微波与天线结课论文

微波与天线结课论文（精选6篇）

篇1：微波与天线结课论文

1.Ae=(λ/4π)G 将G=20dB=100，λ=1m代入，则可得 Ae=(1/4π)*100=7.96㎡.2.答案：（1）蝙蝠翼天线由水平对称振子天线排列组成，朝空间辐射水平极化波，以满足电视广播信号的要求；（2）两幅蝙蝠翼在空间正交布置，构成旋转场天线，以获得在水平平面的全向特性；（3）各振子沿传输线两侧水平放置，中间馈电处振子较短，而两侧短路端振子较长，以获得宽频带阻抗特性，满足电视信号发射的带宽要求。3.螺旋天线工作原理

阿基米德螺旋天线的半径随角度的变化均匀地增加： r=r0+αφ

一式中, r0是起始半径, a 是螺旋增长率, φ是角度(弧度)。但是不可能像非频变天线要求的那样按式中使其结构缩比到无限小。因此,对高端频率有所限制。但是,若用一根平衡馈线从平面螺旋中心馈电,那么馈电点附近,由大小相等方向相反的电流产生的辐射场在远区互相抵消,在螺旋的周长接近一个波长时有最大辐射。周长为λ的圆环上的行波电流将辐射圆极化波,因此,在周长为一个波长附近的区域,形成平面螺旋的主要辐射区。当频率变化时,主要辐射区随之变动,方向图基本不变。因此,天线具有宽频带工作特性。对应最低频率天线要有1.25λmax ,对最高频率,由馈电点间隔尺寸决定,其间隔必须小于λmin/4。为了避免电流在螺旋最外层的边沿上反射,通常在最外层螺旋线的末端端接吸收电阻或吸收材料。这样螺旋线上是行波电流,它产生的是圆极化波。如果存在从末端反射回馈电点的电流,它辐射的是反相圆极化波。平衡馈电的巴仑可放在反射腔内,这样可避免方向图倾斜并可以用同轴线馈电。

4.答案：理想缝隙天线和与之互补的电对称振子的辐射场之间的异同有：（1）极化不同，它们的E面和H面是互换的;(2)它们有相同的方向性，有共同的方向函数。

5.电波在传播时，能量是通过以发射、接收两点为焦点的一系列椭球区域来传播的，这些区域称为菲涅尔区。其中第一菲涅尔区对电波传播起主要作用，因此将第一菲涅尔区称为电波传播的主要通道。如果第一菲涅尔区内有障碍物，则接收点的信号强度将受到影响。6.大地对地波能量吸收的大小与下列因素有关：

(1)地面的导电性能越好，吸收越小，则电波传播的损耗越小。因为电导率越大，地电阻越小，故电波沿地面传播的损耗越小。因此，电波在海洋上的传播损耗最小，湿土和江河湖泊上的损耗次之，干土和岩石上的损耗最大。

（2）电波的频率越低，损耗越小。因为地电阻与电波频率有关，所以频率越高，感应电流更趋于表面流动，趋肤效应使流过电流的有效面积减小，损耗增大。因此，利用地波传播的频率使用范围一般在1．5～5MHz。

（3）垂直极化波较水平极化波衰减小。这是因为水平极化波的电场与地面平行，导致地面的感生电流增大，故产生较大的衰减。7.①电磁波在传播过程中，由于传播媒介及传播途径随时间的变化而引起的接收信号强弱变化的现象叫作衰落。譬如在收话时，声音一会儿强，一会儿弱，这就是衰落现象。②现慢速变化，称为慢衰落；曲线的瞬时值呈快速变化，称快衰落。慢衰落产生的原因：（1）路径损耗，这是慢衰落的主要原因。（2）障碍物阻挡电磁波产生的阴影区，因此慢衰落也被称为阴影衰落。（3）天气变化、障碍物和移动台的相对速度、电磁波的工作频率等有关。快衰落原因（1）多径效应。

1、时延扩展：多径效应（同一信号的不同分量到达的时间不同）引起的接受信号脉冲宽度扩展的现象称为时延扩展。时延扩展（多径信号最快和最慢的时间差）小于码元周期可以避免码间串扰，超过一个码元周期（WCDMA中一个码片）需要用分集接受，均衡算法来接受。

2、相关带宽：相关带宽内各频率分量的衰落时一致的也叫相关的，不会失真。载波宽度大于相关带宽就会引起频率选择性衰了使接收信号失真。（2）多普勒效应。f频移 = V相对速度/（C光速/f电磁波频率）*cosa（入射电磁波与移动方向夹角）。多普勒效应引起时间选择性衰落，我的理解是由于相对速度的变化引起频移度也随之变化这是即使没有多径信号，接受到的同一路信号的载频范围随时间不断变化引起时间选择性衰落。交织编码可以克服时间选择性衰落。时间选择性衰落用T相关时间来表示=1/相关频率。例如某移动台速度为540公里/小时那么它的最大频移为1KH相关时间就是1毫秒想要克服这样速度的快衰落就要有1.5倍于衰落变化频率的功控即1500Hz快速功控。③克服衰落的方法主要根据形成衰落的原因而确定。例如,在对流层视距电波传播中,为克服由于地面反射引起的干涉型衰落，可通过选择粗糙的反射面、用刃型屏蔽体阻挡反射波、加大收发天线的高差等方法，减少或消除由多径产生的衰落。此外，分集接收技术是克服多径衰落的最有效的方法。有时，也用提高发射功率、采用强方向性天线、抗衰落天线、自适应接收技术和留足够衰落余额等方法克服衰落的影响。

8.① 大气折射就是光在密度不均匀的大气中传播时路径发生曲折的现象。②四种：对流层折射、平流层折射、电离层折射和磁层折射。9.（1）引入建筑物密度修正因子。（2）扩展Hata公式的使用距离。（3）公式Lb（市区）=69.55+26.16㏒10f-13.82㏒10hb-α（hm）+(44.9-6.55㏒10hb)㏒10dγ-S(α)dB中α(hm)取α（hm）=(1.1㏒10f-0.7)hm-1.56㏒10f+0.8(中小城市)中确定的中、小城市的值。（4）改变山地和丘陵路径的基本传输损耗中值的计算方法。（5）建议林区路径的基本传输路径损耗中值按市区公式计算。

篇2：微波与天线结课论文

构成：有两根粗线和长度都相同的导线构成，中间为俩个馈电端

原理: 若电线上的电流分布已知，则由电基本阵子的辐射场沿整个导线的积分，便得到对称振子的辐射场。实际上，西振子天线可看成是开路传输线逐渐张开而成，而其电流分布与无耗开路传输线的完全一致，即按正弦驻波分布。用途: 对称振子分为半波对称振子和全波对称振子，半波对称振子广泛的应用于短波和超短波波段，它既可以作为独立天线使用，也可以作为天线阵的阵元，在微波波段还可以作为抛物面天线的馈源。

特点: 方向性比基本振子的方向性稍强一些，平均特性阻抗Z越低R和X随频率的变化越缓慢，其频率特性越好。所以，欲展开对称振子的工作频带，常利用加粗振子直径的方法。当h=λ/4n时，其输入阻抗是一个不大的纯电阻具有很好的频率特性，也有利于同馈线匹配，而在并联谐振点附近是一个高阻抗且输入阻抗随频率变化剧烈，特性阻抗不好。

阵列天线：

构成: 将若干辐射单元按某种方式排列所构成的系统。构成天线阵地辐射单元，成为天线原或阵元

原理：天线的辐射场是各天线元所产生的矢量叠加，只要各天线元上的电流，振幅和相位分布满足适当的关系，就可以得到所需要的辐射特性 特点：天线阵的主瓣宽度和旁瓣电平是即相互依赖又相互对立的一对矛盾，天线阵方向图的主瓣宽度小，则旁瓣电平就高，反之，主瓣宽度大则旁瓣电平就低。均匀直线阵的主瓣很窄，但旁瓣数目多，电平高，二项式直线振的主瓣很宽旁瓣就消失了，旁瓣分散了天线的辐射能量，增加量接受的信噪比，但旁瓣又起到了压缩主瓣宽度的作用。

