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36GHz微带贴片天线阵列设计

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第一章绪 论

1.1 论文研究背景及意义

1.2微带天线的国内外发展情况

1.3论文的主要研究工作

第二章微带贴片天线的基本理论和分析方法

2.1 微带天线的基本概念

2.2微带天线分类

2.3微带天线的优缺点

2.4微带天线的辐射原理

2.5微带天线的分析方法

2.6传输线模型理论

2.7空腔模型理论

2.8积分方程法

第三章微波工程问题的有限元数值计算方法

3.1 微波工程问题的分析方法

3.2微波工程问题的数值分析方法

3.3 电磁场有限元方法的基本原理

3.4基于电磁场有限元方法的微波网络数值计算方法

第四章单元微带贴片天线设计

4.1 材料及尺寸的初步确定

4.2利用HFSS进行模拟仿真和优化

第五章微带天线阵列设计

5.1 阵列天线基础

5.2天线阵元间的互耦分析

5.3天线阵列的互耦分析

5.4十六单元微带贴片天线阵列设计

第六章 结论

致 谢

参考文献

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摘要

本文根据相应的指标要求,设计了一款工作频率在36GHz的16单元(4×4)线极化矩形微带贴片天线阵列。主要研究内容分为三个部分: ⑴根据指标要求选取介质基板的材料并确定其初步尺寸。依据通用性和实用性原则,选取Rogers RT/duroid5880(tm)为介质基板材料,利用传输线逐级匹配的方法保证50欧姆的特性阻抗,并确定贴片的厚度为0.0178mm,材料为铜质。利用空腔模型理论和经验公式设计单个贴片的结构尺寸,然后用HFSS软件对其进行模拟仿真。通过该软件的扫频功能,分别对各参数进行优化分析,从而确定比较精确的尺寸数据,并得出天线增益、电压驻波比、特性阻抗和S参数等的仿真图形。 ⑵根据前面设计结果对四单元贴片阵列进行设计。根据设计简单、加工方便的原则,将优化后的单个贴片以四个并联侧馈的形式组建四单元基本阵列。由于是线极化天线,可以忽略输入信号的相位影响。由于上下两层二单元贴片对称的特点,主要就是对一级馈线曲变和二、三级馈线尺寸的设计。由于采用并联结构,根据传输线理论利用逐级匹配原则,二、三级馈线的具体尺寸可由一级馈线的尺寸粗略得到。并且注意由于馈点的位置不同,上下两层馈线的具体尺寸略有差异。然后通过模拟仿真对结构参数进行扫频并优化,得到更为理想的结果。 ⑶在四单元基本贴片阵列的基础上,参照指标要求并根据前面设计的相关尺寸和基本步骤,通过对四单元贴片阵列的并联叠加,得到了十六元微带贴片天线。并通过计算和仿真,对五至九级馈线的尺寸进行优化,从而得到精确的结构尺寸。并通过仿真,得到了该天线阵列的天线增益、电压驻波比、特性阻抗和S参数等的仿真图形。通过比较分析,证明该天线满足设计指标。结果说明该天线性价比良好,由于采用并联侧馈形式,结构简单,加工方便,极大地降低了制造成本。

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