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摘要随着现代无线电技术的发展，由微带天线元构成的平面阵或相控阵被广泛应用于各中种雷达技术和通信系统中。微带天线的特征是比通常的微波天线有更多的物理参数，他们可以有任意的几何尺寸和形状，但其固有的缺陷是频带窄，因此宽带相控阵的研究拥有重要价值和应用意义。同时通信技术的发展要求通信设备的集成度越来越高，使其体积越来越小，这就对天线的小型化提出更高的要求。本文首先介绍 LTCC（Low Temperature Co-fired Ceramic，低温共烧陶瓷）技术，由于其本身具有高耐温性、高耐湿性、高热传导率、低介质损耗、优良的高频高 Q 特性等特点，该技术能进一步缩小天线的体积。其次，简要介绍超宽带天线的概念、特点、研究背景和国内外研究现状。讲解了基于互耦效应的相控阵天线的基本原理和数值分析方法。最后，根据理论分析，设计出一个1×3 元的宽带相控阵结构，测试结果验证了该相控阵线阵的宽频带特性。28653
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毕业论文关键词 宽带，互耦效应，低温共烧陶瓷
Title The researches on wideband antennaAbstractWith the development of modern wireless electronic technology,the planar or phasedarray composed of microstrip antenna element is widely used in a variety of radarand communication systems. Microstrip antenna has more physical parameters thanthe usual microwave antenna because of its arbitrarily geometrical size and shape.Narrow band is its main defect.Thus, broadband phased arrays have special valuesin terms of practical applications. The development of communication systemsrequires that its equipments become more integrated.This demand calls for theminiaturization of antenna.Firstly, LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic,LTCC) technology is brieflyintroduced.This new technology is very suitable for miniaturized antenna due toits high performance in microwave such as high Q, low dielectricloss,etc.Secondly,the background and recent research of wideband areintroduced.The wideband antenna is explained with basic principle and analysismethods.Finally,based on this theory,a 1×3 wideband antenna array structure isdesigned.Simulating results show that this antenna array operates over a 3:1bandwidth while providing a steady gain.
Keywords wideband,mutual coupling effect,LTCC
目录
1引言1
1.1研究背景及意义1
1.2国内外研究现状2
1.3本文安排3
2LTCC技术介绍.5
2.1LTCC技术的概念.5
2.2LTCC的工艺流程.5
2.3LTCC技术的优点.6
2.4LTCC技术的应用.6
3天线简介8
3.1天线的主要参数8
3.2基于有限元法的电磁场计算方法8
3.3超宽带天线9
4基于阵元间互耦效应的超宽带天线阵列理论的研究11
4.1相控阵天线的基本原理11
4.2基于强耦合效应超宽带天线工作原理13
5超宽带天线阵列的设计19
5.1AnsoftHFSS简介.19
5.2天线单元形式的选择与模拟19
5.3天线阵列进一步改进的设想26
结论28
致谢29
参考文献30
1 引言1.1 研究背景及意义天线作为收发电磁波的重要器件，任何无线电系统都不能离开它。近年来，无线通信系统的快速发展需要天线的各项性都有能进一步增强。人们往往希望自己的通信终端能够更加短小、轻薄，因此个人通信终端的小型化是很长一段时间设计方面的重点。传统的天线体积过大，无法应用在较小的环境中，因此天线的小型化设计意义重大。微带天线的发展历史悠久， 人们最初把它加载在火箭或者导弹上。 现已广泛应用于遥感、雷达、遥测、遥控、导航、生物医学、精密仪器、环境监测等领域。微带天线的性能会直接受到辐射元、介质基片和接地板的影响。对微带天线小型化的研究大多围绕这三者展开。微带天线小型化的方法除了用高介电常数的介质材料以外，还有以下几种方式：（1）使用短路探针或短路壁（2）改进接地结构和辐射元，比如接地面开槽、辐射元开槽以及蛇形线辐射元（3）使用寄生辐射元，比如PIFA。可以看出，不同的材料或结构都会对天线的性能产生巨大影响。由此一种新型的材料制作技术 LTCC技术的出现推动了微波器件小型化。它已经被广泛用于微波器件的设计中，但相比于滤波器方面的应用，它对天线领域的涉足还较浅。在现代电子系统飞速发展中，常常需要对相控阵雷达系统提出高增益、宽频带、多波束、低副瓣或超低副瓣、低交叉极化分量和波束控制等技术。小重量、功效高、小成本等优点，使得具备这些优势的微带天线成为了时下最流行、最常用的天线类型之一。很大程度上的满足了人们对通信工程以及电路等各方面的基本需求。但是微带天线在工作时频率不够宽等不足之处也是其不可忽视的缺点。为了进一步提升其工作带宽并减小尺寸单元，一般都会采用增大单元间距或增大基板厚度等传统方法。将这些方法用在的设计之中，会造成十分机械单一的改良结果。导致发生表面波的应激增加，天线增益和其做功效率下降等劣势。特别是在微带天线阵列中，天线馈线宽度会随着介质厚度的增加而增加，进而使得微带天线的馈线产生很大的损耗，天线阵列质量与工作能力也跟着降低。宽带相控阵技术主要应用于高分辨率雷达，通过提高相控阵雷达带宽性能使它具有较高的距离分辨率以及低截获的能力，而且其抗干扰性能也会得到改善。因此，宽带相控阵天线的研发已成为一种主要趋势。但是在天线的设计过程中，往往会出现阵元之间的耦合效应，这会对天线的性能有较大影响。