现代天线技术

第一篇：现代天线技术

微带缝隙天线的分析

班级：0413101 学号：041300425 姓名：袁振宇

摘 要

微带缝隙天线具有结构简单、加工方便、体积小、宽频带等特性，在微波毫米波系统应用广泛。文中计算了天线的回波损耗和方向图，与文献结果比较吻合，证明了仿真方法的正确性，可为 微带缝隙天线的设计工作提供一定的参考。

关键词 微带缝隙天线 回波损耗 方向图

Abstract

Slot antenna has a simple structure, easy to process, small size, broadband andother characteristics, widely used in microwave, millimeter wave systems.In this paper,Ansoft HFSS 12.0 is used to analyze the slot antennaon a 50 × 80 mm2open ground.The size of the slot is about quarterwavelength, cut in the finite ground plane edge, fed by a microstrip transmission line.The paper calculated the return loss and antennaradation pattern.Good agreement with the literature results proved the correctness ofthe simulation method can provide some reference for the design of the microstrip slot antenna.Keywordsmicrostrip slot antennaS11radiation pattern

第1章绪论

1.1研究背景及意义

天线是在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来进行工作。此外，在用电磁波传送能量方面，非信号的能量辐射也需要天线。一般天线都具有可逆性，即同一副天线既可用作发射天线，也可用作接收天线。同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。这就是天线的互易定理。

天线按工作性质可分为发射天线和接收天线。按用途可分为通信天线、广播天线、电视天线、雷达天线等。按工作波长可分为超长波天线、长波天线、中波天线、短波天线、超短波天线、微波天线等。按结构形式和工作原理可分为线天线和面天线等。描述天线的特性参量有方向图、方向性系数、增益、输入阻抗、辐射效率、极化和频

微带天线的概念早在1953年就由G．A．DeSchamps提出，在20世纪50年代和60年代只有一些零星的研究。直到20世纪70年代初期，当微带传输线的理论模型及对敷铜的介质基片的光刻技术发展之后，第一批具有许多设计结构的实用的微带天线才被制造出来。缝隙天线最早是在1946年H．G．Booker提出的，同微带天线一样最初没有引起太多的注意。缝隙天线可以借助同轴电缆很方便地馈送能量，也可用波导馈电来实现朝向大平片单侧的辐射，还可以在波导壁上切割出缝隙的阵列。缝隙开在导电平片上，称为平板缝隙天线；开在圆柱面上，称为开缝圆柱天线。开缝圆柱导体面是开缝导体片至开缝圆柱导体面的进化。波导缝阵天线由于其低损耗、高辐射效率和性能等一系列突出优点而得到广泛应用；而平板缝隙天线却因为损耗较大，功率容量低，效率不高，导致发展较为缓慢。到1972年，Y．Yoshimura明确提出微带馈电缝隙天线的概念。

从微带天线的概念提出以来，由于它剖面薄、重量轻、可与载体共形、易与有源器件集成等优点，已经被广泛地应用于卫星通信、导航等领域。但是，微带天线频带较窄的突出缺点又限制了它的实际应用。目前在高频应用上，采用更多的是微带缝隙天线，它具有对加工精度要求低，可用标准的光刻技术在敷铜电路板上进行生产的优点，尤其是微带宽缝天线更是有效地拓宽了频带。目前缝隙天线(包括波导缝隙天线)已被广泛地应用于无线移动通信天线以及卫星直播电视天线。

1.2天线特性的主要参数

天线的特性参数主要有方向函数或方向图，极化特性，频带宽度，输入阻抗等，为了方便对天线的方向图进行比较，就需要规定一些表示方向图特性的参数。这些参数有：天线增益G（或方向性Gd）、波束宽度（或主瓣宽度）、旁瓣电平等。下面就简单介绍一下天线特性参数。

1.极化特性

指天线在最大辐射方向上电场矢量的方向随时间变化的规律。按天线所辐射的电场的极化形式，可将天线分为线极化天线、圆极化天线和椭圆极化天线。线极化又可分为水平极化和垂直极化；圆极化和椭圆极化都可分为左旋和右旋。2.输入阻抗

天线阻抗简单地讲就是在天线部分上的电压和电流比率。由于在天线各点的电压和电流的分配不尽相同，各点的阻抗也不相同，其中馈电点的阻抗最为重要，对半波长偶极子天线来说就是中央天线。为使无线电收发器具有最佳的功率传送，这点的阻抗应该和馈线电缆的阻抗相同。

天线的输入阻抗等于传输线的特性阻抗，才能使天线获得最大功率。3.带宽

天线的电参数都与频率有关，当工作频率偏离设计频率时，往往要引起天线参数的变化。当工作频率变化时，天线的有关电参数不应超出规定的范围，这一频率范围称为频带宽度，简称为天线的带宽。4.远区场

如果所观测点离开波源很远、很远，波源可近似为点源。从点源辐射的波其波阵面是球面。因为观测点离开点源很远很远，在观察者所在的局部区域，其波阵面可近似为平面，当作平面波处理。符合这一条件的场通常称为远区场。这里所谓很远很远都是以波长来计量的。

