基于36GHz微带天线阵列设计

　　微带天线是二十世纪七十年代发展起来的一种新型天线。由于微带天线具有体积小、重量轻、低剖面、能与载体共形、制造简单、成本低等特点 [1，2]，同时微带天线又可与一些微带集成电路一起构成小型化系统。因此，在通信、雷达、测高及现代小型化技术领域中，微带天线得到了广泛的应用。微带 天线中应用最广泛的是微带贴片天线[1，3]。

　　微带贴片天线具有效率高、体积小、共形性好等特点。尤其是其共形特点，即可将微带天线贴在载体或设备的外壳上，而不用另外占用空间，因此被广泛应用[4]。

　　由于军事需要，往往要求天线具有较高的增益和较强的方向性等特点，而单个微带天线辐射元的增益和方向性又很难达到要求，就需要构建天线阵列来解 决这些困难[5]。Ansoft公司推出的HFSS软件因其准确的计算和强大的仿真功能，已成为天线设计业内人士必备的工具之一。因此，本文以矩形贴片的 腔膜理论为基础初步设计贴片的结构，并对阵列单元进行仿真和优化，根据阻抗匹配原则，设计了四单元微带贴片天线阵列。最后根据需要拓展成为十六阵元的微带 天线阵列，并进一步优化得到满意的结构尺寸。同时计算了该天线阵的增益、输入驻波比等参数。

　　1 线极化微带贴片天线设计

　　1.1 介质基片的确定

　　介电常数 越大贴片的尺寸就越小，但会有比较窄的带宽。当基片厚度增加时，带宽也会相应增加，但是这样就增加了重量并加强了表面波的激化。所有这些因素都是相互关联 的，因此应当存在一种平衡。表 1 提供了当介质厚度与波长为不同的比例时，对于不同的介质基片带宽的变化情况［6］。从而，可以根据要求的带宽和频率选择合适的介质基片并设定其厚度。

　　2 利用 HFSS 进行单片贴片的模拟仿真和优化

　　2.1 建模计算

　　对表 2 中的数据进行建模并计算，得到的图形和结果如图 2 所示。

　　从结果可知：单片微带天线的方向图呈扁的椭圆型，而且增益很小，还不到 1dB。这样不利于信号的传输和对安全性的要求。因此，为了增加天线增益，同时使方向图更为尖锐，需要采用阵列形式进一步对天线进行设计。

　　2.2 优化

　　为了提高天线阵的总体性能，首先要求提高单片元即单个贴片的性能做到最好。而HFSS软件可以很方便的做到这点，弥补了人为计算的不足。通过对单片贴片进行优化，并设定其中的优化参量为：

　　VSWR = abs(dB(VSWR(LumpPort1)))

　　GAIN = cos(arctan(Gain))

　　Z0= mag(Z(LumpPort1，LumpPort1))