信號的能力，它是選擇基站天線最重要的參數之一。

一般來說，增益的提高主要依靠減小垂直面向輻射的波瓣寬度，而在水平面上保持全向的輻射性能。表征天線增益的參數有dBd和dBi。DBi是相對于點源天線的增益，在各方向的輻射是均勻的；dBd相對于對稱陣子天線的增益dBi=dBd+2.15。相同的條件下，增益越高，電波傳播的距離越遠。一般地，GSM定向基站的天線增益為18dBi，全向的為11dBi。

2.3 天線的阻抗

天線的輸入阻抗是天線饋電端輸入電壓與輸入電流的比值。天線與饋線的連接，最佳情形是天線輸入阻抗是純電阻且等于饋線的特性阻抗，這時饋線終端沒有功率反射，饋線上沒有駐波，天線的輸入阻抗隨頻率的變化比較平緩。

天線的匹配工作就是消除天線輸入阻抗中的電抗分量，使電阻分量盡可能地接近饋線的特性阻抗。匹配的優劣一般用四個參數來衡量即反射系數，行波系數，駐波比和回波損耗。

駐波比：它是行波系數的倒數，其值在1到無窮大之間。駐波比為1，表示完全匹配；駐波比為無窮大表示全反射，完全失配。

回波損耗：它是反射系數絕對值的倒數，以分貝值表示。回波損耗的值在0dB的到無窮大之間，回波損耗越大表示匹配越差，回波損耗越大表示匹配越好。0表示全反射，無窮大表示完全匹配。在移動通信系統中，一般要求回波損耗大于14dB。

2.4 天線的波瓣寬度

波瓣寬度是指天線的輻射圖中低于峰值3dB處所成夾角的寬度（天線的輻射圖是度量天線各個方向收發信號能力的一個指標，通常以圖形方式表示為功率強度與夾角的關系）。

(1)垂直波瓣寬度：一般與該天線所對應方向上的覆蓋半徑有關。因此，一定范圍內通過對天線垂直度（俯仰角）的調節，可以達到改善小區覆蓋質 量的目的。

(2)水平波瓣寬度：水平平面的半功率角（H－Plane Half Power beamwidth）45°,60°,90°等)定義了天線水平平面的波束寬度。角度越大,在扇區交界處的覆蓋越好，但當提高天線傾角時，也越容易發生波束畸變,形成越區覆蓋。角度越小，在扇區交界處覆蓋越差。

3矩形貼片的設計

矩形貼片是微帶貼片天線最基本的模型，本設計就是基于微帶貼片天線基礎理論以及熟練掌握HFSS10仿真軟件基礎上，設計一個矩形貼片，其工作頻率在2.45GHz，并分析其遠區場輻射特性以及S曲線，3.1 設計目的

(1)學習設計微帶天線的設計方法；

(2)掌握矩形貼片的設計方法及其遠區輻射場的特性以及S曲線；(3)掌握HFSS10仿真軟件的使用。

3.2 矩形微帶貼片天線的輻射原理

如圖3所示，用傳輸線模分析法介紹它的輻射原理。

設輻射元的長為L，寬為ω，介質基片的厚度為h。現將輻射元、介質基 片和接地板視為一段長為L的微帶傳輸線，在傳輸線的兩端斷開形成開路，根據微帶傳輸線的理論，由于基片厚度h<<λ，場沿h方向均勻分布。在最

簡單的情況下，場沿寬度ω方向也沒有變化，而僅在長度方向（L≈λ/2)有變化。

在開路兩端的電場均可以分解為相對于接地板的垂直分量和水平分量，兩垂直分量方向相反，水平分量方向相同，因而在垂直于接地板的方向，兩水平分量電場所產生的遠區場同向疊加，而兩垂直分量所產生的場反相相消。因此，兩開路端的水平分量可以等效為無限大平面上同相激勵的兩個縫隙，縫的電場方向與長邊垂直，并沿長邊ω均勻分布。縫的寬度△L≈h，長度為ω，兩縫間距為L≈λ/2。這就是說，微帶天線的輻射可以等效為有兩個縫隙所組成的二元陣列。

