摘 要

毫米波具有较高的分辨率与大的传输容量等优点越来越多地在工程领域受到关注。其所对应的太赫兹频段在通信、雷达和遥感方面的应用正在迅速发展,同时需要高性能天线。因此在当今社会有许多新颖的设计都致力于毫米波特性的开发利用。由毫米波制作成的微带天线具有形状小，能适应多数平面以及生产容易等特点。

本篇论文主要介绍的是毫米波微带天线的设计及天线辐射特性的研究。文章简要介绍了天线的基本理论，并在其基础上，结合毫米波的优点以及圆形微带贴片天线的设计原理，完成100GHz以上的天线设计。通过学习使用CST软件，利用同轴馈电方式仿真制作圆形微带贴片天线。在设计过程中，应用阻抗匹配及相关尺寸的计算方法确定准确的天线参数值，调节馈点的位置以获得辐射特性良好的天线。在仿真结果中，得到谐振频率为100GHz，反射系数小于-20dB的天线。最后，观察天线的方向图和电磁场分布图等相关结果给出完成其辐射特性的研究。

关键词：毫米波；微带天线；辐射特性

Abstract

Millimeter wave with its high resolution, large transmission capacity and good penetration in the atmospheric window is more and more attention in the field of engineering. Millimeter wave corresponding to the terahertz band applications are growing rapidly in communications, radar and remote sensing, and high performance antenna. So many new designs are committed to the development and utilization of millimeter wave characteristics. The micro-strip antenna made from millimeter wave has a small shape, which can be adapted to the characteristics of the majority of plane and production.

This paper mainly introduces the design of millimeter wave micro-strip antenna and the study of the radiation characteristics of the antenna. This paper briefly introduces the basic theory of the antenna, and on the basis of it, combined with the advantages of millimeter wave and the design principle of circular micro-strip patch antenna, the antenna design above 100GHz is completed. By studying the use of CST software, the coaxial feeding mode is used to simulate the circular micro-strip patch antenna. In the design process, the use of impedance matching and related dimensions of the calculation method to determine the accuracy of the antenna parameter values, to adjust the position of the feed point in order to obtain a good radiation characteristics of the antenna. In the simulation results, the resonant frequency is 100GHz, and the reflection coefficient is less than -20dB. Finally, the radiation characteristics of the antenna are observed by the results of the antenna pattern and the distribution of the electromagnetic field.

Key words: millimeter wave; micro-strip antenna; radiation characteristic

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 毫米波微带天线设计分析 2

1.3 毫米波天线研究现状 2

1.4 本文主要工作及文章结构 3

第2章 天线基本理论 4

2.1 概述 4

2.1.1 天线的主要功能 4

2.1.2 天线的辐射机理 5

2.1.3 天线设计的基本要求 6

2.2 天线的电路特性参数 6

2.2.1 输入阻抗 6

2.2.2 反射系数与驻波比 6

2.3 天线的辐射特性参数 8

2.3.1 方向图与波束宽度 8

2.3.2 天线的方向性系数 9

2.3.3 天线的效率 10

2.3.4 天线的增益系数 10

2.3.5 天线的工作频带宽度 11

第3章 毫米波天线设计及仿真 13

3.1 微带贴片天线简介 13

3.2 100GHz微带贴片天线设计及仿真 13

3.3 微带贴片天线仿真结果 22

3.3.1 微带贴片天线设计优化 22

3.3.2 微带贴片天线S参数与驻波比 23

3.3.3 微带贴片天线效率 24

3.3.4 微带贴片天线方向图 24

3.3.5 微带贴片天线电磁场分布 26

第4章 总结与展望 27

参考文献 29

致 谢 31

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

天线在通信领域中是用来接收和发射电磁波的无线通信设备，天线的发明开辟了无线通信的新纪元。信号通过天线传递，减少了线路设备使用的空间占用，使得信息传递的途径更加多元化。但是由于信号所占用的频段不同，也需要使用不同频段的天线或者对信号进行调制解调^[1]。随着集成电路技术的飞速发展，天线的工作频率不断增加，这就使得天线的尺寸也在不断减小。从低频到高频以及现在的甚高频和超高频，天线的制造工艺也在不断改进和完善。天线是通信中最关键的一环，天线的带宽、方向性以及尺寸都是必须要考虑的重要因素。如今微带天线因其良好的辐射特性也越来越广泛的受到关注。

天线上可以传递不同波长的电磁波。而由于毫米波具有一定的固有特性，例如波长短、频带宽、在雪、雾等一些环境较差的情况下有良好的传播特性^[2]。它位于微波与远红外波相交叠的波长范围内，因而兼有两种波谱的特点。因此毫米波的研究被人们慢慢重视起来，尤其是在通信、雷达、制导等领域，毫米波天线的研究也随之进入一个新的阶段。