前言：

微帶天線的制作成本低，天線的整體尺寸往往較小，具有很輕的重量。而且由于是印刷形式的，易于加工和批量生產(chǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于通信系統(tǒng)中。為提高天線的方向性，最為直接的方法是利用電磁波干涉原理，將多個(gè)單元組合陣列。有時(shí)為實(shí)現(xiàn)特殊用途，還要求天線的波束具有掃描功能。本文設(shè)計(jì)了一款駐波形式的串聯(lián)饋電微帶陣列天線，工作在Ku頻段，并且采用切比雪夫綜合方法，有效降低天線的副瓣電平，然后將單個(gè)線陣組合成為面陣，給每個(gè)端口賦予不同的相位和激勵(lì)幅度，實(shí)現(xiàn)了平面波束掃描功能。

關(guān)鍵字：微帶天線，陣列，低副瓣，相控陣 HFSS CST

天線設(shè)計(jì)

天線串饋模型如圖所示：

圖1 天線模型示意圖

首先選擇合適的基板材料，選擇介質(zhì)基板材料是通常從以下幾個(gè)方面考慮：

1.選擇合適的相對(duì)介電常數(shù)。

微帶天線的尺寸受介電常數(shù)影響很大，相對(duì)介電常數(shù)越大，微帶天線的尺寸就越小，且天線的帶寬也會(huì)降低，對(duì)制造公差要求較高。

2.選擇合適介質(zhì)損耗角正切。

損耗角正切的值與天線的效率密切相關(guān)，損耗角正切的不斷增 加，其饋電損耗也逐漸變大。

3.介質(zhì)基板厚度

基板厚度對(duì)天線的帶寬、增益以及效率等方面的影響較大，適當(dāng)增加介質(zhì)板的厚度，帶寬會(huì)變寬，效率會(huì)提高，但是如果介質(zhì)板厚度太大，會(huì)激起表面波，使得天線間的耦合度增加，效率也會(huì)下降；減小介質(zhì)板厚度可以使天線的增益變大，但是天線的帶寬會(huì)變窄。經(jīng)過(guò)綜合考慮，本次設(shè)計(jì)采用羅杰斯Ro5880板材，相對(duì)介電常數(shù)為2.2，損耗正切值約為0.002

下一步就是設(shè)計(jì)貼片部分，首先要確定貼片的尺寸，本次設(shè)計(jì)的串聯(lián)饋電陣列，要滿足低副瓣要求，就要實(shí)現(xiàn)各個(gè)單元激勵(lì)電流的幅度控制，如圖1所示W(wǎng)p與Lp分別是貼片的寬度與長(zhǎng)度，其中Lp決定天線的中心頻率，Wp影響阻抗，實(shí)現(xiàn)不同單元間的電流分布，就是調(diào)整Wp，最初的貼片大小可以根據(jù)微帶天線的經(jīng)典理論計(jì)算得到，然后微調(diào)Lp，使其工作在需要的頻帶范圍，然后根據(jù)每個(gè)單元激勵(lì)的電流幅度要求，設(shè)計(jì)每個(gè)單元的Wp值，最后將所有單元用一根微帶線串聯(lián)起來(lái)，根據(jù)駐波陣列設(shè)計(jì)原理，則每個(gè)單元間的微帶線長(zhǎng)度應(yīng)該是二分之一波導(dǎo)波長(zhǎng)，也就是說(shuō)，每個(gè)貼片的間距Ld應(yīng)該保持在一個(gè)波導(dǎo)波長(zhǎng)，這樣實(shí)際貼片的間距將小于1個(gè)空間波長(zhǎng)，組合陣列不會(huì)出現(xiàn)珊瓣。

為實(shí)現(xiàn)低副瓣效果，本次設(shè)計(jì)采用切比雪夫分布，按照25dB副瓣計(jì)算，得到10單元電流分布如下

然后將貼片的Wp寬度，按照電流幅度的比值，從中間向兩邊依次按照規(guī)律計(jì)算即可，最終得到如下圖的模型，需要指出，本例的天線從中間饋電，利用180度微帶線相移，平衡左右相位。

圖2 天線設(shè)計(jì)模型

圖3天線S11

圖4 天線3D增益圖

圖5 E面與H面方向圖

圖4和圖5可以知道，線陣的增益在17dBi，副瓣控制在20dB以下，然后將此陣列組合成面陣，如下圖

圖6 平面陣

圖7 波束掃描

根據(jù)圖6和圖7可以看到，平面陣列增益約25dBi，在掃描的情況下，-50到50deg范圍內(nèi)，均可以保持低旁瓣，增益下降在2dB左右，隨著掃描角度的增加，3bB波束寬度有所增加。

總結(jié)

本文設(shè)計(jì)了一款工作在Ku波段的低旁瓣陣列天線，首先設(shè)計(jì)低旁瓣的線陣，進(jìn)而組合成面陣，面陣在15.5GHz增益達(dá)到25dbi，在50度范圍內(nèi)，波束實(shí)現(xiàn)掃描，并且保持低的旁瓣效果。

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