5.方向函数或方向图

离开天线一定距离处，描述天线辐射的电磁场强度在空间的相对分布的数学表达式，称为天线的方向性函数；在离开天线一定距离处，描述天线辐射的电磁场强度在空间的相对分布的图形就叫天线的方向图。最大辐射波束通常称为方向图的主瓣。主瓣旁边的几个小的波束叫旁瓣。

天线增益是在波阵面某一给定方向天线辐射强度的量度。它是被研究天线在最大辐射方向的辐射强度与被研究天线具有同等输入功率的各向同性天线在同一点所产生的最大辐射强度之比。G单位立体角最大辐射功率(1.1天线方向性GD与天线增益G类似但与天线增馈入天线总功率4益定义略有不同。

GD单位立体角最大辐射功率(1.2)总的辐射功率4因为天线总有损耗，天线辐射功率比馈入功率总要小一些，所以天线增益总要比天线方向性小一些。

理想天线能把全部馈入天线的功率限制在某一立体角B内辐射出去，且在B立体角内均匀分布。这种情况下天线增益与天线方向性相等。

GGD4(1.3)B理想的天线辐射波束立体角B及波束宽度B

图1.1立体角及波束宽度

实际天线的辐射功率有时并不限制在一个波束中，在一个波束内也非均匀分布。在波束中心辐射强度最大，偏离波束中心，辐射强度减小。辐射强度减小到3db时的立体角即定义为B。波束宽度B与立体角B关系为 : B4旁瓣电平是指主瓣最近且电平最高的。第一旁瓣电平，一般以分贝表示。方2B（1.4）

向图的旁瓣区一般是不需要辐射的区域，其电平应尽可能的低。

天线效率A定义为：

APP(1.5）PiPP11为欧姆损耗；P为辐射功率。式中，Pi为输入功率；P天线的辐射电阻R用来度量天线辐射功率的能力，它是一个虚拟的量，定义如下：设有一个电阻R，当通过它的电流等于天线上的最大电流时，其损耗的功率就等于辐射功率。显然，辐射电阻越大，天线的辐射能力越强。由上述定义得辐射电阻与辐射功率的关系为

12PImR（1.6）

2即辐射电阻为

R2P（1.7）2Im仿照引入辐射电阻的办法，损耗电阻R1为

R12P1（1.8）2Im将上述两式代入效率公式，得天线效率为

AR1（1.9）

RR11R1/R可见，要提高天线效率，应尽可能提高R，降低R1。6.驻波系数和行波系数

为了定量描述传输线上的行波分量和驻波分量，引入驻波系数和行波系数。传输线上最大电压(或电流)与最小电压(或电流)的比值，定义为驻波系数或驻波比，表示为

UUIImaxminmaxmin（1.10）

驻波系数和反射系数的关系可导出如下

UzUzUzUz1z（1.11）

故得

Umax12UU2min12（1.12）U2UUmaxmin1212（1.13）行波系数定义为传输线上最小电压(或电流)与最大电压(或电流)的比值，即

KUUminmaxIIminmax（1.14）

显然：

K11212（1.15）

7.效率

效率有辐射效率与天线效率之分。由于入射波反射的存在，天线不可能把入射功率全部提供到天线的输入端口作为天线的输入功率。同时，天线也不可能把从馈线输入给他的输入功率全部辐射出去，总有一部分要损耗掉，如天线导线中的热损耗、介质中的介质损耗、地电流的损耗以及天线近旁物体吸收电磁波一起的损耗等等。

为了便于对概念的理解，先将天线的有关的基本功率定义如下： 入射功率P入：指发射机等提供给天线的功率。反射功率P反：指天线反射回来的功率。输入功率Pin：指收发机等提供给天线的功率。

损耗功率Pd：指由于导线、介质或者地电流等存在而损耗的功率。辐射功率P：指天线把发射机提供的功率扣除损耗辐射出去的功率。根据以上定义，很容易得到：

PinP入P反PPd（1.16）

1.3微带缝隙天线的应用

微带缝隙天线在航天器飞行、卫星直播电视以及医学诊断中得到了应用。在卫星直播电视接受中，11.17~12.5GHz频带内的宽缝微带天线阵得到了应用。人们以矩形宽缝微带天线作为作为阵元，作出了2，4，16，64以及512单元平面阵。在H面内，单元缝隙间距为λ，E面缝隙间距为λ/2。缝隙是由微带分路器馈电。图1.2表示512单元宽缝隙组成的阵方向图和增益。这种天线的缺点是单元多，馈电网络复杂。

(a)方向图(b)增益与频率的关系

图1.2512单元缝阵的方向图和增益

近来，人们制作了一种宽带高增益圆缝阵。阵元圆缝结构如图1.3所示。

图1.3 圆缝的结构

圆缝直径与波长可比，因此它也属于宽缝。他是由两介质板之间带线激励的，下面有一段圆波导状金属导体。调整带线宽度和深入缝中的长度可以获得带宽匹配。为了提到增益，在圆缝上金属表面加一层直径大一些的厚金属板，形成短圆喇叭状。