圖3 矩形貼片天線示意圖

3.3 矩形貼片天線的仿真設計

1．建立新的工程 2．設置求解類型 3.設置模型單位

4．創建微帶天線模型

(1)創建地板GroundPlane。尺寸為90mm*90mm，并設置理想金屬邊界。

(2)建立介質基片。尺寸為45mm*45mm*5mm。將材料設置為Rogers R04003。(3)建立貼片Patch。尺寸為：32mm*32mm，并設置理想金屬邊界。

(4)創建切角。首先在坐標原點處創建三角形，然后將其移動到方形貼片的頂點處。輸入點的坐標：X：0，Y：0，Z：5；X：5，Y：0，Z：5； X：0，Y：5，Z：5；X：0，Y：0，Z：5。通過旋轉180度創建另一個切角。(5)用Patch將切角減去。(6)創建探針Pin。圓柱中心點的坐標：X：0，Y：8，Z：0；輸入圓柱半徑：dX：0, dY：0.5，dZ：0；輸入圓柱的高度： dX：0，dY：0，dZ：5。材料設置為pec。

(7)創建端口面Port。圓心點的坐標：X：0，Y：8，Z：0，半徑為：dX：0，dY：1.5，dZ：0。

(8)用GroundPlane 將Port減去。

5.創建輻射邊界

創建Air，尺寸為：160mm*160mm*70mm。輻射邊界命名為Rad1。

6．設置端口激勵

端口命名為p1。在Modes 標簽中的Integration line zhong點擊None，選擇New Line，在坐標欄中輸入：X：0，Y：9.5，Z：0；dX：0，dY：-1，dZ：0，按回車鍵，點擊Next按鈕直至結束。

7．求解設置

為該問題設置求解頻率及掃頻范圍

(1)設置求解頻率。設置窗口：Solution Frequency ：2.45GHz；Maximun Number of Passes：15；Maximun Delta S per Pass ：0.02。

(2)設置掃頻。掃頻窗口中做以下設置：Sweep Type：Fast；Frequency Setup Type：Linear Count；Start :2.0GHz；Stop：3.0GHz；Count：400；將Save Field復選框選中。8.設置無限大球面

在菜單欄中點擊HFSS>Radiation>Insert Far Field Setup>Infinite Sphere。在Infinite Sphere標簽中做以下設置：Phi：Start：0 deg，Stop：180deg，Step：90 deg；Theta：Start：0 deg，Stop：360 deg，Step：10 deg。

9.確認設計 10.保存并求解工程 11 后處理操作

(1)S參數（反射系數）。

繪制該問題的反射系數曲線，該問題為單端口問題，因此反射系數是s11。點擊菜單欄HFSS>Result>Create Report。選擇：Report Type：Modal S Parameters ；Display Type：Rectangle。Trace窗口：Solution：Setup1:Sweep1； Domain：Sweep 點擊Y標簽，選擇：Category：S parameter；Quantity：S（p1，p1）；Function：dB，然后點擊Add Trace按鈕。點擊Done按鈕完成 操作，繪制出反射系數曲線。

(2)2D輻射遠場方向圖。

在菜單欄點擊HFSS>Result >Create Report。選擇：Report Type：Far Fields；Display Type：Radiation Pattern。Trace 窗口：Solution：Setup1：LastAdptive；Geometry：ff_2d。在Sweep標簽中，在Name這一列中點擊第一個變量Phi，在下拉菜單中選擇The。點擊Mag標簽，選擇：Category ：Gain；Quantity：GainTotal；Function：dB,點擊Add Trace按鈕。最后點擊Done，繪制出方向圖。結果分析

4.1 對探針位置的探討

地板長、寬、高分別為： dX：90，dY：90，dZ：0。

介質基片長、寬、高：dX：45，dY：45，dZ：5；材料為Rogers R04003。貼片Patch長、寬、高： dX：32，dY：32，dZ：0。

4.1.1探針在Y軸

探針中心點的坐標：X：0，Y：8，Z：0；半徑：dX：0, dY：0.5，dZ：0；高度：dX：0，dY：0，dZ：5；材料設置為pec。模型如圖4所示：

圖4 矩形貼片天線3D模型(探針在Y軸)