直立阵子天线：

构成: 垂直于地面或导电平面架设的天线称为直立阵子天性

原理: 单级天线可等效为一对对称振子，对称阵子可等效为一二元阵，但此时等效只是在地面或导体的上半空间成立。理想导电平面上的单级天线的辐射场可直接应用到自由空间对称振子的公式进行计算。

用途: 广泛应用于长，中，短波及超短波段。

特点: 当h《λ时辐射电阻很低。单级天线效率也很低改善方法是提高辐射电阻降低损耗电阻。

水平振子天线：

构成: 水平振子天线又称双级天线，阵子的两臂由单根或多股铜线构成，为了避免在拉线上产生较大感应电流，拉线的长度应较小，臂和支架采用高频绝缘子隔开，天线与周围物体要保持适当距离，馈线采用600Ω的平行双导线。

原理: 与直立天线的情况类似，无限大导电地面的影响可用水平阵子天线的镜像来代替，架设在理想导电地面上的水平振子天线的辐射场可以用该天线及其镜像所构成的二元阵来分析，但应注意该二元阵的天线元是同幅反相的。用途: 经常用于短波通信电视或其他无线电系统。

特点: 架设和馈电方便，地面电导率的变化对水平振子天线的影响较直立天线小，工业干扰大多是垂直极化波，因此，用水平振子天线可以减少干扰对接收的影响。

引向天线: 构成：又称为八木天线，它由一个有源振子及若干个无源振子组成，在无源振子中较长的一个为反射器，其余为引向器

用途：广泛用于米波，分米波的通信、雷达、电视及其它天线电流 原理：引向天线实际上也是一个天线阵，与前述天线相比不同的是它是对其中一个振子馈电，其余振子则是靠与馈电振子之间的近场耦合所产生的感应电流来激励的，而感应电流大小取决于振子的长度及其间距

特点：使天线的方向性增强，但由于各振子之间的相互影响又使天线的工作频带变窄，输入阻抗降低，不利于与馈线的匹配。

电视发射天线

特点：频率范围宽，覆盖面积大，有零辐射方向，天线及其电场平行于地面，为了扩大服务范围，发射天线必须家架在高大建筑的顶端或专用的电视塔上，这就要求天线必须承受一定的风荷，防雷等。还要求天线在水平面内无方向性。

移动通信基站天线

特点：有足够的机械强度和稳定性，垂直极化，根据组网方式的不同，如果是顶点激励，采用扇形天线，如果是中心激励采用全向天线，为了节省发射机功率，天线增益应尽可能的高，为了提高天线效率及带宽，天线与馈线应良好匹配

结构：VHF和UHF移动通信基站天线一般是有馈源和角形反射器俩部分组成的，为了获得较高的增益，馈源一般采用并馈共轴阵列和串馈共轴阵列两种形式，为了承受一定的风荷，反射器可以采用条形结构 用途：米波，分米波

特点：体积小，增益高，垂直极化，水平面内无方向性 螺旋天线;结构：讲导线绕制成螺旋形线图而构成的天线称为螺旋天线，通常它带有金属接地板，有同轴线馈电，同轴线的内导体与螺旋线相接，外导体与接地板相连

原理;由于法向模螺旋天线的电尺寸较小，其辐射场可以等效为电基本振子与磁基本振子，辐射场的叠加且它的电流，振幅相等，相位相同。

用途：法向模螺旋天线的辐射效率和增益都较低，主要用于超短波手持式通信机

行波天线：

用途：广泛应用于短波和超短波波段。

特点：具有较好的单向的辐射特性，较高的增益及较宽的带宽，但效率不高。原理：行波天线是由导线末端接匹配负载来消除反射波而构成的。构成：由导线和匹配构成。

宽频带天线：

特点：阻抗方向图等电特性在一倍频程或几倍频程内无明显变化。

原理;当工作频率变化时天线的尺寸随之改变即保持电尺寸不变则能在很宽频带范围内保持辐射特性。

结构：形状仅取决于角度与其他尺寸无关，具有终效应弱现象。用途:等角螺旋天线、对数周期天线在超短波和短波波段广泛应用

缝隙天线：

结构：在同轴线波导管或空腔谐振器的导体壁上开一条或数条窄缝是电磁波通过缝隙向外空间辐射而形成一种天线。

原理：对偶原理，理想缝隙天线的方向函数与同长度的对称振子的方向函数E面和H面相互交换。波导的内壁上有电流分布，管壁上的缝隙天线切割电流线，缝隙受到激励而向外产生辐射，形成波导缝隙天线。为加强缝隙天线的方向性，可以在波导上按一定规律开一系列尺寸相同的缝隙，构成波导缝隙阵。

特点：缝隙天线具有轮廓低、重量轻、加工简单、易于与物体共形、批量生产、电性能多样化、宽带和与有源器件和电路集成为统一的组件等诸多特点，适合大规模生产，能简化整机的制作与调试，从而大大降低成本。厚度很小，结构牢固，馈电方便，但容量不高，频带较窄。

用途：缝隙天线自上世纪中叶以来有了很大的发展，广泛用于地面、舰载、机载、导航等各个领域。由于缝隙阵列天线对天线口径面内的幅度分布容易控制，口径面利用率高，体积小，易于实现低或极低副瓣等特点，因而使其获得广泛使用。

微带天线：

结构: 由一块厚度远小于波长的戒指（称为介质基片）和覆盖在它上面的金属片构成的，其中完全覆盖介质板一片成为接地板，而尺寸可以和波长相比拟的另一篇称为辐射元，辐射元的形状可以是方形，矩形，圆形和椭圆形。

原理: 由于基片厚度h《λ场沿h方向均匀分布，在最简单的情况下，场沿宽度ω方向也没有变化而仅在长度方向上有变化，在两开路端的电场均可以分解为相对于接地板的垂直分量和水平分量，两垂直分量的方向相反水平分量方向相同，因而在垂直于地板的方向，两水平分量电场所产生的远区场同相叠加，两垂直分量电场所产生的场反相相消，因此两开路端的水平分量可以等效为无限大平面上同相激励的两个缝隙即微带天线可以等效为由两个缝隙所构成的二元阵列。

特点: 体积小，重量轻，低剖面。波瓣较宽，方向系数较低，频带窄，损耗大交叉极化大，单个微带天线的功率容量小等

用途 广泛用于100MHz~50GHz的频率范围。

智能天线：

结构: 由天线阵和算法构成。是数字信号处理技术与天线有机结合的产物。原理: 它将每个用户信号分为D路（D为天线单元数），并分别以W11 W12…….Wmd加权，得到M*D路信号（M为用户数），然后将相应的M路信号以不同的加权系数组合而成，因此信号的波形是不同的，从而构成了M个信道方向图。

特点: 具有较高的接受灵敏度，使空分多址系统成为可能，消除在上下链路中的干扰，抑制多径衰落效应。

用途: 提高移动通信的性能。

旋转抛物面天线

结构 :由两部分组成，其一是抛物线绕其焦轴旋转而成的抛物反射面，反射面一般采用导电性能良好的金属或其他材料上敷以金属层制成，其二是置于抛物面焦点处的馈源。原理:几何光学反射定理,能量守恒定理.特点 :1张角ψ一定时,馈源方向函数Df(ψ)变化越快,方向图越窄,则口径场分布越不均匀,口径利用因数越低.2 馈源方向函数Df(ψ)一定时, 张角ψ越大, 则口径场分布越不均匀,口径利用因数越低..3张角ψ一定时,馈源方向函数Df(ψ)变化越快, 方向图越窄,则口径截获因数越高.馈源方向函数Df(ψ)一定时, 张角ψ越大, 则口径截获因数越高.4由于抛物面几乎不存在热损耗,即η≈1，所以G≈D.5抛物面天线的方向性很大程度上依赖于馈源.用途 :在通信,雷达和射电天文等系统中广泛应用.卡塞格伦天线

