小型X波段贴片天线设计_匹配及测试
天线匹配调试流程
天线匹配调试流程天线匹配是一项关键的调试过程，旨在优化天线系统的性能，以达到最佳的无线通信性能。
调试流程包括准备工作、测试天线性能、调整匹配网络、性能验证和数据分析等几个主要步骤。
下面将详细介绍天线匹配的调试流程。
1.准备工作：-确定调试目标：明确需要完成的任务和调试目标。
例如，优化天线的增益、频率响应、辐射模式等性能指标。
-搭建测试环境：搭建一个适合天线调试的实验环境，包括信号源、信号接收器、功率计等测试仪器。
-选择适当的测试频率范围：根据通信系统的频率范围选择适当的测试频率，覆盖系统所需的通信带宽和频段。
2.测试天线性能：- 测量天线的回波损耗（Return Loss）：使用网络分析仪测量天线的回波损耗来评估天线与发射器或接收器之间的匹配性能。
-测量天线的增益和辐射模式：使用天线测试仪或无人机等工具，测量天线的增益和辐射模式，以评估天线在各个方向上的辐射能力。
-测试天线的频率响应：使用频谱分析仪测量天线在不同频率上的辐射功率，以检查天线的频率响应是否满足要求。
3.调整匹配网络：-确定天线的工作频率：根据系统需求和天线参数，确定天线的工作频率范围。
-计算匹配网络参数：使用天线设计软件或计算器计算出匹配网络所需的参数，如频率和阻抗。
-设计和制作匹配网络：根据计算结果设计匹配网络结构，如调谐电路、陷波器等。
然后制作和连接匹配网络。
-测量匹配网络的性能：使用网络分析仪测试匹配网络的频率响应和回波损耗，以确保匹配网络与天线的匹配性能满足要求。
-优化匹配网络：根据测试结果调整匹配网络参数，反复优化直到达到最佳的匹配效果。
4.性能验证：-测试天线的回波损耗：使用网络分析仪再次测试天线的回波损耗，以验证匹配网络的调整是否有效。
-测试天线的增益和辐射模式：使用天线测试仪或无人机等工具，再次测试天线的增益和辐射模式，以验证天线调整后的性能是否符合要求。
-测试数据传输质量：使用适当的测试仪器和工具，测试天线的传输质量和覆盖范围，例如测量信号强度、位错率等性能指标。
一种新型X频段便携测控站天线的设计与实现
一种新型X频段便携测控站天线的设计与实现李增科; 张晓冲; 金立斌; 李鹏【期刊名称】《《无线电工程》》【年(卷),期】2019(049)011【总页数】5页(P990-994)【关键词】便携天线; 测控站; X频段; X-Y型座架【作者】李增科; 张晓冲; 金立斌; 李鹏【作者单位】中华通信系统有限责任公司河北分公司河北石家庄 050081; 中国电子科技集团公司第五十四研究所河北石家庄 050081【正文语种】中文【中图分类】TN820 引言便携式卫星接收系统在具备传统卫星通信不受地理位置和距离限制、业务承载灵活多样等优势的同时，因其体积小、重量轻、可通过手提和背负的方式进行人工携带等优点，在自然条件恶劣的应急通信以及军事通信中发挥着越来越重要的作用[1-2]。
在实际工程中常常需要传输多种业务,例如话音通信、数据通信以及图像通信等。
便携式测控站天线是通过远端主站与卫星形成的卫星通信链路来实时通信的，进而对目标进行实时观测和控制[3-4]。
在抛物面天线领域，为满足天线运转范围和过顶跟踪等不同的技术要求，出现了各种各样运动形式的结构座架，其中就包括X-Y座架形式[5-6]。
座架两旋转轴线(俗称X,Y轴线)之间的空间垂直度是评估座架轴系精度的重要指标。