一个4×4圆缝阵的实验数据是：基板厚度1.75mm；相对介电常数2.32；用50欧姆带线馈电。缝隙的工作模式为TEM，中心频率为12GHz，驻波系数为2：1的带宽可达2GHz；单缝增益为10dB。阵的增益为20.6dB。在11.17~12.5GHz频率范围内，天线效率可达到57%~67%。交叉极化低于最大增益25 dB。上述数据表明，在同样指标要求下，圆缝隙阵优于矩形宽缝隙阵。

图1.4为医用宽缝隙微带天线结构示意图。单缝的增益可达到6dB。工作频率为S波段。

图1.4医用宽缝微带天线结构示意图

这种天线放在人体组织附近进行诊断。因此，场强随缝隙表面与人体组织间距离变化的数据是重要的。图表示场强随缝隙表面与水平面距离的变化。在医疗诊断和治疗中，把微带缝隙天线表面贴在人体有关部位或与有关部委保持一定距离，目的是在人体有关部位上产生一定形状和强度的热区。

第2章缝隙天线的理论分析

如果在同轴线、波导管或空腔谐振器的导体壁上开一条或数条窄缝，可使电磁波通过缝隙向外空间辐射，而形成一种天线，这种天线称为缝隙天线。这种天线可以单独使用，也可以作天线阵的辐射单元。

2.1理想缝隙天线

实际上理想缝隙天线是有外加电压或场激励的。不论激励方式如何，缝隙中的电场垂直于缝的长边，并在缝的中点呈上下对称分布，如图2.1（a）所示。不过，由于JmnE，缝隙内外两表面的等效磁流反向，理想缝隙天线的场与前述磁流源激励时的场若在y>0的半空间相同，则在y<0的半空间相差一个负号。由于在同一表面上，等效磁流亦对缝中点呈上下对称分布，理想缝隙天线可等效为由磁流源激励的对称缝隙，如图2.1(b)所示。当然，这个磁流源的方向在内外两表面上也应当相反。与之互补对称的显然是尺寸相同的板状对称振子。

图2.1 理想缝隙天线与板状对称阵子

2.2微带缝隙天线

2.2.1 微带缝隙天线的结构

在50年代，人们在三板线的一个接地板上开缝构成辐射器，这就是微带缝隙天线，并且以此为阵元构成缝阵。许多人对这种天线进行了研究。随着微波集成电路工艺的发展，人们在微带线接地板上光刻成缝隙构成微带缝隙天线。图2.5表示出了微带缝隙天线的结构。

图2.5 微带缝隙天线

微带缝隙天线产生双向辐射；对制作公差要求低；与微带振子天线组合起来可以构成圆极化天线。他也是一种比较常见的天线。微带缝隙天线常见的的缝隙形状有矩形，圆形，或者环形

(a)窄缝(b)圆环缝(c)宽缝(d)圆贴缝

图2.6 缝隙形状

2.2.2微带模型

微带馈电缝隙天线的基本模型，是在微带线的接地平面上蚀刻单个缝隙或缝隙阵列作为辐射单元，该缝隙与微带线的带状导体成直角，微带线的电场经微带传播到达缝隙处通过耦合激励该缝隙，向外辐射能量。为了能有效激励缝隙，可采用两种激励方式：带状导体或者穿过介质基板到缝隙边缘并短路，如图2.7所示，或者该带状导体终止于～个远离缝隙边缘的开路短线，如图2.7所示，在缝隙外边缘实现了一个有效短路。

（a）（b）

图2.7 微带模型、参考文献

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第二篇：广播电视发射天线技术实践

广播电视发射天线技术实践

摘 要 随着改革开放的不断推进，人们的生活水平、精神生活水平都在逐渐提高，推动了我国广播电视行业的改革，加快了新技术、新设备的引进，广播电视发射天线技术受到了越来越多人的重视。本文介绍了广播电视发射天线的概况，论述了广播电视发射天线的基本原理以及广播电视发射天线技术的特点，通过举例说明了广播电视天线的实际应用，希望能为我国广播电视天线发射技术的发展提供参考资料。

关键词 广播电视；发射天线；应用

中图分类号G2 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2015）140-0089-02

绪论

随着我国经济的迅猛发展，人们生活水平的提高，广播电视行业也取得了较大进步，大大丰富了人们的精神生活。广播电视的发展实质是技术的革新，尤其是广播电视发射天线技术，增强了信号的接收。随着技术的不断完善，广播电视发射天线技术已经较为成熟，解决了传统发射设备信号质量差、能耗高、易发生故障等缺点，发射设备也由电子管变为了晶体管，广播电视已经进入了数字化时代。如今人们加大了对广播电视的研究，技术更新越来越快，推动了广播电视发射天线技术向固态化、信息化的发展。广播电视发射天线基本概述