结构;由主反射面,副反射面和馈源三部分组成.主反射面是有焦点在F焦距为f的抛物面绕其焦轴旋转而成,副反射面是由一个焦点在F1另一个焦点在F2的双曲线饶其焦轴旋转而成,主副面的焦轴重合,馈源通常采用喇叭.位于实焦点F2上.原理 : 卡塞格伦天线可以用一个口径尺寸与原抛物面想同,但焦距放大了A倍的旋转抛物面天线来等效,且具有相同的场分布,这样就可以利用前面介绍的旋转抛物面天线的理论来分析卡塞格伦天线的辐射特性和各种电参数.特点 : A.由于天线有两个反射面，几何参数增多，便于按照各种需要灵活地进行设计。B.可以采用短焦距抛物面天线做主反射面，减小了天线的纵向尺寸。C.由于采用了副反射面，馈源可以按装在抛物面顶点的附近，使馈源和接收机之间的传输线缩短，减小了传输线损耗所造成的噪声。

篇3：微波与天线结课论文

随着信息技术的飞速发展, 作为信息主要载体的高频电磁波———微波, 已渗透到人类生活、工业、科研、军事等各个领域。如卫星通信、蜂窝电话、无线局域网、雷达、全球定位等系统[1]。因此, 对于通信与电子专业的学生来说, 微波技术与天线类课程的学习在目前乃至今后都占据着重要地位。

2 课程主要特点

“微波技术与天线”是电子与通信类专业本科生必修的一门专业基础课程, 课程涵盖的内容是电子与通信类专业学生所具备知识结构的重要组成部分[2]。“微波技术与天线”是一门理论与工程性、实践性较强的课程, 主要包括微波技术和天线两部分。通过这门课程的学习, 学生应掌握微波和天线技术的基本概念、基本理论和基本分析、设计方法。该课程着重培养学生分析问题和解决实际问题的能力, 为今后从事微波理论研究、微波通信设备的研发和微波电路设计等工作打下坚实的基础。此外, “微波技术与天线”作为一门重要的专业基础课, 也是“卫星通信”、“移动通信”、“雷达探测”等后续课程的重要基础, 对后续课程的学习起着至关重要的作用。

“微波技术与天线”课程具有如下几个特点:2.1理论性强, 对学生数学基础要求较高。本课程以电磁场理论为基础, 以Maxwell方程组为核心, 推导出传输线方程和广义传输线方程, 并以此为基础, 讨论电磁波在理想传输线、导波系统以及自由空间中的传播特性。通过对电磁波传输特性的描述, 引入天线辐射与接收原理。这一过程中涉及大量的数学分析, 因此要求学生熟练掌握高等数学, 复变函数和矩阵理论等课程知识。2.2课程内容复杂而抽象。传输线理论是微波技术重要理论之一, 一定条件下可以采用电路的方法推导传输线方程, 即在一定条件下“化场为路”, 研究电磁波传输特性[3]。波导理论主要讨论矩形波导、圆波导、同轴线等的物理构成及工作原理。其理论基础是广义传输线方程, 而广义传输线方程是三维空间内求解Maxwell方程组。课程中的微波元件部分主要讨论各种微波元件, 各种元件根据其功能的不同, 可以通过A网络和S网络进行研究。天线部分的学习主要基于微波建立的电磁波传播特性, 引入各种形式的天线, 包括线天线、面天线等, 天线的发射和接收涉及到馈电技术和阻抗匹配原理。而天线的辐射则涉及到方向图理论。无论是微波中的“化场为路”方法、广义传输线理论、网络技术, 还是天线中的馈电原理、阻抗匹配原理、辐射方向图等都比较抽象。要求学生有一定的空间想象能力和抽象思维能力。因此, 如何让学生在课程的学习中掌握理论与工程结合、抽象思维和形象思维结合, 是非常重要的。2.3课程工程性强。本课程与工程应用紧密联系, 具有很强的工程应用背景。如:导航、雷达, 遥感、微波通信等系统, 都是基于微波理论的。

3 传统教学中存在的问题

传统微波与天线教学过程中存在的问题主要表现为三个方面。3.1教学模式存在问题。目前很多高校依然采用传统的板书式教学, 板书所占课时的比重较大。这对于微波技术与天线这种理论推导比较严谨的课程, 有助于让学生充分理解公式的由来, 但无法扩充教学内容, 效率无法充分提高。在此基础上, 部分学校选择采用全多媒体式教学, 即依靠多媒体课件授课[4,5]。这种教学方式需要提前备好多媒体讲稿, 课堂授课时教师只需要根据讲稿进行扩充讲解即可, 因此效率较高。该方式下教师能够在规定课时内根据需要扩充和丰富教学内容, 但由于多媒体课件通常条目简单, 多数靠教师讲解, 讲解过程中很少写板书, 甚至不写板书, 导致讲解速度过快, 学生没有记笔记和思考的时间, 跟不上教师的授课进度, 很容易走神, 不能激发学生的学习积极性、主动性, 自然就感觉不到使用多媒体手段教学的优越性。3.2传统教学方式偏重基础理论教学, 实践教学所占比重较小。由于课程内容较多, 难度较大, 因此, 在有限的课时内仅仅能将基本概念, 原理和方法教授给学生, 而对微波技术的实际应用、发展前沿以及更深层次的具有探索性的专业问题涉及较少。3.3微波元器件和天线部分都是偏重于微波的应用, 因此课堂只注重大量理论讲解, 会导致学生不能够理论联系实际, 不免觉得枯燥乏味, 不利于提高学生的学习兴趣和对微波技术的认识。因此, 教师应根据课程特点, 对授课方法和授课内容安排做出调整, 探索以现代信息技术为基础的新型教学方法和教学模式, 充分发挥学生学习的积极性和自主能动性, 从而提高教学质量。

4 教学改革

4.1针对传统微波技术与天线教学过程中存在的第一个问题, 应采用多媒体与板书相结合的方式来解决。在教学中, 要根据教学内容, 采用最适合的教学手段和最好的教学方法。如“微波技术与天线”课程中的一些教学内容, 只适合于用传统板书式教学方法进行教学, 如微波部分的广义传输线方程的推演过程;而一些教学内容则适合于采用多媒体与板书相结合的方式, 取长补短, 如微波部分的均匀无耗长线的工作状态分为行波、驻波和行驻波三种, 电压电流表达式的推导过程需要板书讲解, 而电压、电流分布图以及三种传输状态则需要多媒体课件动态地表现出来, 既生动又形象, 使学生在理论学习的基础上对所学内容有更直观的认识。遵从上述原则有利于克服多媒体手段和传统板书式教学方法的不足, 最大限度地发挥各自的优势, 强调两者组合的整体功能, 以收事半功倍之效。4.2针对传统微波与天线教学过程中存在的第二个问题, 应采用工程应用背景与教学内容相结合的方式来解决。微波技术课程内容比较抽象, 学生在学习中不易建立概念, 也会因怀疑课程的实用性从而减少学习的动力。针对这些问题, 应多注重对于课程内容实际应用背景以及最新前沿技术的介绍, 以应用为主线和重点进行教学内容的设计, 使其与实践密切联系, 增强学生学习的针对性, 极大地调动学生的兴趣和积极性。比如微波技术授课过程中, 涉及微波在介质中传输, 在良导体内迅速衰减部分时可以以微波炉不采用金属容器以及我国“蛟龙号”潜水艇水下通信为背景进行讲解, 理论建立于实际应用上, 更能提高学生的学习兴趣。4.3针对传统微波技术与天线教学过程中存在的第三个问题可以采用配合实验教学、实习参观和项目实践相结合的方法加以解决。首先需要加强实验课教学。由于该课程理论性强, 课程内容抽象难于理解。单纯理论授课学生不易接受, 因此实验课是一个至关重要的环节。如:课堂讲解微波的驻波传输状态时, 可配合进行驻波测量实验课教学;课堂讲解微波传输衰减时, 可配合进行衰减测量实验课教学;课堂讲解无耗双口网络应用时, 可配合进行单螺钉调配器实验教学。理论授课配合实验教学, 学生可以通过观察形象、生动的实验现象, 寻找产生该现象的本质理论基础, 通过理论联系实际, 加深对课堂所学知识的理解。此外, 解决实验课中意外发生的实际问题, 不仅培养了学生实践能力, 同时激发学生了解决问题的兴趣和热情。其次需要增设工程实习环节。由于该课程理论性强, 因此学生会对课程在实际中的应用性产生质疑, 遇到实际问题时又无从下手。为了解决这一问题, 可配合增加学生工程实习环节。如:我院与中国卫星海上测控部共建实践基地, 利用学生假期时间, 为学生提供基地实习参观机会。授课教师和基地教员带领学生参观测量船, 参观过程中, 联系课堂所学知识为学生讲解仪器设备的基本工作流程, 并实地操作加深学生印象。实践证明, 通过增设工程实习环节, 学生将课程内容很好地容融入到实际应用中, 进一步强化了学生对理论知识的理解, 有效地提高了学生综合分析问题和解决实际问题的能力。最后, 可以鼓励学生加入到授课教师的科研项目中进行项目实践。通过项目实践, 在提高学生理论认识的基础上, 激发学生的探索意识, 提高学生的创新能力。