传统的天线座为方位-俯仰(A-E)型结构，A轴为铅垂状态，E轴位于A轴上方，呈水平状态，通过两轴的转动，天线波束可以指向整个空域。
但当目标仰角趋于天顶时，方位角速度趋近于无穷大，而A轴速度不可能无限增加，因此当目标进入“盲锥区”时，A-E 型天线座无法跟踪[7]。
将A-E型天线座的E轴转到水平位置，这时天线座的“盲锥区”就转移到地平线附近，能够实现天线的过顶跟踪，这种天线座被称为X-Y天线座，它的2个旋转轴分别称为X轴和Y轴，均为水平配置，且互相正交，2个轴只需旋转180°就能够覆盖整个空域，因此不需要高频旋转关节、汇流环或电缆卷绕装置[8]。
微带贴片天线设计实验
微波技术与天线实验报告姓名张思洋学号411109060103 实验日期2014.04.11 实验名称微带贴片天线设计实验实验类型设计性实验目的1、熟悉并掌握HFSS设计微带天线的操作步骤及工作流程。
2、掌握ISM频段微带贴片天线的设计方法。
实验内容使用HFSS进行微带贴片天线的设计实现，创建设计模型，进行求解设置，设置求解频率为 2.45GHz，同时添加 1.5-3.5GHz的扫频设置，分析天线在1.5-3.5GHz频段内的电压驻波比，并运行仿真计算。
将谐振频率落在2.45GHz频点上。
最后进行相关的数据后处理。
实验原理微带天线是当今无线通信领域中广泛应用的一种天线，具有质量轻、体积小、易于制造等特点，本实验的ISM频段微带贴片天线是工作在2.45GHz，采用同轴线馈电的一种简单的微带天线。
微带天线的基本参数：工作频率 2.45GHz，介质板相对介电常数3.38，介质层厚度5mm，矩形贴片宽度41.4mm，辐射缝隙长度2.34mm,矩形贴片长度31mm，参考地长宽为61.8mm*71.4mm，同轴线馈点坐标（9.5，0）。
要求设计的天线最大增益大于7dB。
前后比大于5dB。
实验步骤及结果一、新建HFSS工程1.新建一个名为MSAntenna.hfss的工程文件。
2.将求解类型设置为Driven Model二、创建微带天线模型1.将模型的默认长度设置为毫米mm2.创建参考地在Z=0的XOY面上创建一个顶点位于（-45mm,-45mm）,大小为90mm*90mm的矩形面作为参考面，并把它命名为GND,并为其分配理想导体边界条件。
然后将此边界命名为PerfE_GND3.创建介质板层创建一个80mm*80mm*5mm的长方体作为介质板层，介质板层位于参考地面上，顶点坐标为（-40，-40，0），介质的材料为R04003。
4.创建微带贴片在z=5的XOY面上创建一个顶点坐标为（-15.5mm，-20.7mm，5mm），大小为31.0mm*41.4mm的矩形面作为微带贴片，命名为Patch，并为其分配理想导体边界条件。
X波段宽带微带天线阵设计与分析
对本文天线结构的设计，我们主要采用基于有限元法的 Ａ ｏ七Ｈ （ ｉ ｓ ｎ ｆ Ｆ ｓ Ｈｇ ｈ
ｐ ｑ ｎ ｓ ｕ ｕ ｓ ｌ ｏ 和 于 量 的Ｉ Ｄ 应 软 。 些电 场 ｒｕ ｃ ｔ ｃｒ ｉ ａ ｒ 基 矩 法 Ｅ 等 用 件 这 磁 数 ｅｅ ｙ ｒ ｔ ｅ 田 ｔ ） ３