想要推广广播电视发射天线技术就需要对该技术有一个全面的了解。广播电视发射天线技术的核心组成部件就是天线，决定天线工作好坏的参数有输入阻抗、天线主瓣、极化、天线增益等。输入阻抗受到频率的影响，当输入阻抗与馈线阻抗越来越接近时，匹配度就越来越高，传输速度更快。而天线的外形、制作材料、大小、构造等也影响到了天线的增益，这些因素如果设计合理，天线的辐射面就会增大，性能会更好。广播电视发射天线为全向天线，能够使自由空间波与导行波自由转换，使设备能够输出声音、图像信号，将电磁波能量整合到水平方向里，再通过组阵不仅提高了天线的信号，也使得信号具有空间方向性，之后通过计算机技术与模型进行计算，使用户得到最佳体验。广播电视发射天线的基本原理

广播电视发射天线发出的信号是电视台先发出中短波，天线将其转变成电磁波传播出去，用户的天线接收此电磁波后就可以通过一系列处理转变为声音或图像。从中可以看出，天线起到了中转站的作用，既要接收中短波又要发射电磁波，并且，天线发射电磁波不用连接发射机，利用馈线与天调网络就能将信号发射出去。天线的主要工作流程就是接收广播、电视台发出的信号，并将其转变为电磁波，通过馈线与天调网络发射电磁波，用户端的天线会接受此信号，将声音、图像展示在人们的面前。

中波信号的发射需要一个天线铁塔，此铁塔底部绝缘，上部为金属，天线的馈线与底部相通，另外还需要铺设地网，目的是减少能量损耗，增大天线覆盖率。地网的铺设应以铁塔为中心，铺设半径1米、深0.8米的铜质网线。另外需要注意的是，天线、馈线、铜质地网线的质量会对天线系统的发射产生较大影响，因此尽量选用优质的产品。广播电视发射天线技术的特点

4.1 一般技术特点

广播电视发射天线既有输入特性又有输出特性，输入特性是指天线在发射广播、电视信号时产生的阻抗。而输出特性则影响着发射信号的功率、馈线的稳定性，天线工作时的负载、声音、图像信号输出功率等。

4.2 传输技术特点

传输特性有两方面特点：1）传输特性是指声音、图像信号传播通道的特性，包括线性失真与非线性失真；2）传输特性又包含音频特性、振幅特性、调制特性等。

4.3 安装技术特点

随着经济的快速发展，广播电视已经成为了每个家庭的必需品，是一个家庭重要的娱乐方式，而人们生活水平的提高也对广播电视提出了更高的要求，这就要求广播电视发射天线必须提高技术。可以将发射天线安装在高处，这样就可以接收更多的广播电视信号，但是需要注意天线的防雷击、大风、暴雨等恶劣天气，避免信号中断影响人们的使用。此外还需要考虑到天线的信号覆盖范围，提高天线的发射功率，即使在多人同时使用时也能使每一个用户都能接收到较强的信号。广播发射技术与电视发射技术

5.1 广播发射技术

如今使用最广泛的信号发射机是调频发射机，它不仅可以调节声道，还具有其他方面的功能，例如使用单声道调频、多节目调频等，使播放出去的广播声音清晰、信号强、无杂声与失真、不串线等，提高了用户的体验度。

5.2 电视发射技术

电视发射系统主要包括：电视发射机、控制机构、馈线、音频与视频输入设备、天线等。电视发射技术的工作原理是：电视发射机对设备信号的频率进行调节，挑选出功率较大的射频信号，之后再利用馈线将此信号传给天线，经天线转变为电磁波发射到固定的接受地，这便是电视发射系统的整个工作流程。

5.3 广播电视发射信号一般为中短波

1）中短波发射基本的结构。

中短波发射有以下几部分共同完成：（1）信号发射设备，包括发射机与馈线；（2）传送设备，包括接收器、微波机、收转机等；（3）电源设备，包括变电设施、配电设施等；（4）冷却设备。此外还需要配备必要的监视、监听设备。

2）中短波发射特点。

通常情况下，中短波可以承载120个频道，且无线电波还可以通过地面传播，这种形式的传播不但稳定，很难受到外界因素的干扰，而且信号质量好，使用中小功率的发射设备即可完成信号的发送。由于短波传播距离远，所以国际广播中一般使用短波。广播电视发射天线的应用

6.1 蝙蝠翼天线的应用

广播电视发射天线中最常用的就是蝙蝠翼天线，由于其由两个正交的对称的半波振子构成，因此又称正交振子天线。当两个正交振子处于一个平面上时，由于面积大，频率匹配密切，信号发射是最强的，能够解决电波反射对用户使用的影响。另外，蝙蝠翼天线的同频宽度可达25%，可以不用截止绝缘子；这种天线平面辐射大，轴向辐射小。外形如下图所示。

6.2 缝隙天线的应用

缝隙天线就是在一个导体面上开出几道缝，因此又称开槽天线。缝隙天线长度等于发射电磁波的半个波长。缝隙天线一般被用于导航、雷达通讯、飞行器等方面，例如我国的“东方红一号”就是用了缝隙天线。缝隙天线的结构较为简单，可以对特定口径场进行控制，因此近几年来受到越来越多人的青睐。下图为缝隙天线的形状。