5 结论

教学改革是一个长期的、不断探索、逐步完善的过程。为了使课程教学更好地服务于学生, 应该打破传统的教学模式, 在利用多媒体技术的基础上, 将课堂理论讲解与课后实验、课后实习以及项目实践相结合, 通过理论与实验的穿插进行, 项目实践、基地实习的配合, 使学生理性分析与感性认识相结合, 充分调动学生的学习兴趣和积极性, 提高学生的创新能力, 培养出社会真正需要的综合型技术人才。

参考文献

[1]李素萍, 吴伟“.微波技术与天线”课程教学改革探讨[J].中国电力教育, 2011, (8) :108-109.

[2]郑学梅, 邬春明, 雷宇凌.浅谈《微波技术》课程教学改革[J].科技创新导波, 2008, (24) :164

[3]王新稳, 李萍, 李延平.微波技术与天线 (第2版) [M].北京:电子工业出版社, 2008.

[4]刘茁.微波技术与天线教学中多媒体的合理使用[J].中国科教创新导刊, 2009, (29) :168.

篇4：微波天线的设计和仿真探索

关键词：微波天线；设计；仿真探索

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）20-0024-02

近年来，微波技术在我国得到了较大程度的发展，很多种类型的微波器件相继出现。目前，高功率微波无论是在通讯、导航、农业生产还是雷达方面都得到了较为广泛的应用，尤其是在20世纪70年代之后，社会以及军事方面对高频率、高功率微波源的要求更使得微波技术得到了飞速的发展。其中，微波天线辐射技术可以说是对高功率微波技术进行研究的一个重点内容，将直接关系到相关信号是否能够被有效的进行辐射。对此，就需要我们通过微波天线的仿真研究对其进行更好的设计与应用。

1 Vlasov天线仿真设计

1.1 基本原理

1.1.1 Vlasov辐射器

对于该种天线类型来说，其是1975年由俄罗斯科学家所提出的一种紧凑、结构简单且十分有效的天线技术。在其出现之后，经过一段时间的发展成为了一种新类型的天线技术，目前，该种类型天线在实际应用中也分为了很多种类型，如根据切口形状的差异就可以分为Helix-Cut、Step-Cut、Bevel-Cut三种型号。

在该种技术中，其具有的TE0n以及TM0n由于具有着对称旋转的特征，在以喇叭方式或者开口波导方式对信号进行辐射时，则往往会呈现出一种空心圆锥形状。而为了能够对其所具有的这种轴对称型进行良好的改进、使其能够在实际应用中能够具有更好的方向性，目前也逐步开发除了一种特殊形状末端的阶梯型辐射器，其形状如图1（a）、（b）所示。

对于该种结构来说，其能够将波导中所具有的轴对称特征在辐射出之后形成一种具有方向性的空间辐射场，同时，此种结构也能够作为天线反射面的馈源，而在此种情况下，我们也将称之为Vlasov辐射器。而当其在直接辐射形式下对微波进行辐射时，就可以称之为Vlasov天线。对于Vlasov辐射器来说，其在几何光学方面鄋具有的特征较为明显，即在轴对称情况下，其所具有的微波矢量在波导中也是以对称的形式进行存在的，且在周线同射线之间具有着一个夹角。而当其开口一段为阶梯形状时，其在对信号辐射过程中所具有的对称性质也会随之发生变化，其射向阶梯的射线会被反射到了另外一侧，并因此使信号辐射所具有的方向性能够得到提升。

1.1.2 带反射面的Vlasov天线

对于以斜切或者阶梯形状的辐射器端口来说，其在具体辐射方向性方面虽然相较以往具有一定的提升，但是在其上端射线方面依然具有着发散的特征，并因此依然具有着较好的方向性。而对于轴对称模式来说，其所发出的射线都是从轴线位置向着端口斜上方进行辐射，在此种情况下，为了能够获得更好的辐射效果，就可以在在阶梯或斜切口上方加一个焦线位于波导轴线上的抛物柱面，以此获得单反射面的Vlasov天线。而对于这种具有单反射面的天线来说，其在实际应用中在同一个方向上会使波束出现变窄的情况，为了能够再次基础上获得更好的增益效果，则可以在其基础上放置二级放射面。

1.2 微波天线模拟仿真设计

1.2.1 Vlasov辐射器

在本文中，以数值模拟的方式设计了一种斜切角为30 ？觷的辐射天线，对于Vlasov辐射器来说，其切口倾角情况对于最终信号的辐射方向具有着较大的影响，当该倾角较大时，其在边缘效应的基础上就会使旁瓣电平随之升高。而当倾角较小时，方向图在特征方面则不具有较为明显的改善情况，而当该值为30 ？觷时，可以说整个辐射方向图具有着最为理想的状态，这也是我们选择该值为30 ？觷的原因。

在实际模拟时，我们在对模型进行监理时主要对以下三个因素进行了充分的考虑，即模式变换器的尺寸、斜切角的大小以及变换器鼻锥形状等。在对这几个因素进行确定之后，我们获得该辐射器的结构图，如图2所示。

在该辐射率的频段方面，应当能够保证信号圆波导段TM01能够得到有效的传输，即其在低频电方面同TM01的截至频率相比应当要高，而高频点同TM02的截至频率相比应当较低。在该辐射器工作过程中，当其频率升高到出现TM02时，则会使信号具有着较为明显的色散情况，不能够以较为有效的方式进行辐射，并在该点附近会出现较强的反射情况。而当其工作频率在此基础上继续提升时，TM01与TM01则会具有着共存的状态，并因此时信号传输的方向图出现了多瓣的情况。对此我们得到仿真之后的S11参数，如图3所示。

从该参数图中可以看到，在C段位置，天线在输入端口方面所具有的反射情况较小，且天线处于良好的工作状态。其中，4.484GHz位置所具有的反射情况最小，对此，我们可以通过对外导体半径进行调整的方式使其所具有的最小反射点进行变化。而在进一步的研究后，我们可以得到该天线在phi=90 ？觷时，该辐射器所具有的方向图，如图4所示。

1.2.2 带单反射面的Vlasov天线

经过上述研究我们可以了解到，对于以斜切或者阶梯形状的端口来说，其在轴对称模式下，所具有的辐射方向性虽然相比以往有着一定的提升，但是在端口上端的信号发射射线方面依然具有着较为发散的特点，并因此在方向性上存在着一定的不足。为了能够使该种情况得到一定的改进，我们则可以在原有端口的斜切或者接地上方加设一个焦线位于波导轴线上的抛物柱面，并以此形成了一种具有单反射面特点的Vlasov天线，其模拟结构图如图5所示。