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进展。 直到七十年代初， ． ． ｓｏ 和Ｊ Ｑ Ｈ ｌｌ Ｒ Ｅ 枷ｎｎ ． ． 佣ｅ 等人设计出了第一批实用的 微带 天线后【 ， 幻 微带天线才获得了 阁 迅猛的 发展。 年代， ０ ８ 微带天线无论在理论的深 度上和广度上都获得了 进一步的发展， 其理论趋于成熟，其应用与日 俱增，新形式、 高性能的微带天线不断涌现。 微带天线具有以 下几个方面的 优点： １ 微带天线及其阵列具有剖面薄， （ ） 容易与 载体 （ 如飞行器） 共形的特点：（ 体积小，重量轻，成本低，易于大量生产；（） ） ２ ３ 微带天线具有平面结构， 与集成电路有良 好的兼容性， 能和有源器件、 电路集成为统
七 ｎｔ ｌｃ ｉ （ Ｍ ， ｅ ｏ ｆ ｏ ｅ （ Ｏ ）肚ｅｉ仃 ｄ 以 了 ｅ ｔｅｅｅｔｃ Ｆ ）Ｍ ｔ ｄｏ Ｍ ｎ Ｍ Ｍ ， ｎ ｏ ｕ 沮．了 ｎ ｈ ｌ‘ｒ Ｅ ｈ ｍｔ
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线极化微带天线的工作带宽主要受其阻抗带宽限制， 采用馈线匹配技术可以使其
工作于 较宽频域上。 例如采用简单的 双枝节匹 配技术， 可将带宽增大至２ 倍左右； 利 用切比 雪夫网络来综合宽频带阻抗匹 络， 配网 可将带宽增大到４ 倍左右．
设计实验 微带贴片天线设计
设计实验微带贴片天线的设计一、实验目的Fig. 1 微带贴片天线设计思路1、通过HFSS仿真设计微带贴片天线，具体参数要求如下：✓工作频率为2.6GHz，使用材料为FR4（相对介电常数ε=4.4），厚度为1.6mm的双面覆铜板；✓辐射贴片采用夹角为180°的扇形贴片，利用50Ω的微带线进行馈电，用1/4波导微带匹配段对天线进行阻抗匹配；✓要求天线的血站频率在2.55GHz~2.65GHz范围内，且仿真参数S11在谐振频率出小于-13dB。
2、天线设计思路参考Fig.1，仿真成功后做出实物板。
二、实验原理1、HFSS仿真设计流程：建立模型→设置边界和激励（包括金属板、介质板和空气盒子）→建立优化→设置求解条件，并执行仿真→生成结果。
2、利用APPCAD计算微带线参数：介质板厚度为1.6mm，FR4材料的相对介电常数ε=4.4，中心频率为2.6GHz，根据APCAD计算，如图Fig.2所示，为使微带线馈电电阻为50.04Ω，微带线宽度应为W3=3.06mm，并且1/4波导微带匹配段的长度应为L=15.65mm.Fig. 2 扇形贴片天线参数计算同时，金属板尺寸为100mm×75mm，可初步估计扇形半径R=33mm，馈线长度L3=5mm，匹配段宽度W=1mm。
根据以上参数可绘制如图Fig.3所示。
Fig. 3 扇形贴片天线参数和设计示意图3、制板流程：导出图形→打印胶片→PCB板打孔穿线→将胶片固定在PCB板上进行曝光→显影→刻蚀→用酒精除去感光膜→焊接→测试。
三、仿真过程与分析正面示意图背面示意图Fig. 4 微带贴片天线设计金属板示意图1、建立模型（Fig.4）。
打开HFSS，绘制介质板，第一个点（-10，0，0），第二个点相对坐标为（100，75，-1.6），建立尺寸为100mm×75mm×1.6mm的长方体。
●绘制正面图形：绘制馈线：第一个点（38.475，0，0），第二个点相对坐标（3.06，5，0），建立3.06mm×5mm的矩形馈线。
（多图）单频圆形微带贴片天线设计
（多图）单频圆形微带贴片天线设计关键字：微带贴片天线同轴馈电 HFSS软件回波损耗微带天线是在一块背面敷以金属薄层作接地板的介质基片上，贴一金属辐射片而形成的天线。
它有微带线和同轴线这两种主要的馈电方式。
