77GHz微带阵列天线的研究

摘要......................................................................................................................I Abstract .................................................................................................................. II 第1章绪论. (1)

1.1 研究背景与意义 (1)

1.1.1 研究背景 (1)

1.1.2 研究意义 (3)

1.2 国内外研究现状及分析 (4)

1.3 主要研究内容 (6)

第2章微带阵列天线的基本理论 (8)

2.1 引言 (8)

2.2 微带天线的工作原理 (8)

2.3 微带天线的分析方法 (12)

2.3.1 传输线模型法 (12)

2.3.2 空腔模型分析法 (14)

2.3.3 其他分析方法 (17)

2.4 微带阵元的馈电方法 (18)

2.4.1 微带线馈电 (19)

2.4.2 同轴线馈电 (19)

2.4.3 电磁耦合馈电 (19)

2.5 微带阵列天线的分析 (19)

2.5.1 N元等幅线阵 (20)

2.5.2 2N元不等幅线阵 (21)

2.5.3 平面阵 (22)

2.6 微带阵列天线的馈电网络 (23)

2.6.1 串联馈电网络 (24)

2.6.2 并联馈电网络 (25)

2.7 本章小结 (26)

第3章77GHz等阵元微带阵列天线的设计 (27)

3.1 引言 (27)

3.2 等阵元微带阵列天线的性能指标 (27)

3.3 矩形微带贴片单元的设计 (29)

3.3.1 矩形微带贴片单元尺寸的计算 (29)

3.3.2 阵元馈电设计及仿真优化 (30)

3.4 道尔夫-切比雪夫分布的微带阵列天线设计 (32)

3.4.1 线阵馈电结构的计算 (32)

3.4.2 线阵的结构仿真 (35)

3.4.3 面阵的馈电结构计算 (36)

3.4.4 面阵的仿真 (37)

3.5 指数分布的微带阵列天线设计 (40)

3.5.1 馈电网络的设计 (40)

3.5.2 指数分布微带阵列天线的仿真 (42)

3.6 本章小结 (45)

第4章77GHz不等阵元微带阵列天线的设计 (48)

4.1 引言 (48)

4.2 不等阵元微带阵列天线的性能指标 (48)

4.3 阵元的设计 (49)

4.4 线阵的设计 (52)

4.4.1 线阵中各阵元宽度的计算 (52)

4.4.2 线阵的仿真及优化 (52)

4.5 面阵的设计 (56)

4.6 本章小结 (60)

结论 (61)

参考文献 (63)

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明和使用权限 (67)

致谢 (68)

第1章绪论

1.1研究背景与意义

1.1.1研究背景

现在公认的最早的天线是1886年赫兹为证明麦克斯韦关于电磁理论推断使用的终端加载偶极子发射天线和半波谐振环接收天线。赫兹还用抛物反射面天线做过实验，但赫兹的天线只停留在实验室阶段，并没有进行商业化应用。而天线的商业化应用开始于二十世纪初，马可尼以赫兹所使用的天线系统为基础，增加了调谐电路对信号进行调制，使天线发射的电磁波信号携带信息。同时，由于马可尼要传播的电磁波属于长波，马可尼使用了接地系统，并且增大了天线的尺寸，成功实现了跨越北大西洋的无线电通信[1]，正式开启了天线系统的商业化应用。

微带天线的概念于1953年被G. A. Deschamps提出，但是在接下来的20年里并没有得到重视，只有一些零星的研究。有实用价值的微带天线直到1972年才问世，Howell等研究者采用对微带贴片与匹配网络分开进行设计，再进行组合的方法制成[2]。在此之后，因为微带天线体积小、重量轻、厚度薄、集成和加工方便以及在极端天气条件下仍具有良好的传播特性等优点，得到大家的普遍重视。此后，微带天线的研究取得了长足发展，不仅出现了许多新的微带天线类型，而且各项性能指标也得到了巨大的改进。微带天线的理论和应用也取得了极大的发展和成熟，根据特定的应用需求设计具有特定性能的微带天线变得越来越方便。

得益于计算机技术的飞速发展，各种各样电磁仿真软件的出现给微带天线的设计带来了极大地便捷，大大减小了微带天线的设计周期。精密加工技术和超精密加工技术的发展，也对微带天线的发展有巨大的促进作用，一方面使微带天线的加工误差大幅度减小，另一方面使得加工波长更短结构更小的毫米波微带天线成为可能[3]。毫米波微带阵列天线的应用始于1976年，M. A. Weiss

4 的微带阵列天线。微带贴片采用设计了工作频率为35GHz，阵列大小为4

蚀刻工艺分别加工在厚度为5mil和10mil的Duroid5880介质板上，并采用并联馈电的形式对各个阵元馈电,测量结果表明微带天线完全可以用在毫米波波段，各项性能均比较理想[4]。