6.3 广播电视发射天线的应用现状

根据调查研究显示，我国的广播电视发射天线技术已经在许多城市中实现了数字电视与数据传输，正在向城镇发展。随着技术的发展，人们收听到的、观看到的节目声音会越来越清晰，画面也越来越艳丽。数字技术提高了信号的传输质量，消除微波干扰，提高了通信容量与抗干扰能力。结论

时代的发展带动了广播电视发射天线技术的发展，对于广播电视行业来说是一个重大的机遇与挑战，如今技术更新越来越快，广播电视天线发射技术应不断创新技术，向智能化方向发展，推动我国广播电视行业的发展，满足人民群众不同的需求，促进和谐社会的发展。

参考文献

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第三篇：广播电视发射天线技术及应用

广播电视发射天线技术及应用

摘 要近年来，随着科学信息技术的发展，在广播电视行业中广播电视技术得到了广泛的应用，并在具体的实践活动中推动了我国广播电视行业的迅猛发展。就其基本构成来看，广播电视发射天线技术是极为重要的因素和环节，以有效实现广播电视信号在接收环节的优化和提升，并且为广电工程在天线参数设置和具体的设计环节提供科学、合理的依据，使其在广播电视行业中得到推广和应用。

关键词 广播电视技术；发射天线技术；应用

中图分类号 G2 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）165-0098-01

在具体的生活实践中，无线电视和广播是人们进行信息资源获取的常用途径。而这个进行信息获取的过程通常涉及到信号的接收问题，但通常无线信号的接收一般是通过电视天线来完成的，就我国的当前实际来看，广播电视发射天线技术在具体的应用中所采取的是一种全新科学设计的发射装置，同传统性的发射天线相较而言，在科学技术的推动和升级改造下，能够在具体的应用中实现高质量、低消耗、少问题的建设目的。在这样的设备应用中，标志着广播发射技术也随着信息技术的发展迈入数字化的建设时代，使得广播电视发射天线技术成为全新型的传播技术。广播电视发射天线工作原理

广播与电视机构的发射端以电磁波的形式进行信号发射之后，接收端通过接收装置对相关信号进行系统性的处理和转换，再通过不同的接收设备来接收不同的、清晰优秀的图像和声音。这样的过程就是广播电视的具体工作过程[1]。在一个完整的工作过程创设中，进行信号电磁波的发射是天线的主要功能，通过先进化设备的支持，在相对简单的处理过程中实现对信号的转换和传播。由此可见，天线的工作原理体现在将接收环节的短信号波转换为电磁波的形式并通过介质的支持实现有效的传播。广播电视发射技术

2.1 广播发射技术

就我国当前的基本应用来看，立体声调频是在调频广播机构的发射端所较常使用的发射装置，在具体应用中，其发射装置具有多样性的发射功能。通过有效的立体声实现相应的调频管理，并且能够在单声道立体的调频应用中实现对多种节目的管理，使得在具体的应用中能够使有广播机构发射端发射的信号更加稳定，并且在具体的应用中功率更高且应用噪音更小[2]。

2.2 电视发射技术

电视发射端进行系统性的装置应用中最为频繁的是电视发射机，此外，还包含着具体应用中的检测调节设备和控制设备等。其基本的工作原理是电视发电机在整体性的处于低电平的状态下，将电视装置设备调制到中频状态，并通过变频器的应用将大功率的射频信号波进行挑选，并将这些信号通过馈线的传输作用发送至电视接收天线，由天线的作用之后进行一定程度的接收和转换，最后以电磁波的方式传输到信号传播的制定规划区域，然后在区域内的接收装置设置，有效的通过音频和图像的方式通过电视媒体的介质得以呈现。广播电视发射天线技术的应用

随着人们生活水平的不断提高，在日常的生活应用中，电视和广播已经是我们进行信息获取的有效渠道，所以，在不断的发展进步中，人们对于具体应用环节的广播电视发射技术也有了更高的要求，以满足人们对于信息获取的要求。

3.1 应用现状分析

在相关部门在对广播电视行业内的调查数据显示，在我国当前社会发展中的大中型城市应用中，在具体的生活建设中，广播电视发射天线技术得到了广泛且大量的应用，并在社会经济和科学技术以及行业的发展建设中朝着小城市的方向发展和蔓延，并不断的推广和应用。于广播电视技术的发展而言，科学技术的发展推广和具体应用使得其在应用范围中的建设不断的拓展和增强，并且在全新技术的发展和应用下，实现了传统发展技术和信号传输方式的变革和推广，并对相关的接收信号进行合理的优化处理，以确保整体运行中信号的接收质量和传输画面的质量高效性[3]。

在基本的应用发展中，在整体运行和发展环境推动下，技术革命和材料革命的有效开展使得广播电视发射天线技术的应用和推广得到了更加有效的支持和管理，使得在具体信号传输中的频道传输更加的广泛，进而也确保了整体通讯容量的拓展性，并且在基本的传输建设过程中，使得信号间的信号干扰不断减少，这也就确保了信号传输过程中的抗干扰能力，保证最后传输的整体质量。