在该种模式下，该天线在phi=90 ？觷时，该辐射器所具有的方向图，如图6所示。

同之前没有经过改造的方向图相比，该种该方式在增益方面具有了较大的提升，且在波束方面也变得更窄。可以说，经过该项改造，使天线所具有的信号发射性能得到了较大的提升。

1.2.3 带二级反射面的Vlasov天线

在经过单反射面改造之后，天线则能够使信号波束在单方向上得到了变窄。在此基础上，要想进一步获得更好的增益效果，则可以在单反射面基础上加置二级反射面，如图7所示。

该天线是在之前单反射面改造基础上，再加置一个抛物柱面所形成的，其在天线phi=90 ？觷的情况下所具有的方向图，如图8所示。

可以看到，其在最大方向增益达到了20.6 dB，同单反射面相比具有了更大的提升。

2 结 语

在现今社会对信号传输的要求逐渐提升的情况下，对于微波天线的设计与研究则成为了一项非常重要的工作。在上文中，我们对Vlasov天线的设计与仿真进行了一定的研究，并获得了一定的研究成果，具有一定的实际应用意义。

参考文献：

[1] 赵春喜.串馈结构的微带天线的设计[J].科技信息，2010，（26）.

[2] 王志敏.微带天线宽频带小型化研究[J].成都大学学报（自然科学版），2011，（1）.

[3] 赖慧芳，曾东红.一种圆形开槽微带天线的设计[J].科技广场，2013，（8）.

篇5：天线结课论文(免费)

宽频带小型化天线的研究

专业：电子信息工程 年级：2012级

班级：电子1班 姓名：王振杰 学号：20122450131

2015年12月23日 宽频带小型化天线的研究

摘要：无线通信技术的迅速发展和应用，推动着通信设备及其电子器件制造向小型化、多用途的方向发展。天线作为任何无线通信系统前端收发 信号的部件，对通信质量起着至关重要的作用，也往往是制约无线通信系统小型化发展的主要障碍。设计与现代信息传递相适应的小尺寸、宽频带、高效率、大容量、易安装、多功能的天线已成为当今天线研究领域中一个很重要的课题。

由于微带天线具有体积小、重量轻、低剖面、易于与有源器件和微波电路集成的特点，目前广泛应用于雷达、卫星通信、移动无线通信、以及各种通信设备当中。但微带天线本身具有高品质因数、窄频带、低效率等缺点，大大限制了它们的应用。本论文在总结前人研究的基础上，主要针对微带天线的宽频带和小型化技术展开了研究分析。具体内容阐述如下: 1.一种基于皮亚诺分形结构工作在 X 波段的高增益、宽频带微带阵列天线。该天线由64个分形辐射单元组成辐射阵列来获得较高的增益，同时增加了寄生层形成F-P谐振腔，有效地提高了天线的带宽。在 10GHz处天线的增益为24.1dBi，小于-10dB的相对阻抗带宽达到了12.6%，同时天线的口径效率为89.4%。相对于传统的矩形结构，减小了天线的尺寸，实现了天线的小型化。

2.一种新的小型化宽频带多频微带天线。可以适用于蓝牙、射频识别、全球微波无线互联网和无线局域网。该微带天线主要由一个矩形环、一个开口六边形环、三条矩形带以及缺陷地组成,可同时工作在蓝牙、射频识别、全球微波无线互联网和无线局域网的通信频段上。天线谐振频率分别为2.47GHz、3.48GHz和5.5 GHz，相应带宽为0.11GHz(2.38~2.49 GHz)、0.86GHz（3.19~4.05 GHz）和1.11GHz（4.95~6.06GHz）,增益最高达到5.75dBi。

3.一种小型化双极化宽频带微带缝隙天线。采用十字缝隙耦合、多层积叠贴片和双层馈电等技术,并选择双偏置微带线作为馈电。这些技术的采用拓宽了天线带宽,实现了良好的阻抗匹配。双层馈电技术减小了天线尺寸,并使天线的两个端口具有良好的隔离度。通过样品测量,驻波比小于1.5的端口相对带宽分别达40%和38.5%,工作频带内两端口隔离度(S21)大于25dB,增益 最大值达9.1 dB。该天线具有良好的性能并且工作在1710~2170 MHz频段,可制作成天线阵应用于移动通信中。4.一种基于腔膜理论工作于2.45GHz的RFID标签天线。采用锯齿形边缘替代直线形边缘实现天线的小型化，然后采用圆弧形边缘代替锯齿形边缘对天线进行优化。

关键词：微带天线，宽频带，小型化天线，皮亚诺分形，多频，微带缝隙天线，十字缝隙耦合，多层积叠贴片，射频识别，圆弧形边缘

目录

摘要......................................................................................................................................1 第一章：绪论.......................................................................................................................4

第一部分：天线的小型化技术.......................................................................................4

1.1加载技术..........................................................................................................4 1.2采用特殊材料基片............................................................................................6 1.3采用特殊形式,优化天线的外彩结构.................................................................7 第二部分：天线的宽频带技术.......................................................................................9

2.1缝隙以及耦合技术............................................................................................9 2.2利用宽带匹配网络实现天线小型化和宽频带特性..........................................10 第二章：天线的研究..........................................................................................................11 第一部分：基于皮亚诺分形结构的微带阵列天线.......................................................11 摘要.....................................................................................................................11 1天线的结构........................................................................................................11 第二部分：新型宽频带多频微带天线设计..................................................................13 摘要.....................................................................................................................13 1天线的结构：....................................................................................................14 第三部分：双极化宽频带微带缝隙天线......................................................................16 摘要.....................................................................................................................16 1天线的结构：....................................................................................................17 第四部分：RFID标签天线..........................................................................................19 摘要.....................................................................................................................19 1天线结构...........................................................................................................19 第三章：总结与展望..........................................................................................................22 参考文献.............................................................................................................................24

第一章：绪论

第一部分：天线的小型化技术

1.1加载技术

用包括导体在内的集总元件、高介电常数材料对天线加载，以及采用接地平板和利用天线周围的环境等是实现天线小型化设计的主要手段，这些技术己在天线工程特别在移动通信领域中得到了广泛应用。其中最为感兴趣的问题可能是将这 些技术结合在一起用于天线的设计。

1)无源集总元件的加载是最为直接和最为简单的加载技术，也是工程中最为普遍采用的方法。可通过在天线的适当位置接入电阻、电抗或导体来构建。由于 天线长度远小于半波长时将呈现出很强的电抗性输入阻抗，加载可以对其进行补偿，改善天线中的电流分布。从而达到改变天线的谐振频率或者在同样的工作频 率下降低天线的高度以及改变天线的辐射方向图等目的。但如果加载的元器件是有耗的，则将使天线的辐射效率降低。图1.1采用的电容和电感共同加载的平面倒“F”天线(PIFA)，由于加载电容和加载电感可使PIFA的谐振电长度分别具有加长和缩短的效应，通过加载、短路技术以及通过调整天线的参数和LC参数。该天线可工作在双频段。

2)利用短路技术来减小天线尺寸非常常见。在微带天线上加载短路探针，通过与馈点接近的短路探针在谐振空腔中引入耦合电容以实现小型化。图1.2是采用短路针技术的小型化微带天线，这种情况类似折叠单极子的特性，谐振电长度得到了缩减。

3)用不同的材料对天线进行加载同样可以达到减小天线尺寸的目的。当天线置于高介电常数的材料中时，由于波长在介质中变短，因而天线所需要的谐振长度变短。长度缩减的程度取决于介质的形状和介电常数的大小。但是介质加载将会导致频率带宽的减小，这是由于电场能量更多地集中在介质内部而难以辐射出去，使Q值增加的缘故。而且高的介质常数往往伴有高的介质损耗，这会降低天线 的效率。另外用介质涂敷天线也是降低天线高度的一条有效途径，这方面有相当的 理论与实验的研究。图1.3是采用高介电常数的小型化微带天线。

