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1、實驗五微帶天線設計、仿真、制作與測試一、實驗目的1.了解描述天線性能的主要參數(shù)及天線類型2.了解微帶天線的輻射機理和設計方法3.掌握用ADS進行微帶天線優(yōu)化仿真的方法與步驟二、天線的基本原理1.天線的輻射原理（1）將傳輸線中的高頻電磁能轉成為自由空間的電磁波；（2）將自由空間中的電磁波轉化為傳輸線中的高頻電磁能。2.電磁波輻射與場區(qū)的劃分(a)感應近場：(b)輻射近場(c)輻射遠場：3.天線的分類（1）從方向性分：有強方向性天線、弱方向性天線、定向天線、全向天線、針狀波束天線、扇形波束天線等。（2）從極化特性分：有線極化天線、圓極化天線和橢圓極化天線。線極化天線又分為垂直極化和水
2、平極化天線。（3）從頻帶特性分：有窄頻帶天線、寬頻帶天線和超寬頻帶天線。（4）按天線上電流分布分:有行波天線、駐波天線。（5）按使用波段分類:有長波、超長波天線、中波天線、短波天線、超短波天線和微波天線。（6）按天線外形分類:有鞭狀天線、T形天線、Γ形天線、V形天線、菱形天線、環(huán)天線、螺旋天線、波導口天線、波導縫隙天線、喇叭天線、反射面天線等。還有八木天線，對數(shù)周期天線、陣列天線。陣列天線又有直線陣天線、平面陣天線、附在某些載體表面的共形陣列天線等。4.天線的技術指標（1）天線的方向性因子方向性因子：，歸一化方向性因子：。（2）E面和H面方向圖工程上常采用通過最大輻射方向的兩個正
3、交平面上的剖面圖來描述天線的方向圖。這兩個相互正交的平面稱之為主面，對于線極化天線來說通常取為E面和H面。E面：指通過天線最大輻射方向并平行于電場矢量的平面。H面：指通過天線最大輻射方向并平行于磁場矢量的平面。（3）主瓣寬度方向圖主瓣上兩個半功率點之間的夾角，記為2θ0.5。又稱為半功率波束寬度或3dB波束寬度。一般情況下，天線的E面和H面方向圖的主瓣寬度不等，可分別記為2θ0.5E和2θ0.5H?？梢悦枋鎏炀€波束在空間的覆蓋范圍，主瓣瓣寬越窄，則方向性越好，抗干擾能力越強。（4）天線方向性系數(shù)Pr：被測天線距離R處所接收到的功率密度,單位為W/m2;Pi：為全向性天線距離R處所
4、接收到的功率密度,單位為W/m2（5）天線增益（6）輻射效率（7）天線輸入阻抗（8）天線的極化無線電波在空間傳播時，其電場方向是按一定的規(guī)律而變化的，這種現(xiàn)象稱為無線電波的極化。無線電波的電場方向稱為電波的極化方向。如果電波的電場方向垂直于地面，我們就稱它為垂直極化波。如果電波的電場方向與地面平行，則稱它為水平極化波。（9）天線帶寬有幾種不同的定義：一種是指天線增益下降三分貝時的頻帶寬度；一種是指在規(guī)定的駐波比下天線的工作頻帶寬度。在移動通信系統(tǒng)中是按后一種定義的，具體的說，就是當天線的輸入駐波比ρ≤1.4時，天線的工作帶寬。4.微波天線的優(yōu)點（1）體積小，重量輕，能與載體共形，
5、用于便攜式無線電設備上（2）制造成本低，易于批量生產（3）天線的散射截面較小（4）能得到單方向的寬瓣方向圖，最大輻射方向在平面的法線方向（5）易于和微帶線路集成，便與饋電（6）易于實現(xiàn)線極化和圓極化（7）容易實現(xiàn)雙頻段、雙極化等多功能工作。5.微帶天線尺寸參數(shù)設計（1）惠勒（H.A.Wheeler）給出微帶線的特性阻抗Zc的計算公式如下w/h>1：w/h<1：(2)施奈德（M.V.Schneider）等效相對介電常數(shù)的一個簡單經驗公式：6.矩形微帶天線設計基本公式三、實驗內容1.設計3GHz微帶天線，基板參數(shù)為er=2.2，h=0.762mm，cond=4.1e7，T=0.03m
6、m，并用λ/4阻抗變換器實現(xiàn)與50Ω饋線的匹配。版圖：優(yōu)化仿真結果：原理圖仿真結果：2.單極天線駐波和輸入阻抗的測量--AV36580A矢量網絡分析儀（1）粗天線的對數(shù)幅度和駐波比：（2）細天線的對數(shù)幅度和駐波比（3）史密斯圖：（4）數(shù)據(jù)記錄粗天線：細天線：（5）圖形繪制粗天線中心頻率為1.16GHz，3dB帶寬為1.1-1.188GHz；細天線中心頻率為1.15GHz，3dB帶寬為1.068-1.19GHz。四、作業(yè)1.實驗要求設計、制作一中心頻率為2.45GHz的微帶天線，天線采用50Ohm微帶線饋電，掃頻范圍：2.2GHz-2.7GHz。（分組、設計結果、現(xiàn)場制作測試）板材
7、參數(shù)：H:基板厚度(1.5mm)，Er:基板相對介電常數(shù)(2.65)Mur:磁導率(1)，Cond:金屬電導率(5.88E+7)Hu:封裝高度(1.0e+33mm)，T:金屬層厚度(0.035mm)TanD:損耗角正切(1e-4)，Roungh:表面粗糙度(0mm)2.簡單敘述微帶天線工作原理；3.實驗步驟（1）計算各項參數(shù)：W=45.32mm,L=37.03mm,Rin=328Ω（2）阻抗變換器的特性阻抗（3）計算、和：=0.5453mm，=17.8432mm，=4.0533m