3.2 缝隙天线

在具体应用表现方面，缝隙天线有广泛的应用，在基本的应用中，缝隙天线是通过导体体面的分裂而形成，所以，在一般情况下又称为开槽天线。就具体的表现来看，矩形状是缝隙天线最常见的表现状态和形式，其长度一般为整体波长的1/2。跨接形式是缝隙天线的有效传播方式，能够在窄边馈电的方式下实现信号的合理有效传播，在微波波段的通信雷达和电子对抗以及导航设备，甚至是高速运行的飞行器设计方面实现有效的应用。另外，因为缝隙天线在基本构造方面相对简单化，所以在对一些口径场的具体分布的控制也相对方便快捷，使其在实际生活中得到广泛的应用。

3.3 蝙蝠翼天线

通常而言，蝙蝠翼天线又称为正交振子天线，是具体应用中相当普遍的形式，主要通过两个正交对称却又无差别的半波进行振子对的构成和组合，同理而言，可以实现对电流的激励控制。蝙蝠翼天线在具体的平面处理工作中，通过圆极化同法线的整体方向相一致，而线极化在一般情况下则处于辐射场之外。在具体的应用中，处于水平对称状态的振子会因为对称面的面积偏大，能够保证整体过程中同步频道状态下信号的优良匹配性。这样的基本工作运行原理确保了电波在通过电视的介质传播时对电视的屏幕画面不会出现重影的现象，进而使得广播和电视信号在接收过程和具体展现时的效果更加的理想和有效[4]。

在具体的应用中，蝙蝠翼体现在整体表现上有驻波系数较小而同频带宽较大的特点，所以，在具体的应用中，没有实现具体介质的绝缘子保护，也能有效确保振子和整体天线之间信号传输和应用的可靠性和稳定性。所以，在现今社会发展和人们对于广播电视的需求而言，蝙蝠翼的应用在不断的推广和完善。结论

在社会经济和科学技术的发展和推动下，广播电视发射天线技术在网络化和信息化的推广变革下实现了具体发展中的机遇建设，并在新技术和新材料的更新换代下推动着广播电视发射天线技术的更新和前进，实现行业内的整体完善和提升，以及各个层面的进步。近年来，随着社会经济的发展和推动，人们对于广播电视的质量要求也在不断提升和强化，使得具体应用技术也在更新和完善，以确保信号在通过介质的传播之后确保播放环节的稳定性和质量性，以更好地满足人们对于具体生活实际的服务有效性，确保服务质量的合理有效性。

参考文献

[1]孙春茂.浅析广播电视发射天线技术及应用[J].科技风，2013（10）：127.[2]聂丽芬.广播电视发射天线技术及其应用研究[J].企业技术开发，2014（33）：55-56.[3]苗斌.广播电视发射天线技术及应用[J].西部广播电视，2015（8）：224-225.[4]席鹤鹏.广播电视发射天线技术与其应用[J].西部广播电视，2015（13）：243-244.

第四篇：微波技术与天线小结

填空：

1、无耗传输线工作状态（1）行波状态（2）纯驻波状态（3）行驻波状态

2、传输线的损耗分（回波损耗）（插入损耗）

3、阻抗匹配：负载阻抗匹配、源阻抗匹配、共轭阻抗匹配

4、波导的一般理论包括三个部分：广义传输线理论、分离变量法、简正模理论。

5、带状线的衰减主要由（导体损耗）和（介质损耗）引起。

6、微带线的高次模有两种模式：波导模式和表面波模式

7、无色散最高频率为4GHz

8、矩阵的性质：互易网络、对称网络

9、矩阵：阻抗矩阵、导纳矩阵、转移矩阵、散射矩阵

10、如果按辐射元的类型则天线大致可以分为两大类：线天线和面天线

11、按极化方式分天线分：线极化天线、圆极化天线、椭圆极化天线

12、电波传播方式：视距传播、天波传播、地面波传播、不均匀媒质传播

13、衰落现象大致可分为：吸收型衰落和干涉型衰落

14、传输失真原因有：媒质的色散效应和随机多径传输效应

名词解释：

特性阻抗——传输线上行波的电压与电流的比值 传播常数：由衰减常数和相位常数构成

相速--—传输线上行波等相位面沿传输方向的传播速度

带状线：带状线仍可理解为与同轴线一样的对称双导体传输线，传输的主模是TEM模。

色散：是指电磁波的相速随频率而变的现象 天线：用来辐射和接收无线电波的装置称为天线 方向图：指在离天线一定距离处，辐射场的相对场强即归一化场强的大小随方向变化的曲线图。

天线效率：天线辐射功率 与输入功率Pin之比；要提高天线效率，应尽可能提高辐射电阻，降低损耗电阻

线天线：横向尺寸远远小于纵向尺寸并小于波长的细长结构的天线称为线天线。阵列天线：由若干辐射单元按某种方式排列所构成的系统称为天线阵 智能天线：由天线阵和智能算法构成，是数字信号处理技术与天线有机结合的产物

