射频实验五实验报告

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1、实验五微带天线设计、仿真、制作与测试一、实验目的1.了解描述天线性能的主要参数及天线类型2.了解微带天线的辐射机理和设计方法3.掌握用ADS进行微带天线优化仿真的方法与步骤二、天线的基本原理1.天线的辐射原理（1）将传输线中的高频电磁能转成为自由空间的电磁波；（2）将自由空间中的电磁波转化为传输线中的高频电磁能。2.电磁波辐射与场区的划分(a)感应近场：(b)辐射近场(c)辐射远场：3.天线的分类（1）从方向性分：有强方向性天线、弱方向性天线、定向天线、全向天线、针状波束天线、扇形波束天线等。（2）从极化特性分：有线极化天线、圆极化天线和椭圆极化天线。线极化天线又分为垂直极化和水

2、平极化天线。（3）从频带特性分：有窄频带天线、宽频带天线和超宽频带天线。（4）按天线上电流分布分:有行波天线、驻波天线。（5）按使用波段分类:有长波、超长波天线、中波天线、短波天线、超短波天线和微波天线。（6）按天线外形分类:有鞭状天线、T形天线、Γ形天线、V形天线、菱形天线、环天线、螺旋天线、波导口天线、波导缝隙天线、喇叭天线、反射面天线等。还有八木天线，对数周期天线、阵列天线。阵列天线又有直线阵天线、平面阵天线、附在某些载体表面的共形阵列天线等。4.天线的技术指标（1）天线的方向性因子方向性因子：，归一化方向性因子：。（2）E面和H面方向图工程上常采用通过最大辐射方向的两个正

3、交平面上的剖面图来描述天线的方向图。这两个相互正交的平面称之为主面，对于线极化天线来说通常取为E面和H面。E面：指通过天线最大辐射方向并平行于电场矢量的平面。H面：指通过天线最大辐射方向并平行于磁场矢量的平面。（3）主瓣宽度方向图主瓣上两个半功率点之间的夹角，记为2θ0.5。又称为半功率波束宽度或3dB波束宽度。一般情况下，天线的E面和H面方向图的主瓣宽度不等，可分别记为2θ0.5E和2θ0.5H。可以描述天线波束在空间的覆盖范围，主瓣瓣宽越窄，则方向性越好，抗干扰能力越强。（4）天线方向性系数Pr：被测天线距离R处所接收到的功率密度,单位为W/m2;Pi：为全向性天线距离R处所

4、接收到的功率密度,单位为W/m2（5）天线增益（6）辐射效率（7）天线输入阻抗（8）天线的极化无线电波在空间传播时，其电场方向是按一定的规律而变化的，这种现象称为无线电波的极化。无线电波的电场方向称为电波的极化方向。如果电波的电场方向垂直于地面，我们就称它为垂直极化波。如果电波的电场方向与地面平行，则称它为水平极化波。（9）天线带宽有几种不同的定义：一种是指天线增益下降三分贝时的频带宽度；一种是指在规定的驻波比下天线的工作频带宽度。在移动通信系统中是按后一种定义的，具体的说，就是当天线的输入驻波比ρ≤1.4时，天线的工作带宽。4.微波天线的优点（1）体积小，重量轻，能与载体共形，

5、用于便携式无线电设备上（2）制造成本低，易于批量生产（3）天线的散射截面较小（4）能得到单方向的宽瓣方向图，最大辐射方向在平面的法线方向（5）易于和微带线路集成，便与馈电（6）易于实现线极化和圆极化（7）容易实现双频段、双极化等多功能工作。5.微带天线尺寸参数设计（1）惠勒（H.A.Wheeler）给出微带线的特性阻抗Zc的计算公式如下w/h>1：w/h<1：(2)施奈德（M.V.Schneider）等效相对介电常数的一个简单经验公式：6.矩形微带天线设计基本公式三、实验内容1.设计3GHz微带天线，基板参数为er=2.2，h=0.762mm，cond=4.1e7，T=0.03m

6、m，并用λ/4阻抗变换器实现与50Ω馈线的匹配。版图：优化仿真结果：原理图仿真结果：2.单极天线驻波和输入阻抗的测量--AV36580A矢量网络分析仪（1）粗天线的对数幅度和驻波比：（2）细天线的对数幅度和驻波比（3）史密斯图：（4）数据记录粗天线：细天线：（5）图形绘制粗天线中心频率为1.16GHz，3dB带宽为1.1-1.188GHz；细天线中心频率为1.15GHz，3dB带宽为1.068-1.19GHz。四、作业1.实验要求设计、制作一中心频率为2.45GHz的微带天线，天线采用50Ohm微带线馈电，扫频范围：2.2GHz-2.7GHz。（分组、设计结果、现场制作测试）板材

7、参数：H:基板厚度(1.5mm)，Er:基板相对介电常数(2.65)Mur:磁导率(1)，Cond:金属电导率(5.88E+7)Hu:封装高度(1.0e+33mm)，T:金属层厚度(0.035mm)TanD:损耗角正切(1e-4)，Roungh:表面粗糙度(0mm)2.简单叙述微带天线工作原理；3.实验步骤（1）计算各项参数：W=45.32mm,L=37.03mm,Rin=328Ω（2）阻抗变换器的特性阻抗（3）计算、和：=0.5453mm，=17.8432mm，=4.0533m