微带天线在金属贴片与金属接地板之间激发辐射场，通过贴片四周与接地板之间的缝隙向外辐射，因此也称作缝隙天线。
频带窄、功率容量小、损耗大和基片对性能影响较大等是微带天线的缺点，其优点是体积小，质量轻，低剖面，制造简单，成本低，易集成，容易实现双频、多频段工作等，也正是这些优点，使得工作在100 MHz~50 GHz频率范围内的微带天线常用于卫星通信、指挥和控制系统、导弹遥测、武器引信、环境检测等。
无线电引信在军事上可用于控制武器弹丸的引炸，来达到最大的杀伤效果。
而天线属于引信察觉装置的一部分，用于发射和接收信号。
所以，天线的性能对引信的工作状态以及武器弹丸的杀伤力有非常大的影响。
由于天线要附着在弹头上，而一般的弹体头部大都是圆锥形，为了便于将微带天线安装在弹头部位，本文将设计一个中心频率为7.2 GHz的圆形微带贴片天线，其相对介电常数为εr = 4.4，损耗正切tan δ = 0.164 6。
1 圆形微带天线设计1.1 介质设计在天线设计中，介质基片的材料及厚度，对天线的性能有很大影响，所以首先需要考虑介质的材料及其厚度。
而材料选择主要考虑的电特性参数是其相对介电常数εr和损耗角正切tan δ。
介电常数的稳定性非常重要，变化的介电常数将导致贴片频率漂移。
介电常数大能减小贴片尺寸，但通常也会减小贴片单元带宽；介电常数小又会增加贴片周围的边缘场，降低辐射效率。
大损耗基片常常会降低天线效率，增加反馈损耗，所以在选择介质材料时，需要综合考虑。
本设计综合考虑后，确定以FR4环氧树脂板为介质材料，其相对介电常数为εr= 4.4，损耗正切tan δ = 0.164 6，这也是微带天线设计中常用的一种材料。
对基片的厚度而言，厚介质基片，可提高天线机械强度、增加辐射功率、减小导体损耗，展宽频带；但同时也会增加介质损耗，引起表面波的明显激励。
设计实验微带贴片天线设计
设计实验微带贴片天线设计
（一）实验目的
了解微带天线设计的基本流程 掌握矩形微带天线的设计方法 熟悉在ADS的layout中进行射频电路设计
的方法 掌握用ADS进行阻抗匹配的方法
设计实验微带贴片天线设计
（二）设计要求
PCB板材质为Duriod5880（εr＝2.2），
厚度h＝0.762mm，设计一个工作频率为 3GHz的矩形微带天线。 天线采用微带馈电方式，馈线阻抗为 50Ohm
设计实验微带贴片天线设计
（三）微带天线的技术指标
辐射方向图 天线增益和方向性系数 谐振频率处反射系数 天线效率
设计实验微带贴片天线设计
（四）设计的总体思路
计算相关参数 在ADS的Layout中初次仿真 在Schematic中进行匹配 修改Layout，再次仿真，完成天线设计
这样整个天线的版图 就完成了，如右图所 示。
设计实验微带贴片天线设计
仿真预设置
在进行layout仿真之前，先要进行预设置。 在菜单栏选择Momentum ->Mesh>Setup，选择Global标签。 鉴于ADS在 Layout中的Momentum仿真是很慢的， 在允许的精度下，可以把“Mesh Frequency”和 “Number of Cells per Wavelength” 设置得小一点。本例中设 为3.5GHz。
最后在贴片宽边中间加入长度为3cm的50Ohm馈线。 这里先要计算馈线宽度。
设计实验微带贴片天线设计
馈线宽度的计算
在ADS主窗口中点击 打开一个原理图窗口； 在原理图窗口中选择Tools->LineCalc->Start