面天线：电流分布在天线体的金属表面，且口径尺寸远大于工作波长的天线称为面天线。

衰落：一般是指信号电平随时间的随机起伏

简答：

1、什么是微波？微波有什么特点？

微波是电磁波谱中介于超短波和红外光波之间的波段，属于无线电波中波长最短（频率最高）的波段，频率范围300MHz—3000GHz(对应空气中波长λ是1m —0.1mm)特点：似光性、穿透性、宽频带特性、热效应特性、散射特性、抗低频干扰特性、视距传播性、分布参数不确定性、电磁兼容和电磁环境污染。

2、微波传输线的分类？ 第一类是双导体输传线，它由二根或二根以上平行导体构成；第二类是均匀填充介质的金属波导管；第三类是介质传输线

3、试说明为什么规则金属波导内不能传播TEM波？

空心金属波导内不能存在TEM。这是因为如果内部存在TEM波，则要求磁场应完全在波导的横截面内，而且是闭合曲线。有麦克斯韦第一方程知，闭合曲线上磁场的积分应等于与曲线相交链的电流。由于空心金属波导中不存在轴向即传播方向的传导电流，故必要求有传播方向的位移电流。由位移电流的定义式：Jd=D/t，这就要求在传播方向有电场存在，显然这个结论与TEM波的定义矛盾，所以金属波导内部能传播TEM波。

4、微波集成传输线概念特点？

它是由微波技术与半导体器件及集成电路结合而成的，从而产生了集成化的平面结构的微波传输线，集成化的微波传输线称为微波集成传输线。（1）体积小、重量轻、性能好、一致性好、成本低（2）具有平面结构，通过调整单一平面尺寸来控制其传输特性。

5、天线的基本功能

（1）天线应能将导波能量尽可能多的转变为电磁波能量。这首先要求天线是一个良好的“电磁开放系统”，其次要求天线与发射机匹配或与接收机匹配。（2）天线应使电磁波尽可能集中于所需的方向上，或对所需方向的来波有最大的接受，即天线具有方向性。

（3）天线应能发射或接收规定极化的电磁波，即天线有适当的极化。（4）天线应有足够的工作频带。

6、天线的电参数有哪些？

方向图（主瓣宽度、旁瓣电平、前后比、方向系数）、天线效率、极化特性、频带宽度、输入阻抗

7、从接受角度讲，对天线的方向性有哪些要求？

（1）主瓣宽度尽可能窄，以抑制干扰。（2）旁瓣电平尽可能低。

（3）天线方向图中最好能有一个或多个可控制的零点，以便将零点对准干扰方向，而且当干扰方向变化是，零点方向也随之改变，称为零点自动形成技术

8、智能天线技术的主要优点有？

（1）具有较高的接收灵敏度；（2）使空分多址系统(SDMA)成为可能；（3）消除在上下链路中的干扰；（4）抑制多径衰落效应。

计算：

第五篇：RFID技术原理及其射频天线设计

RFID技术原理及其射频天线设计

近年来人们开始开发应用非接触式IC 卡来逐步替代接触式IC 卡,其中射频识别(RFID , radio frequency identification)卡就是一种典型的非接触式IC卡，然而,RFID 在不同的应用环境中需要采用不同天线通讯技术来实现数据交换的.自1970 年第一张IC 卡问世起, IC 卡成为当时微电子技术市场增长最快的产品之一,到1996 年全世界发售IC 卡就有7 亿多张.但是,这种以接触式使用的IC 卡有其自身不可避免的缺点,即接触点对腐蚀和污染缺乏抵抗能力,大大降低了IC 卡的使用寿命和使用范围.近年来人们开始开发应用非接触式IC 卡来逐步替代接触式IC 卡,其中射频识别(RFID , radio frequency identification)卡就是一种典型的非接触式IC卡,它是利用无线通信技术来实现系统与IC 卡之间数据交换的,显示出比一般接触式IC 卡使用更便利的优点,已被广泛应用于制作电子标签或身份识别卡.然而,RFID 在不同的应用环境中需要采用不同天线通讯技术来实现数据交换的.这里我们将首先通过介绍RFID 应用系 统的基本工作原理来具体说明射频天线的设计是RFID 不同应用系统的关键,然后分别介绍几种典型的RFID 天线及其设计原理,最后介绍利用Ansoft HFSS 工具来设计了一种全向的RFID 天线.RFID 技术原理

通常情况下, RFID 的应用系统主要由读写器和RFID 卡两部分组成的,如图1 所示.其中,读写器一般作为计算机终端,用来实现对RFID 卡的数据读写和存储,它是由控制单元、高频通讯模块和天线组成.而RFID 卡则是一种无源的应答器,主要是由一块集成电路(IC)芯片及其外接天线组成,其中RFID 芯片通常集成有射频前端、逻辑控制、存储器等电路 ,有的甚至将天线一起集成在同一芯片上.图1 射频识别系统原理图 RFID 应用系统的基本工作原理是RFID 卡进入读写器的射频场后,由其天线获得的感应电流经升压电路作为芯片的电源,同时将带信息的感应电流通过射频前端电路检得数字信号送入逻辑控制电路进行信息处理;所需回复的信息则从存储器中获取经由逻辑控制电路送回射频前端电路,最后通过天线发回给读写器.可见,RFID 卡与读写器实现数据通讯过程中起关键的作用是天线.一方面,无源的RFID 卡芯片要启动电路工作需要通过天线在读写器天线产生的电磁场中获得足够的能量;另一方面,天线决定了RFID 卡与读写器之间的通讯信道和通讯方式.目前RFID 已经得到了广泛应用,且有国际标准:ISO10536 ,ISO14443 , ISO15693 , ISO18000 等几种.这些标准除规定了通讯数据帧协议外,还着重对工作距离、频率、耦合方式等与天线物理特性相关的技术规格进行了规范.RFID 应用系统的标准制定决定了RFID天线的选择,下面将分别介绍已广泛应用的各种类型的RFID 天线及其性能.RFID 天线类型

