通信工程毕业设计论文-微带缝隙天线的仿真分析(编辑修改稿)

通信工程毕业设计论文-微带缝隙天线的仿真分析(编辑修改稿)内容摘要：

ctInsert HFSS Design，新建一个 Project。 2． HFSSSolution Type，设置解算类型，确定如何激励和收敛。 HFSS有三种解算类型，第一种是模式驱动，根据波导模式的入射和反射功率表示 S参数矩阵的解；第二种是终端驱动，根据传输线终端的电压和电流表示 S参数矩阵的解；第三种是本征模，求解物理结构的谐振频率以及这些谐振频率下 的场模式。 HFSS拥有强大的全参数三维模型创建功能，简单的实体建模中，直接使用 HFSS中提供的基本图形即可。 ， HFSS都会提示确定其属性，默认的材料特性是真空。 （ HFSSBoundariesAssign）。 HFSS有多种边界条件，在高速设计中最常用的有，理想电边界表示电场垂直于表面。 理想磁边界是指电场方向与表面相切；完美匹配层边界用一种非实际的、阻抗与自由空间相匹配吸收层来模拟开放空间。 （ HFSSExcitationsAssign）。 HFSS主要有波端口和集中端口，而在高速设计中，使用波端口的情况比较多。 HFSS假定你定义的波端口连接到一个半无限长的波导，该波导具有与端口相同的截面和材料，每个端口都是独立地激励并且在端口中每一个入射模式的平均功率为 1瓦，使用波端口可以计算特性阻抗、复传播常数和 S参数。 通过 HFSSAnalysis SetupAdd Solution Setup可以进行自适应频率和收敛标准的设置，通过 HFSSAnalysis SetupAdd Sweep可以得到 互连结构的扫频响应，通常选择插值扫频。 （ HFSSResults）。 HFSS具有功能强大又很灵活的数据管理和绘图能力，可以输出适合于 Matlab编程，后缀为 .m的 S/Y/Z矩阵参数文件。 论文的内容及安排 第 1章为绪论，简单介绍了微带缝隙天线研究背景及应用、天线特性参数，仿真软件及全文内容安排。 第 2章介绍了缝隙天线的理论分析、理想缝隙天线、有限大导体面上的缝隙天线、圆柱体表面上的缝隙天线阵和微带缝隙天线。 第 3章通过 Ansoft HFSS仿真软件分析了文献中的微带缝隙天线，通过得到 的反射系数、方向图和电流分布图与理论比较，验证仿真的正确性。 结束语部分对本文内容作了总结。 第 2 章 缝隙天线的理论分析 如果在同轴线、波导管或空腔谐振器的导体壁上开一条或数条窄缝，可使电磁波通过缝隙向外空间辐射，而形成一种天线，这种天线称为缝隙天线。 这种天线可以单独使用，也可以作天线阵的辐射单元。 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 （ a）所示。 不过，由于 EnJm    ，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 y0的半空间相同，则在 y0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 (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 理想缝隙天线与板状对称阵子 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 l2 ，缝宽为w ， wl2 ，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 in0 zlkwVE mx  （ ） 式中， mV 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 n20 zlkwVzJ mm  （ ） 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 in2 0 zlkVJ mm  （ ） 等效原理只能在缝隙口径的一侧产生正确的场，另一侧为零场。 不过用假设的磁流作源，正确地求出缝隙某一侧的辐射场后，另一侧的场可以由对称性求出。 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50 ，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 lksin 02 变化，馈电点到缝端的距离可取 20/0 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 10TE 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。 直接使用同轴线很难实现匹配，解决的方法之一是采用 T型变换器，这种结果更像是用一同轴波导变换器激励平面缝隙天线。 降低中心馈电半波窄缝天线输入阻抗的另一种方法是采用折合缝隙天线。 折合偶极子的输入阻抗比简单偶极子大 3倍，因此折合缝隙天线的输入阻抗应为简单缝隙天线的四分之一，约 100。 实际上，缝隙不可能开在无限大尺寸的金属面上的。 因此，必须了解有限尺寸金属面对天线辐射的影响。 设这种情况下缝隙天线的方向图必须考虑绕射的影响，严格的分析可采用几何绕射理论进行。 单缝辐射器常采用飞行器天线，如飞机垂直尾翼上的开槽天线，通常缝的长度不是半波长而是四分之一波长，采用不对称激励方式类似于一个单极天线。 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  s i n c o s)c o sc o s ( kLkLerdEjE jk rm   （ ）  s i n c o s)c o sc o s (ZE 00 klklerEjH jk rmdw   （ ） 所以 E面是 090 的面， H面是 常数 的面。 不同 λl 和 λh 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) l , h (b) l , h (c) 1l ， 1h (d) l ， h 图 的单面辐射缝隙天线的 E 面方向图 圆柱体表面上缝隙天线阵 当圆柱体直径足够大时，圆柱体可以作为波导，则缝隙可以由波导内的电磁场激励。 当圆柱体直径不大时，在圆柱体内可放置同轴线或二线式传输线，通常激励点选在缝隙的中点处。 根据缝隙内的给定场求圆柱体缝隙天线辐射问题的理论解，已先后由。 他研究圆柱体纵向缝隙所得到的结果清楚地说明了方向图的特点。 由 隙天线， 远 区场 E 分量的表示式为 ])c os( c os2)c os( 1[c os )()2(2 1 )2(1)2()2(112  pjpjk rkaH pekaHrefaUE  （ ） 式中 U2 为缝隙内最大电压；  ：射线与 z轴的夹角，或称子午角；  为方位角（对缝隙的法线而言）； )(1f 为与理想缝隙对偶的电阵子方向函数； )2(1H为第二类 一阶汉克尔函数； a2 为圆柱体的直径。 图 圆柱波导上缝隙 根据电磁场分布得出的波导壁表面电流分布及波导开缝情况。 具体缝隙根据天线的不同用途和要求可以切割在波导的宽边，也可以切割在波导的窄边。 同时可以是沿纬度方向切割，也可以有一定的倾角位置切割。 由图可知，当圆柱体为小直径时，  a ，水平平面的方向图几乎为圆 形。 随着圆柱体直径的增加， 2l w x y z 缝隙前方辐射增强，而缝隙正后方（ 0180 ）辐射减弱，当 22 a 时方向图为心脏形。 图 单个纵向缝隙天线方向图 当圆柱体直径足够大时，圆柱体可用作波导，则缝隙可由波导内的电磁场激励。 当在波导管内仅能传输模，且纵向缝隙是开在磁场矢量的纵向分量的最大值处时，缝隙的归一化等效电导等于 222 )(1))(12c o s (18 4 12 4 0ccg （ ） 式中 c 为临界波长，  为一与（ ka）有关的系数，当圆柱体直径不大时，在圆柱体内可放置同轴线或二线式传输线，通常激励点选在辐射的中点处。 若缝隙的几何尺寸、在波导上的位置、在波导中传送能量已经确定，则缝隙辐射能量的幅度及相位就确定了。 一般在工程应用中，只要提到波导缝隙的设计，。