LineCalc，弹出传输线计算工具窗口(下页图)； 在LineCalc中选择Options->Preference…将长
X波段圆极化天线的设计与实验
根据 天线 的工作要 求 ， 天线底部设 计为矩 形一 圆形 模式
中发射 的信 号通 过接 收天线 ， 后 下变 频后 接人 到检 测 接 然 收机中还原传输 的数 据信息 ， 检测射 频信号质 量 。 为配合地检 系统 的实 验 ， 计 了一 种 工作 于 Ｘ波 段 ， 设
关键 词 ：圆 极化 ； 锥 喇 叭 ； Ｓ 圆 ＣＴ 中 图分 类 号 ：ＴＮ ２ ８ 文 献 标 识码 ：Ａ
Ｄｅ ｉ ｎ ａ ｄ ｅ ｐｅ ｉ ｅ ｆＸ－ ｎｄ ｃ ｒ ｕ ａ ｌ ｌ ｒｚ ｄ ａ ｅ ｎａ ｓｇ ｎ ｘ ｒ ｍ ｎｔｏ Ｂａ ｉ ｃ ｌ ｒ ｙ ｐｏ ａ ｉｅ ｎｔ ｎ
０ 引
言
中 ］通过理 论分析 和优 化设 计 ， 到 了最优 化 的螺 钉尺 ， 得 寸和 间距 。
１ １ 矩一 ． 圆转换器 的分析与 设计
在 星载发 射 机 的 研 制 过 程 中， 了 配 合 各 部 件 的 调 为
试、 实验 以及 检 测需 要 ， 需进 行 地 面检 测 。地 面检 测 系 统
导的管壁对称地插入 ， 等间隔排列来实现的， 螺钉直径与插入深度 由计算 得出 。为实现信号低反射馈 入 ， 电端 口采 馈 用 了矩一 圆波导转换器 ， 完成 了从矩形 波导过渡 到圆形波导 。天线 的辐射器采 用了传统 的圆锥喇叭 。使用 Ｃ Ｔ微波 Ｓ 工作室 仿真该天线 ， 并调整各部分的尺寸， 得天线性能最优化 。实 验测量数 据与仿真结果 吻合较好 ， ４ ０ＭＨｚ 使 在 ０ 的工作带宽 内， 天线增益大于 １ ． Ｂ 增益平坦度好 ， 比小于 １ ５ｄ ， ４ ５ｄ ， 轴 ． Ｂ 驻波 ｋＪ 于 ｌ２ ｇｌ ， ＿。
Ａｂ ｔａ ｔ Ａ ｉ ｕ ａ ｌ ｏ ａ ｉｅ ｎ ｅ ｎ ｔｏ ｕ ｅ ． Ｔｈ ｅ ｉ ｎ ｏ ｈ ｎ ｅ ｎ ｓｂ ｓ ｄ ｏ ｒ ｃ ｉａ ｅ ｄ ｆ ｒａｔ ｐ ｆ ｓ ｒ ｃ ： ｃｒ ｌｒｙ ｐ ｌ ｒ ｄ ａ ｔｎ ａｉ ｉ ｒ ｄ ｃ ｄ ｃ ｚ ｓｎ ｅｄ ｓｇ ｆｔ ｅａ ｔ ｎ ａ ｉ ａ ｅ ｎ ｐ ａ ｔ ｌ ｅ ｏ ｙ ｅｏ ｃ ｎ ｓ ｔ ｌ ｔ ｒ ｕ ｄ ｈ ｃ ｏ ｔｓ ｓ ｅ ￣ Ｔｈ ｉｃ ｌｒ ｏ ａ ｉ ｄ ｉｌ ｉ ｅ ｌ ｅ ｓｎ ｔ ｌ ｃ ｅ ｉ ｓ ｒ ｅ ｎ ｃｒ ｕａ ａ ｅｌ ｅ ｇ ｏ ｎ ｃ ｅ ｋ ｕ － ｙ ｔ ｎ ｉ ｅ ｃｒ ｕ ａ ｐ ｌｒｚ ｆ ｄ ｓ ａ ｉ ｄ ｕ ｉｇ ｍｅ ａ ｓ ｒ ｗｓ ｎ ｅ ｔｄ ｉ ｉｃ ｌｒ ｅ ｅ ｒ ｚ ｗａ ｅ ｕ ｄ ｎ ｑ ａｌ ｐ ｃ ｄ Ｔｈ ｉｍ ｅｅ ｎ ｅ ｔ ｆ ｈ ｃ ｅ ａ ｅ ｔ ｅ ｒ ｔ ａｌ ｎ ｌ ｚ ｄ Ｆｏ ｏ ｓｇ ａ ｖ ｇ ｉ ｅａ ｄ ｅ ｕ ｌ ｓ ａ ｅ ． ｙ ｅ ｄａ ｔ ｒ ａ ｄ ｄ ｐ ｈ ｏ ｔ ｅ ｓ ｒ ｗｓ ｒ ｈ ｏ ｅ ｉ ｌ ａ ａｙ ｅ ． ｃ ｙ ｒ ｌ ｗ ｉｎ ｌ ｒ ｆｅ ｔ ｎ ｅ ｔ ｎ ｕ ａ ｏ ｃ ｒ ｕ ａ ｏ ｖ ｒｅ ｓ ｄ ｉ ｈ ｘ ｉａ ｉｎ ｐ ｒ ｎ ｃｈ ｒ ｓ ｄ ｆ ｒｒ ｄ ａ ｉｎ Ｔｈ ｎ ｅ ｎ ｅｌ ｃｉ ，ｒ ｃ ａ ｇ ｌ ｒｔ ｉｃ ｌ ｒｅ ｎ ｅ ｔ ｒｉ ｕ ｅ ｎ ｔ ｅｅ ｃｔ ｔ ｏ Ｌ Ｃｏ ｉ ｏ ｎ ｉ ｕ ｅ ｏ ａ ｉｔ ． ｏ Ｓ ｏ Ｓ ｏ ｅａ ｔｎ ａ