5)在低频段，比如短波天线，由于工作的频率很低，所需要正常工作的天线长度势必很大，因此天线尺寸缩减问题的研究显得尤为迫切。这时通过加载技术是实 现天线高度的最有效的途径。采用阻抗、电容混合加载、电容、电感混合加载或者 阻抗、电容、电感混合加载得到了一定的研究，特别是采用分段式加载技术，可使天线高度缩小到相当可观的程度。

1.2采用特殊材料基片

这种方法主要是针对微带、印刷天线的小型化进行设计的。微带、印刷天线由于其自身的优点而广泛应用于无线通信终端中，但是带宽窄限制了其应用。一般微带天线带宽只有百分之几，但在实际应用中，往往急需带宽大于10%或15%的小天线。所以，研究体积小。频带宽(大于10%)的天线将必然成为天线领域中的一个很重要的课题。微带天线介质基片的厚度与波长相比是很小的，因而它本身就实现了一维小型化，属于电小天线一类。天线谐振频率与介质参数成反比，因此采用高介电常数(如陶瓷材料)或高磁导率(如磁性材料)的基片可降低谐振频率，从而减小天线尺寸。这类天线的主要缺陷是：(a)激励出较强的表面波，表面损耗较大，使增 益减小，效率降低。(b)带宽窄。为提高增益，常在天线表 面覆盖介质。采用铁氧体材料制成的微带天线实现小型化的同时，且在较宽频带范围内频率可调(可达40%)，但铁氧体在微波频段损耗很大。有机高分子磁性材料在很宽温度范围内电感和磁性 能稳定，由其设计成的微带天线可显著减小尺寸，但损耗大，增益低。高温超导材料(HTS-high temperature superconductor)基片以及“光子带隙阵”(PBG-photonic bandgap)基片有极低的表面电阻，能有效抑制表面波，减小表面损耗，解除了用较厚基片的限制，具有提高天线增益，减弱阵元间互耦之功效。

1.3采用特殊形式,优化天线的外彩结构

实现小型化总的思路是使贴片的等效长度大于其物理长度，以实现小型化目的。近年来由于无线通信的需求。有大量方案提出，如层叠短路贴片(stacked shorted patch)，蝶形、倒F型、L形、E型等等。近年来，用分形曲线来构建天线是特别热门的小型化技术。

第二部分：天线的宽频带技术

2.1缝隙以及耦合技术

实现宽频带和多频带的思路是在贴片或者接地板上开一些缝隙，以降低天线的品质因数，从而提高天线的阻抗带宽。多频天线的最大优点就在于在一个辐射单元上实线多个天线的工作性能，这就大大简化了收发终端辐射系统的设计，在小型化无线通信设备中，这一点尤其显得重要。通常采用的方法是采用在贴片上刻蚀缝隙以及使用通过改进耦合馈电。如在各种形状的贴片上刻蚀成对的缝隙就获得了较好的双频、双极化的工作性能。另外在贴片的中心线上适当位置增加短路针，并且在中线上选取适当的馈电位置，也可以获得双频工作性能。对于使用厚空气层介质的天线。由于使用同轴馈电而引入较大的同轴感抗效应。从而影响 天线的带宽。针对这个问题，又出现了很多的解决办法。诸如U型缝隙技术，改进的同轴馈电技术(L探针技术和L状微带线馈电，缝隙耦合馈电等等。运用以上这些技术。天线的带宽可以得到一定的增加。

2.2利用宽带匹配网络实现天线小型化和宽频带特性

无线通信设备的天线系统，一般都包括天线和馈电线两个部分，称之为天馈系统。天馈系统的宽频带性能既取决于天线自身的性能也取决于馈电系统，以及天线与馈电系统之间的耦合与匹配状况。因此，在研究天线的宽频带特性时，必须同时考虑宽频带的匹配技术。天馈系统通常包含两方面内容，一是完成不对称馈线(如同轴线)对对称天线的馈电，以保证系统的平衡性。二是阻抗变换，使馈线与天线有良好的阻抗匹配。宽带匹配所要解决的是一个系统中的功率传输问题，要求信号源与负载之间尽可能地匹配，使信号源传给负载的功率在给定的频带内保持相对稳定，并且尽可能达到箍大。天馈系统中常用的是集总参数匹配厢络，主要是无源的。由电抗元件组成T形、L形、π形网络等。这种匹配网络的主要优点是体积小、设计灵活、使用方便等。当无源天线的尺寸缩小后，会导致辐射电阻减小．效率降低。为此，利用有源网络的放大作用及阻抗补偿技术弥补由于天线尺寸缩小引起的指标下降，在天线小型化和宽带技术上有重要的意义。有源天线具有以下良好特性：(1)工作频带宽。利用有源网络的高输出阻抗、低输入阻抗，天线带宽高低端频比可达20-30；(2)增益高(可达10dB以上)，方向性好；(3)便于实现阻抗匹配；(4)易实施天线方向图，包括主波束方向、波束宽度、前后辐射比等的电控；(5)有源天线阵具有单元间弱互耦的潜在性能。但有源天线需考虑噪声及非线性失真问题。

第二章：天线的研究

第一部分：基于皮亚诺分形结构的微带阵列天线

摘要：一种基于皮亚诺分形结构工作在 X 波段的高增益、宽频带微带阵列天线。该天线由64个分形辐射单元组成辐射阵列来获得较高的增益，同时增加了寄生层形成F-P谐振腔，有效地提高了天线的带宽。在 10GHz处天线的增益为24.1dBi，小于-10dB的相对阻抗带宽达到了12.6%，同时天线的口径效率为89.4%。相对于传统的矩形结构，减小了天线的尺寸，实现了天线的小型化

1天线的结构

分形结构具有很多特性，例如自相似性和空间填充性。将分形技术应用于天线的辐射单元，有利于减小天 线的尺寸和获得多个谐振点。所以，分形结构常用来改善阵列天线的性能，如皮亚诺分形结构。

皮亚诺分形曲线如图1所示。定义皮亚诺分形比 为n= f2/f1，将图中所示的f1进行三等分后弯折得到皮亚诺分形结构。如果将该分形结构应用于矩形贴片的每一边，得到如图2所示的皮亚诺分形贴片结构。因为该结构将增加电流的流动路径，并可能激发多个谐振，所以可提高天线的带宽。组阵主要是提高天线的增益，而采用双层结构的形式能有效地提高天线的带宽。单层的 8×8阵列天线，天线的每个单元均采用如图2所示的皮亚诺分形结构，采用相对介电常数为2.65，厚度为0.5 mm的介质板。天线采用 1分 64的功率 分配网络进行馈电，天线结构图如图3所示。

该天线在工作频点10GHz处的增益达到了23.0dBi，回波损耗小于-10dB的 相对带宽约为1.5%，说明采用单层的阵列结构就能够得到很高的增益，但是带宽相对很窄。

图5给出了天线结构的侧视图。该天线分为上下两层，上层为寄生层，下层为辐射层，两层所用介质基板的介电常数同为er，厚度为h。上下两层之间为空气层，空气层厚度为hz。天线采用特性阻抗为50欧姆的同轴进行馈电，馈电口位于下层辐射层，同轴内导体与微带功率分配器中心相连。

上层寄生层和下层辐射层的俯视图和分形单元的俯视图如图6所示。为了在工作频段10GHz的增益大于24dBi的增益，同时使得 |S|<-10dB 的相对阻抗带 宽大于10%，天线采用了64个分形辐射单元组成8×8的阵列，上层同样由64个相同结构的分形单元组成8×8的阵列，上层寄生层的主要作用是提高天线的阻抗带宽。

第二部分：新型宽频带多频微带天线设计

摘要：一种新的小型化宽频带多频微带天线。可以适用于蓝牙、射频识别、全球微波无线互联网和无线局域网。该微带天线主要由一个矩形环、一个开口六边形环、三条矩形带以及缺陷地组成，可同时工作在蓝牙、射频识别、全球微波无线互联网和无线局域网的通信频段上。天线谐振频率分别为2.47GHz、3.48GHz和5.5GHz，相应带宽为0.11GHz(2.38~2.49GHz)、0.86GHz（3.19~4.05 GHz）和1.11GHz（4.95~6.06GHz）,增益最高达到5.75dBi。1天线的结构：