(1)反射系數曲線

在如上所述的求解頻率和掃頻的條件下，繪制反射系數曲線，如圖5所示。

圖5 反射系數圖（Y軸）

(2)2D輻射遠場方向圖

在如上所述的求解頻率和掃頻的條件下，繪制2D輻射遠場方向圖，如圖6所示。

圖6 2D輻射遠場方向圖（Y軸）分析： 當探針在Y軸上時，回波損耗在13.8dB左右，工作頻帶在2.35GHz-2.47 GHz。

由遠場方向圖可看出，有一個小的背瓣。頻點在2.42 GHz左右，不在2.45 GHz，因此需要進行優化。

4.1.2 探針位置在X軸上

探針中心點的坐標：X：8，Y：0，Z：0；半徑：dX：0.5, dY：0，dZ：0；高度：dX：0，dY：0，dZ：5；材料設置為pec。模型如圖7所示：

圖7 矩形貼片天線3D模型(探針在X軸)

(1)反射系數曲線

在如上所述的求解頻率和掃頻的條件下，繪制反射系數曲線，如圖8所示。

圖8 反射系數圖（X軸）

(2)2D輻射遠場方向圖

在如上所述的求解頻率和掃頻的條件下，繪制2D輻射遠場方向圖，如圖9所示。

圖9 2D輻射遠場方向圖（X軸）

分析：當探針在X軸上時，回波損耗也在13.8dB左右，工作頻帶在2.37GHz-2.48 GHz。

由遠場方向圖可看出，有一個小的背瓣。頻點在2.43 GHz左右，不在2.45 GHz.說明此位置仍不是最佳位置。

4.1.3 探針在對角線位置上 探針中心點的坐標：X：-4.2，Y：4.2，Z：0；半徑：dX：0.5, dY：0，dZ：0；高度：dX：0，dY：0，dZ：5；材料設置為pec。模型如圖10所示：

圖10 矩形貼片天線3D模型(探針在對角線軸)(1)反射系數曲線

在如上所述的求解頻率和掃頻的條件下，繪制反射系數曲線，如圖11所示。

圖11 反射系數圖（對角線）

(2)2D輻射遠場方向圖

在如上所述的求解頻率和掃頻的條件下，繪制2D輻射遠場方向圖，如圖12所示。

圖12 2D輻射遠場方向圖（對角線上）

分析：當探針在對角線上時，回波損耗為-29dB，頻點恰好在2.45GHz，工作頻帶在2.43GHz-2.47GHz工作特性很好，可知工作頻帶很窄。由遠場圖可知，此位置仍有一個小的背瓣。

因此，探針在這個工作特性很好，但工作帶寬有點窄。探針中心點的坐標：X：8，Y：8，Z：0；半徑：dX：0.5, dY：0，dZ：0； 高度：dX：0，dY：0，dZ：5；材料設置為pec。模型如圖13所示：

圖13 矩形貼片天線3D模型(探針在對角線軸)