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z size/ mm 0 0 0
4. 508 0 20
图 2 天线的 S11 曲线
图 3 天线的 VSWR 曲线
图 1 天线三维模型
同轴馈电端从接地板的底部穿过 ,切记同轴馈电的 内外导体不能相连 ,否则不但天线不会有正常辐射 ,还 会对测试仪器造成致命的损伤 。介质板的大小已不能 再缩小 ,否则会严重影响天线特性 ,另外接地板的大小 越大越好 。由图 2 ,图 3 可见 , S11 曲线在带内完全能满 足要求在 - 20 dB 以下 。V SWR 在带内也为 1. 5 以下 , 其性能良好 。天线的三维方向图如图 4 所示 。
并且主波束的能量有一部分射到抛物面上反射进 入副反射面再进入接收机 ,还有一部分是直接进入副面
《现代电子技术》2009 年第 15 期总第 302 期
通信与信息技术
再进入接收机 ,这样就带来了很大的误差 。 因此这里换一种方法 ,在实验室中找一个喇叭天线
作为接收 ,直接接收微带天线辐射波束 ,在较近的范围 内手动水平移动接收喇叭 ,观测接收到的信号也可以大 致看出方向图的形状 ,并且由于是水平移动 ,信号幅度 的变化更加明显 ,如图 11 所示 。
关键词 : X 波段微带天线 ;ADS 与 H FSS 软件 ;网络分析仪 ;调试对比 ;卡式天线 中图分类号 : TN82 文献标识码 :A 文章编号 :10042373X(2009) 152104204
Design and Test of Small2scale X2band Microstrip Antenna
4. 2
匹配端微带 13. 8 ,8. 7 ,0. 508
4. 9
同轴馈电端 16. 3 ,9. 6 ,0. 508
接地板
- 20 , - 20 ,0
0. 45 ( radius)
60
辐射边界
- 20 , - 20 ,0
60
y size/ mm 19. 2 0. 6 1. 8 - 0. 45
( radius) 60 60
根据文 献 [ 1 ] 中 矩 形 贴 片 天 线 参 数 的 计 算 方 法
得出 :
Rr
= 90εrε-2r 1
L W
2
式中 : Rr 为辐射电阻 (单位为 :Ω) 。
收稿日期 :2009201221
104
《现代电子技术》2009 年第 15 期总第 302 期
通信与信息技术
频带宽度
=
3. 77εrε-2r
1
Wt
L λ0
,L
= 0. 49λ0 /
εr 。
由于客观条件的限制 ,贴片尺寸不能做得太大 ,通
过计算 L = 91 5 mm , 设 W = 2L 。随着 W 的增大 , 天线
的频带宽度会越来越大 , 由此而带来了许多不利之处 ,
比如宽长比过大 , 会使天线的体积加大 , 成本加大 。另
大平面上同相激励的两个缝隙 ,缝的电场方向与长边垂
直 ,并沿长边 W 均匀分布 。
1. 2 矩形贴片天线尺寸的理论计算
首先选择板材为 Roger s 4003 的介质板 ,介电常数 εr = 3. 38 ,厚度 t = 01 508 mm ,对于所要观测的卫星信 号频 率 为 81 44 ～ 81 46 GHz , 因 此 采 用 中 心 频 率 为 8. 45 GHz ,波长λ0 = 351 5 mm 。