图2是宽频带多频微带天线的具体设计结构。印刷在介质基板上的天线的主要辐射单元是一个矩形辐射环,两条连着矩形环的竖矩形辐射带,一个开口六边形辐射环。天线矩形辐射环的分段长度L1=1.0mm、L2=20.4 mm和L3=0.7 mm,宽度W2=19.0mm。辐射环内左右两条竖矩形辐射带长度均为L6=8.2mm,夹在两条微带线中间的矩形谐振条长度L4=7.4 mm、宽度W7=1.0mm。

该天线被印制在相对介电常数ε=4.4、介质损耗为0.02、厚度1.6mm的FR4的介质板上,采用50欧姆微带线馈电,微带线的长宽分别是Lf=9.4 mm、Wf=3.9 mm,介质板的尺寸为34.0 mm×23.0 mm。天线经过优化后，实际制作出的实物图如图3所示。

第三部分：双极化宽频带微带缝隙天线

摘要：一种小型化双极化宽频带微带缝隙天线。采用十字缝隙耦合、多层积叠贴片和双层馈电等技术,并选择双偏置微带线作为馈电。这些技术的采用拓宽了天线带宽,实现了良好的阻抗匹配。双层馈电技术减小了天线尺寸,并使天线的两个端口具有良好的隔离度。通过样品测量,驻波比小于1.5的端口相对带宽分别达40%和38.5%,工作频带内两端口隔离度(S21)大于25dB,增益 最大值达9.1 dB。该天线具有良好的性能并且工作在1710~2170 MHz频段,可制作成天线阵应用于移动通信中。1天线的结构：

天线可分为馈源端、引向端和反射端三个部分。具体尺寸结构示意图如图1所示(单位为mm)。天线的馈源由两层介质基片、接地板和馈电网络组成。上层基片上端覆盖着刻有十字形缝隙的接地板,上下层基片之间是端口1的馈电网络,下层基片下端则是端口2的馈电网络。缝隙的长度和宽度在保证天线带宽和满足阻抗匹配的情况下越小越好,这样可以减小由缝隙引起的背向辐射。为了使天线实现45度正交极化,两层馈线方向与接地板的对角线分别平行,而十字形缝隙处于接 地板中心,四臂与接地板对角线方向一致。引向端是两层圆形辐射贴片,为了增加带宽,贴片与贴片之间,贴片与接地板之间均不采用任何介质。反射端为与接地板尺寸相同的铝型材反射板,位于馈源下侧距馈源h1处。

为提高天线的阻抗带宽,天线采用双层寄生贴片结构和双偏置微带线馈电,同时这种馈电结构又能实现两个馈电端口的高隔离度并提高阻抗匹配。馈电网络通过接地板上的十字形缝隙与寄生贴片耦合,向外辐射能量。微带贴片天线下层的反射板可以提高天线的增益,减小天线的背向辐射。为提高缝隙耦合度,馈电层应采用介电常数较高的基片,结合成本因素,文中设计天线选择的是Taconic RF-35(tm)基片,其介电常数为3.5。

两层基片厚度分别为t1、t2,接地板与下层贴片的距离为t3,上下层贴片的距离为t4。馈电网络由两条100欧姆的微带线通过简单的功分器与50欧姆的微 带线连接构成。

本天线为双极化天线(±45°正交极化),其工作频段位于1710~2170MHz。采用微带线作为馈线,两端口的馈电网络处于不同的馈电层,并通过同一十字形缝隙与贴片层耦合,向外辐射能量。这种设计可减小天线的尺寸,同时多层贴片结 构及反射板的应用也避免天线出现高剖面弊端,可在不影响天线大体性能的前提下实现天线的小型化。

文中设计的天线的馈线采用叉子(Fork)形的双 偏置微带线,如图1(b)所示,微带线两臂与接地板 上的缝隙耦合,可以看作两个对称的不平衡天线振子。由于不平衡振子两条振子臂的电流分布不平衡,形成不对称电流分布,电流I可以分解为偶模(Io)和奇模(Ie)分量,如图2所示,电流的不同分量形成不同谐振,通过调整天线的尺寸,使两个谐振频率适当接近,进而展宽天线的频带。天线的辐射机 理类似于八木天线,馈源端相当于引向天线的有源振子,引向端类似于引向天线的引向振子,反射板则可以看作反射振子。天线通过反射板和引向作用的辐射片向外辐射能量。调整辐射贴片单元能够调节天线的电压驻波比,使天线达到一定的带宽。这里采用双层馈电在一定程度上提高了天线带宽,并且由于贴片的引向作用,天线的增益也会有所增加.由于缝隙上不同位置其阻抗不同,可选择缝隙上100欧姆位置处输入激励, 可使100欧姆馈线并联后与50欧姆主馈线匹配,此馈电方式有利于宽带工作,还 可使辐射场对称性更好。此外由于天线采用双层馈电结构,若馈线采用矩形微带线,两条不同馈电层的馈线在水平面的投影呈交叉状,馈电网络之间必然 相互影响,其隔离度不高。采用叉子状的双偏置微带线馈电能够提高两个端口的隔离度,减小交叉极化,提高天线的性能。

第四部分：RFID标签天线

摘要：一种基于腔膜理论工作于2.45GHz的RFID标签天线。采用锯齿形边缘替代直线形边缘实现天线的小型化，然后采用圆弧形边缘代替锯齿形边缘对天线进行优化。

1天线结构：

根据腔模理论可得边长为 a的等腰直角三角形贴片天线（见图 １）的谐振波数的计算公式为

其中：

由（1）式可得天线工作在 Tmn模时的谐振频率为

对于等腰直角三角形贴片天线而言，其主要工作模式是最低阶谐振模TM10和TM01，其谐振频率为

介质板选用电路中常用的材料FR‐４（介电常数εr为4.4，板厚为1.6mm），天线直角边 a的尺寸为41.23mm，但该天线尺寸过大，需小型化处理。图2为天线的基本结构．可以采用如图2a所示锯齿形边缘替代直线形边缘,以保持电流流经路径长度不变，进而实现天线的小型化。

再使用 ADS 对天线进行初步优化，得到的天线版图如图3所示。

根据上述分析，若采用相切的圆弧形边缘代替锯齿形边缘，可有效减小电流在贴片边缘拐弯处的突变，从而改善天线的性能。进一步优化后的天线版图如图6所示。进而仿真得到优化后的s11曲线如图7所示。与图4相比，天线中心频率2.495GHz处的反射损耗由-24.386dB 减小到-34.478dB，-10dB时的绝对带宽由251MHz增加到301MHz（2342~2643MHz）、相对带宽由10.24%提高到12.29%。

图8为优化后的天线的增益随角度变化的关系曲线，由图8可见优化后的天线获得了较好的增益。

第三章：总结与展望

随着电子器件制造技术特别是集成电路技术快速地朝着小型化和便携式方向的发展对通信系统以及设备的小型化和宽频带提出了越来越高的要求。小型化要求通信系统移动方便、占用空间小；宽频带则要求通信系统具有高质量的通信能力。天线作为任何无线通信系统的前端收发信号的部件，往往是制约无线通信系统小型化发展的关键部件。

天线的性能对物理尺寸具有很强的依赖性，尺寸的减小意味着天线频带变窄，效 率降低。如何在保证天线性能的前提下努力减小天线的尺寸、扩展频带是当今天线研究领域中的热点问题。小天线的概念具有相对性，一种是宏观意义上的小，主要针对易于携带和放置，相对于工作频带内的波长可能并不小。另一种是 电小，指天线尺寸相对于波长很小。微带天线属于电小天线，现在已经大量运用在无线设备中，特别是在飞行器上和地面便携式设备中。

