新型准八木天线设计
1 引言 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外研究状况 2
2 天线的基本特性和主要参数 3
2.1天线的原理 3
2.2 描述天线的基本电参数 4
2.2.1天线的方向图 4
2.2.2方向性系数D 4
2.2.3 天线的阻抗 5
2.2.4效率及增益 5
2.2.5天线的极化 5
2.2.6天线的带宽 5
3 八木天线的基本理论 6
3.1 八木天线的结构 6
3.2八木天线的设计 7
4微带准八木天线的设计 9
4.1天线的设计指标 9
4.2 天线的结构设计 9
4.3 微带八木天线的仿真设计及分析 10
4.3.1天线的初步仿真结果及分析 10
4.4 天线最终仿真结果 16
致谢 19
参考文献 20
1 引言
通信，是伴随着人类的出现就产生的交流方式，它在人类的发展历史中常常扮演者一个非常重要的角色。从最初靠人与人互相奔走通过声音传递消息，到后来利用烽火台传递消息，到利用信鸽等飞禽传递消息，再到现如今的无线通信技术，通信技术随着人们日新月异地生活方式改变的同时也得到了很大发展和改变，而天线技术的出现，为人类通信领域带来了新的改变，是通信发生了翻天覆地的变化。
1.1 研究背景及意义
无线通信技术的出现，使得通信技
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它在人类的发展历史中常常扮演者一个非常重要的角色。从最初靠人与人互相奔走通过声音传递消息，到后来利用烽火台传递消息，到利用信鸽等飞禽传递消息，再到现如今的无线通信技术，通信技术随着人们日新月异地生活方式改变的同时也得到了很大发展和改变，而天线技术的出现，为人类通信领域带来了新的改变，是通信发生了翻天覆地的变化。
1.1 研究背景及意义
无线通信技术的出现，使得通信技术开启了一个崭新的世界。无线通信技术最早是出现在19世纪中期。从麦克斯韦方程组的提出再到一些相关的电磁学理论被发现，这一切经典的理论学说无疑为无线通信的发展提供了丰厚的理论基础，从而使得无线通信技术取得了快速的发展和不断的进步。而无线电天线是所有无线电系统基本构成部件之一。天线是一种硬件装置，它为辐射无线电波和接收无线电波提供了手段，从而使得信息在异地间传输而不需要任何中介结构就得以实现[1]。伴随着人类科技水平的提升，天线因为其成本低廉的优势很快在无线通信技术中脱颖而出，占据了很重要的地位，天线的出现，极大特影响了整体通信模式。天线领域发展到今天为止，已经形成了许许多多天线的形式和基本理论，例如大环天线、折合振子天线、角反射器天线、八木天线、微带天线等很多。在很多应用中，实用天线是不可或缺的。例如，通信系统中就需要天线的帮助。而在广播的场合中，天线作为一种重要的设施也经常被使用，在其中一个发射终端能够为其无数多个接收机服务，这些接收机可以是移动的和非移动的，移动的接收机包括有一些汽车的收音机。天线的使用还常常被用在一些业余的无线电中和大部分的城市无线电中，例如消防，医疗，报警等。此外，在个人通信设备之中，例如寻呼机，蜂窝电话等也经常用到天线技术；天线还有很多的非通信作用，其中典型的包括在遥感和工业上的应用。遥感系统既可以是有源的（如雷达等），还可以是无源的（如辐射计等），它们分别用于接收目标的散射能量，或者是用来接收本身所固有的辐射能量，从而使得一些信息可以更快速的得以传递；而在工业应用中，天线的作用主要包括微波加热与干燥等，是工业应用过程中一些操作更加安全，清洁。截止目前为止，天线的应用领域也已经涉及到军事、民用、商业等各个领域[2]，并随着其发展扮演着越来越重要的角色。
作为天线典型代表之一的八木———再田天线，它又被称为是八木天线(Yagi-Uda antenna)。作为天线中的经典结构之一，它是由著名的日本电机工程学教授八木秀次及他的学生宇田新太郎在1920年所研制的。八木天线是用在HF-VHF-UHF
频段的一种比较流行的天线，它可以提供相当高的增益，但与此同时又具有很低的重量和比较低的成本等一系列的优点，因此在实际生活中得到了很广泛的应用。八木天线是由3个部分构成，振子双臂构成的激励单元、无源寄生振子构成的引向器、无源振子构成的反射器。有源振子在一般情况下是指半波谐振长度，它由同轴线与发射机或者接收机相连[3~5]。而通过反射振子和起到引向作用的无源寄生振子，可能对无线电波的辐射起到加强作用。在对方向性有一定要求的高增益天线系统中，截至目前为止国内外均有不少已投入使用的成果。另外，在近距离通信、远距离通信、全向通信、移动通信中等通信中各种高增益定向收/发天线也得到了广泛应用。
1.2 国内外研究状况
目前常见的天线有八木天线，八木天线有着构造简单，成本相对低廉，方便设计和组装，能够通过一些简单地方法得到一个较高的增益等特色。通过底部增加馈电功分网络，使得多个八木单元进行叠加，能够实现更高的增益，然而八木天线的尺寸相对较大，在有限的空间内较难实现。因此，一项新的技术———敷铜或敷金的介质基片的光刻技术的普及，让此问题得到了很好的解决。这项技术把很多立体的天线进行了平面化的研究，解决了占据空间大，使用不方便等难题。因此平面化的印刷式八木天线自从逐渐出现在人们的视野中后得到了飞速的发展，但是它的原理仍然保持不变。微带准八木天线，是基于八木天线的理论基础上，结合微带贴片技术产生的一种新型天线技术。通过将八木天线的反射振子、有源振子和引向振子印刷在介质板上，可以实现八木天线的低剖面，采用微带线馈线可以便于对八木天线进行馈电，在需要与载体共面安装使用的环境中，微带八木天线得到了广泛的应用[6~8]。下面的结构示意图为微带天线。
图 1.1 微带准八木天线
作为一种新型的天线，微带准八木天线有以下几个特点：
1. 结构紧凑，体积小。和同频段同辐射特性的喇叭天线相比较，微带准八木天线具有了体积更小（相当于喇叭天线体积的一半），重量也更轻等优点。
2.阵子间耦合度的提高。因为阵子间电磁的相互作用，使得传统的八木天线设计过程中变得十分复杂。而微带八木天线由于进入介质，从而能够非常有用的减小互耦的影响。
3. 前后比高、交叉极化低。
4. 易于共型。因为采用了微带的结构，于是可以将八木天线设计成平面结构，从而解决了传统的八木天线在结构上的限制，因此可以
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