外 , 随着 L / W 的进一步变小 , Rr 会以平方律缩小 ,若 Rr 过小则不利于进行微带线之间的匹配设计 。因此这里
将宽长比设为 2 。 采用从底板穿孔的同轴馈电方法 ,馈电端为 50 Ω
的微带 , 可以从 Transmissio n Line Calculator 软件中 计算得到 50 Ω 微带的长宽 。由上述辐射电阻的计算公 式可得 Rr = 108 Ω ,计算中间转换λ0 / 4 微带线的特性阻
抗 Z = 108 ×50 = 731 5 Ω ,再从 Line Calculator 软件
中计算出该段微带的长与宽 。
1. 3 软件仿真
这里采用 Ansoft 公司的 H FSS 天线仿真软件 。它
是 Ansoft 公司推出的世界上第一个商业化的三维结构
电磁场仿真软件 ,业界公认的三维电磁场设计和分析的
中科院上海天文台佘山 25 m 卡式天线接收信号 , 如 图 9所示 ,用频谱仪观察方向图 。
图 8 实测的 S11 与仿真设计 S11 的比较
图 5 贴片表面电流分布
图 6 加工后的贴片天线
图 9 方向图测试
将微带天线的主波束对准卡式天线馈源 ,匀速缓慢 地转动天线 ,经过 X 波段接收机在频谱仪上显示 。大 致能观测出波束幅度的变化并且主波束为 30 左右 ,与 设计相符 ,如图 10 所 antenna ;ADS and H FSS software ;netwo rk analyzer ;debug cont rast ;Cassegrain antenna
0 引 言
微带天线大致可以分为三种基本类型 :微带贴片天 线 ,微带 行 波 天 线 和 微 带 缝 隙 天 线 。这 里 主 要 介 绍 第一种 。这类天线普遍应用于频率高于 100 M Hz (λ0 < 3 m) 的低轮廓结构 ,通常由一矩形或方形的金属贴 片置于接地平面上一片薄层电介质 (称为基片) 表面所 组成 。其贴片可采用光刻工艺制造 ,使之成本低易于大 量生产 。实际上能计算其辐射特性的图形是有限的 ,如 矩形 、圆形 、椭圆 、五角星 、环形 、三角形 、半圆形等 。面 对众多的天线图形 ,其设计思路及天线特性很多 ,但最 终的目的只有一个 ,就是让天线有更好的辐射特性 ,更 高的效率 ,满足需要的特定的参数性能 。
图 7 网络分析仪的测试结果
将在网络分析仪上观测的 S 参数结果生成 S2 P 文 件 ,导入 ADS 中 ,可以与用 H FSS 仿真的结果对比观 察 ,见图 8 。
2 对天线的方向图进行测试
这里采用在空旷地带 ,用微带天线发射信号 ,采用 106
图 10 方向图在频谱仪上的显示
这里阐述用大型天线测量的弊端 :该抛物面天线只 能做绕轴心转动而不能做水平移动 ,这样在测方向图时 就产生了很大误差 ,只能大致观测到波束幅度的强弱变 化无法详细地观察到主瓣 ,旁瓣等 。
图 4 天线的三维方向图
1. 4 贴片表面电流的理论分析 如图 5 所示 ,从匹配端馈电后转换微带与主贴片交
接处电场强度最大 ,之后分别向两边辐射 ,经历了一个波 谷在主贴片的边缘处强度又缓缓变大 ,因此如果长度做 的适宜并且输入功率加大 ,可产生多波束的微带天线 。 1. 5 成品测试
在仿真后的文件中生成. sat 文件 ,然后导入 Pro2 tell 生成 gerber 文件 ,之后可以拿去厂家直接加工 ,见 图 6 。在焊接馈电端时 ,采用的是可以达到 18 GHz 的