(1)反射系數曲線

在如上所述的求解頻率和掃頻的條件下，繪制反射系數曲線，如圖14所示。

圖14 反射系數圖（對角線）

(2)2D輻射遠場方向圖

在如上所述的求解頻率和掃頻的條件下，繪制2D輻射遠場方向圖，如圖15所示。

圖15 2D輻射遠場方向圖（對角線上）

分析： 當將探針設置在此位置時，回波損耗在-14.3dB左右，頻帶寬度在2.40 GHz-2.49GHz,頻點正好在2.45GHz。

由遠場方向圖可知，在此位置有一個小的背瓣。

探針在這個位置工作特性很好，工作頻帶也較寬。此外還可知在對角線上越靠近中心，天線性能越好。

4.2 改變貼片尺寸

地板長、寬、高分別為： dX：90，dY：90，dZ：0。

介質基片長、寬、高：dX：45，dY：45，dZ：5；材料為Rogers R04003。貼片Patch長、寬、高： dX：31.7，dY：31.7，dZ：0。

探針中心點的坐標：X：8，Y：0，Z：0；半徑：dX：0.5, dY：0，dZ：0；高度：dX：0，dY：0，dZ：5；材料設置為pec。模型如圖16所示。

圖16 矩形貼片天線3D模型(貼片尺寸改變)(1)反射系數曲線

仍在上述所設求解頻率和掃頻的條件下，繪制反射系數曲線，如圖17所示。

圖17 反射系數曲線（貼片尺寸改變）

(2)2D輻射遠場方向圖

在如上所述的求解頻率和掃頻的條件下，繪制2D輻射遠場方向圖，如圖18所示。

圖18 2D輻射遠場方向圖（貼片尺寸改變）

分析： 當其他條件不變，改變貼片尺寸（由32mm*32mm改為31.7mm*31.7mm）時，回波損耗在-12.5dB左右，頻帶寬度在2.39 GHz-2.50GHz,頻點正好在2.45GHz。

由遠場方向圖可知，在此位置仍有一個小的背瓣。探針在這個位置（X軸）工作特性不錯，工作頻帶也較寬。

4.3 改變探針半徑

在4.2的基礎上，將探針半徑改為0.4mm，其他條件不變，則所形成的反射系數圖和2D輻射遠場方向圖如圖19，圖20所示。

圖 19 反射系數圖曲線（探針半徑0.4mm）

圖20 2D輻射遠場方向圖(探針半徑0.4mm)分析：① 在上一步的基礎上，改變探針半徑（由0.5mm改為0.4mm）時，回波損耗在-14.1dB左右，頻帶寬度在2.40 GHz-2.52GHz,頻點正好在2.46GHz。

② 由遠場方向圖可知，在此位置仍有一個小的背瓣。

③ 此時，探針不在工作頻點，可知探針半徑太小，但由上研究可知，半 徑在稍微改大一點應該可以使探針工作在2.45 GHz（這個問題由于時間問題沒研究）。

總結：

① 當頻率低于工作頻點時，優化天線的措施有：改變探針位置、探針半徑、貼片尺寸等，均可以使其工作在頻點（如2.45GHz）。

② 對于矩形貼片可知：當探針在坐標軸上時，天線性能不是很理想；當在對角線上時，天線的性能較理想，工作頻帶較在坐標軸的位置要窄，而且探針在對角線上靠近中心的位置上，天線的性能更好。

③ 當改變探針半徑時，半徑減小，工作頻率變大。通過調整可以使貼片工作在頻點。設計體會

微波課設在短短的幾天時間里完成了。首先非常感謝老師以及各位學長的幫助和指導。

由于老師已經在指導書上列出了很詳細的操作步驟，設計思路都體現在里面，因此這次課設上手還是很快的。這使我們能夠很快的把握住設計思路，進一步學會如何利用HFSS10這款軟件設計微帶天，并通過所形成的遠區輻射場圖和S曲線分析矩形微帶天線的特性。學習將基礎的理論知識應用到微帶天線的實際設計中。做完之后再回頭想一下，按照公式計算出來的矩形天線的參數運用到實際時，并不能使天線達到理想的輻射狀態。這可能是由于一些共識的近似表示以及實際天線所處環境等因素造成。由此可知，在具體設計微帶天線時要根據實際的情況對天線進行優化處理，使其達到理想輻射特點。當然在做實驗時并不是特別順利，所幸的是，在老師和幾位學長的幫助指導下解決了，并從中學到很多東西。

此外，在這次課設中同學間的配合也是相當重要的。每個學生對老師課堂所講的內容的接收程度不同。只有同學間的相互配合，提出問題，然后討論最后解決，才能使課設結果達到更好的效果。參考文獻

《微波天線與技術》 西安電子科技大學出版社 劉學觀 郭輝萍 編著。