本文在阅读前人文献的基础上，概括总结了以上4项微带天线的较新研究，同时附加了一款工作在2.45GHz的射频识别天线。这些结构的微带天线应用前景广泛，因此宽频带小型化天线的研究具有重要的意义。

参考文献

[1]张泽奎 陈星基于皮亚诺分形结构的微带阵列天线设计《现代电子技术》-2015年15期

[2]潘勇 熊江 李潘一种新型宽频带多频微带天线设计《电讯技术》-2015年4期

[3]林滨 汤炜 葛悦禾一种小型化宽频带天线单元的设计与研究 《通信技术》-2014年5期

篇6：微波与天线结课论文

一、改进教学方法, 提高学生的学习主动性

微波技术是近代发展起来的一门新兴学科, “微波技术与天线”课程是我校通信工程专业的主要专业课程中的一个, 为日后课程学习打下良好的基础具有重要的意义。此课程的学习不仅让学生学到相关理论知识, 从中遇到问题进而解决问题的能力也显著提高, 而且为日后所涉及的一些相关工作做了一些铺垫。在学习此课程过程中, 由于需要的理论知识比较强, 学习内容比较复杂抽象, 不容易分析其中的一些内容方法, 对数学知识的掌握比较高, 所以部分学生在学习中常常会感到吃力, 掌握不到位。为了能够更好的解决这个问题, 从实际出发通过结合此课程的特点应重点做好以下几方面的工作:在学习本课程之前, 学生应具有高等数学、电子线路和电磁场等理论的基础知识。在学习中运用一句好的名言对学生学习也是有一定帮助, 通过一句话可以提高他们的学习探究意识, 所以要用心挑选出课堂引言“良好的开端是成功的一半”。打破以往讲授为主的教学方法, 注重微波技术基本理论的透彻分析以及与实际应用的链接, 通过认识了解到我校学生的状况, 在教学中要注意素质的培养, 加强学生的自主学习及创新意识, 进而增强学习的自信心和动力。

二、学生作为主体, 提高课堂教学的有效性

课堂教学是教学的基本形式, 是学生获取知识、锻炼能力、树立一定思想观念的主渠道, 然而, 课堂教学耗时多、收效低、教师不辞辛劳授课, 学生却总是抱怨、厌恶、甚至憎恨老师。这种吃力不讨好的尴尬现象在学校教育中屡见不鲜课堂教学改革是学校教育改革的主渠道。就目前的教学形式来看, 教育的视野要从“知识”转向“人”、转向“生命”、转向“学生”, 注意学生是学习的主体, 为能够更进一步的做到这一点, 教师要能够立足于学生的身份来理解学生, 大部分学生都是会觉得, 课堂教学效果质量会直接作用于学生能否在一个良好学习氛围中自主学习。而作为教师, 课堂是其传授知识的载体, 教学效果的好坏直接体现出他对职业的感受、态度和专业水平的发展以及生命价值的体现。学生是课堂的主人, 是学习的主人;重视学生的主体地位, 发挥学生主动性。课堂是应该属于学生的, 倘若不属于学生, 课堂与教师则没有存在的价值。教学是教与学的互动交流, 相互作用, 相互促进的。作为一名从旁协助的老师要能够真正从学生本身出发, 做到真正的心中有学生, 能够根据每个人的不同进度来进行相关教学设计, 重点提高学生们的自主学习能力, 能够更好的跟上教师教学的步伐, 共同进步, 能够让每个学生从中找到适合自己的学习态度和方法, 进而能够积极参与到课堂活动中来。提高学生自主学习能力, 提高学生的全面素质, 这是推动教育前进的动力。通过运用现代信息技术, 培养学生良好的自主学习习惯, 全面提高学生综合素质和应变能力。具体目标包括:培养学生浓厚的自主学习兴趣, 根据自身特点, 运用现代信息技术, 形成自己独特的学习方法。引导学生学会分享与合作, 形成良好的自主协作意识和能力。在教学过程中运用现代信息技术促使学生自我评价的研究。这样使学生不断明确自己的主体地位, 增强学习目的性的认识, 调动了学生学习的积极性, 从而提高课堂教学的有效性。

三、以教学改革为目的, 有效提高学生的综合实力

随着市场经济的深入发展, 用人单位对各类学校的毕业生提出了更高的要求。现在普遍存在的一个现象就是新生入学普遍的文化基础比较差, 经过了几个月的努力学生入学后会适当放松, 学习动力明显下降, 进而产生了厌学的情绪。为解决学生这一问题在教学上就需要加入一些策略, 要从学生的角度出发, 究其原因制定相关教学计划, 能够更好的培养出适合当代市场人才的需要。就我校学生现状而言, 要综合提高学生的自主学习及解决问题的能力, 着重培养学生团队意识及创新意识, 提高他们的自信心跟适应能力, 能够让他们在日后的工作中拥有一定优势。首先是课程体系改革。为完整体现现代微波科学技术体系, 吸收现代化新知识;注重基础知识, 加强新的理论和技术, 培养和提高学生的创新能力。在教学中沿袭习题课的运用, 讲练结合, 精心挑选设计习题内容, 通过一系列的习题操作让学生能够运用所学知识自主地解决实际生活中的问题。再就是实验方法改革。高校学生要想真正把现代微波技术学好, 有两个至关重要的环节, 即使用计算机辅助设计模拟软件和微波实验训练。如果学生通过微波软件进行微波设计, 得出结果后, 会使兴趣大增, 采用的微波实验训练可使学生提高对微波现象的直觉感知能力, 增强对微波物理概念的理解。在实验教学中基本上是对理论知识进行验证性实验, 因此在课堂教学中有必要将工程软件如Ansoft HFSS和Microwave office等的应用介绍给学生, 使学生掌握其应用能力, 能够满足用人单位的需求。最后是考试方法改革。针对该课程特点, 采用合适考试方式, 考试时不要出难题、怪题。让学习努力的学生考试都得到高分有利无害, 这样可以减少恐惧心理, 增加亲近感。让学生感到只要付出就有回报, 可让更多的学生选择上微波技术课。而且好分数对就业有利, 增加学生在今后的工作中解决问题的信心。考试采用多种形式, 笔试是一种重要的考试手段而不是唯一的手段。我们加强平时习题作业的训练, 并适当提高平时的成绩, 例如平时作业占总成绩的10%, 平时表现5%, 再如开展小测验、教与学的交流、课堂讨论、课程小组平时面试小测验、或面试与课堂讨论相结合, 面试小测验的成绩占总成绩的10%, 实验成绩占总成绩的20%, 这样使总的平时成绩可达到45%, 减轻学生的期末考试的压力。学生对期末考试的压力减少, 平时学习也会感到轻松自如。

随着现代电子与通信技术的迅速发展, 微波技术已经广泛地应用于各个领域, 与此同时需要更多更好的电子与通信技术方面的人才, 以适应其不断地向深度和广度发展的需要。事物总是向前发展的, 教育模式的发展也不例外。教学没有定法, 也没有一成不变的模式, 在以学生为本的主体教育课堂教学模式中, 教师要克服“教师为中心、一言堂、统一要求、知识灌输、教师主角”等传统的行为习惯, 在备课中既备教材也备人, 集中精力改进教法, 研究学法, 从善于教到善于指导学生学, 变学生被动学习为主动学习, 充分发挥教师的课堂组织、指导、帮助和促进作用。

摘要：“:微波技术与天线”课程是通信工程专业一门重要的专业课程。对该课程在教学中的现状进行了一些思考, 从教学内容体系与方法及考核方式等方面进行了一系列的改革与实践, 提出以学生为主体, 提高课堂教学的有效性, 取得了较好的教学效果。

关键词：教学改革,微波技术与天线,课堂有效性

参考文献

[1]蔡立娟, 陈宇, 杨立波.浅谈“电磁场与电磁波”课程教学改革[J].教育与职业, 2010, (30) :137-138.

[2]王新稳, 李延平, 李萍.微波技术与天线[M].第三版.北京:电子工业出版社, 2011.2.