情况 。改变微带天线的形状也可调节辐射特性 ,但分析 起来较为复杂 。
参 考 文 献
1 矩形贴片天线的设计仿真及端口匹配
1. 1 分析微带线辐射原理 典型的矩形贴片天线尺寸 : 长度 L ,宽度 W 和基片
的厚度 t ,可以采用由同轴线在贴片左边缘的中点馈电 。 其左 ,右边缘上的电场水平分量的方向相同 , 同相线极
化辐射以贴片的边射方向最强 ;也可以采用一条微带馈
线加上匹配端的馈电方式 。辐射元 、介质板和接地板视
电子设计工业标准 。对于采用有限元法计算电磁场的
H FSS 来说 ,需要给建立的模型加一个辐射边界 ,这样
才能保证计算收敛 ,因此过大的尺寸会浪费内存与时
间 。根据 上 述 理 论 计 算 的 参 数 来 设 计 天 线 , 出 现 的
S 参数已基本上位于中心频率的周围 ,有一定的频差 ,
并且驻波特性也十分理想 ,因此还要微调贴片长宽及匹
通信设备
李明昊等 :小型 X 波段贴片天线设计 、匹配及测试
小型 X 波段贴片天线设计 、匹配及测试
李明昊 ,李 斌
(中国科学院 上海天文台 上海 200000)
摘 要 :应对接收 X 波段 (81 44～8. 46 GHz) 卫星信号 ,以及小型化的需要 ,设计了同轴侧馈式矩形微带天线 。理论计算 好各参数尺寸后在 H FSS 中建模 ,仿真效果良好 ,在 ADS 中画出电路板生成 GERB ER 文件 ,加工成板子后用网络分析仪进 行调试 ,生成的 S2 P 文件导入 ADS 软件与 H FSS 的仿真图形对比 。最后采用中科院上海天文台佘山 25 m 卡式天线作为接 收天线对方向图进行观测 。
L I Minghao ,L I Bin
(Shanghai Ast ronomical Observato ry ,Chinese Academy of Sciences ,Shanghai ,200000 ,China)
Abstract : To meet t he need of receiving X2band (8. 44～8. 46 GHz) satellite signal and small2scale ,t he design p rocess of co2 axial side2fed rectanglar micro st rip antenna at cent re f requence of 8. 45 GHz is int roduced. Calculating t he parameters in t heo ry and setting up t he model by H FSS. Drawing t he circuit by ADS and creating GERB ER file. And t hen testing t he antenna by Agilent Technologies ,expo rting t he S2 P file and importing it to ADS. Comparing t he test grap h wit h t he grap h of original de2 sign by H FSS. Making use of t he Shao′s 25 met res Cassegrain antenna as t he receiver to o bserve t he antenna beam pattern.