RFID 主要有线圈型、微带贴片型、偶极子型3 种基本形式的天线.其中,小于1 m 的近距离应用系统的RFID 天线一般采用工艺简单、成本低的线圈型天线,它们主要工作在中低频段.而1 m 以上远距离的应用系统需要采用微带贴片型或偶极子型的RFID 天线,它们工作在高频及微波频段.这几种类型天线的工作原理是不相同的.2.1 线圈天线

当RFID 的线圈天线进入读写器产生的交变磁场中,RFID 天线与读写器天线之间的相互作用就类似于变压器,两者的线圈相当于变压器的初级线圈和次级线圈.由RFID 的线圈天线形成的谐振回路如图2所示,它包括RFID 天线的线圈电感L、寄生电容Cp和并联电容C2′,其谐振频率为: ,(式中C 为Cp 和C2′的并联等效电容).RFID 应用系统就是通过这一频率载波实现双向数据通讯的。常用的ID1 型非接触式IC 卡的外观为一小型的塑料卡(85.72mm ×54.03 mm ×0.76 mm),天线线圈谐振工作频率通常为13.56 MHz.目前已研发出面积最小为0.4mm ×0.4 mm 线圈天线的短距离RFID 应用系统.图2 应答器等效电路图

某些应用要求RFID 天线线圈外形很小,且需一定的工作距离,如用于动物识别的RFID.线圈外形即面积小的话,RFID 与读写器间的天线线圈互感量M就明显不能满足实际使用.通常在RFID 的天线线圈内部插入具有高导磁率μ的铁氧体材料,以增大互感量,从而补偿线圈横截面减小的问题.2.2 微带贴片天线

微带贴片天线是由贴在带有金属地板的介质基片上的辐射贴片导体所构成的 ,如图3 所示.根据天线辐射特性的需要,可以设计贴片导体为各种形状.通常贴片天线的辐射导体与金属地板距离为几十分之一波长,假设辐射电场沿导体的横向与纵向两个方向没有变化,仅沿约为半波长(λg/ 2)的导体长度方向变化.则微带贴片天线的辐射基本上是由贴片导体开路边沿的边缘场引起的,辐射方向基本确定,因此,一般适用于通讯方向变化不大的RFID 应用系统中.为了提高天线的性能并考虑其通讯方向性问题,人们还提出了各种不同的微带缝隙天线,如文献[5,6]设计了一种工作在24 GHz 的单缝隙天线和5.9 GHz 的双缝隙天线,其辐射波为线极化波;文献[7,8]开发了一种圆极化缝隙耦合贴片天线,它是可以采用左旋圆极化和右旋圆极化来对二进制数据中的‘1’和‘0’进行编码.图3 微带天线

2.3 偶极子天线

在远距离耦合的RFID 应用系统中,最常用的是偶极子天线(又称对称振子天线).偶极子天线及其演化形式如图4 所示,其中偶极子天线由两段同样粗细和等长的直导线排成一条直线构成,信号从中间的两个端点馈入,在偶极子的两臂上

将产生一定的电流分布,这种电流分布就在天线周围空间激发起电磁场.利用麦克斯韦方程就可以求出其辐射场方程:

式中Iz 为沿振子臂分布的电流,α为相位常数, r 是振子中点到观察点的距离,θ为振子轴到r 的夹角,l 为单个振子臂的长度.同样,也可以得到天线的输入阻抗、输入回波损耗S11、阻抗带宽和天线增益等等特性参数.图4 偶极子天线

(a)偶极子天线;(b)折合振子天线;(c)变形偶极子天线

当单个振子臂的长度l =λ/ 4 时(半波振子),输入阻抗的电抗分量为零,天线输入阻抗可视为一个纯电阻.在忽略天线粗细的横向影响下,简单的偶极子天线设计可以取振子的长度l 为λ/ 4 的整数倍,如工作频率为2.45 GHz 的半波偶极子天线,其长度约为6 cm.当要求偶极子天线有较大的输入阻抗时,可采用图4b的折合振子.RFID 射频天线的设计

从RFID 技术原理和RFID 天线类型介绍上看,RFID 具体应用的关键在于RFID 天线的特点和性能.目前线圈型天线的实现技术很成熟,虽然都已广泛地应用在如身份识别、货物标签等RFID 应用系统中,但是对于那些要求频率高、信息量大、工作距离和方向不确定的RFID 应用场合,采用线圈型天线则难以设计实现相应的性能指标.同样,如果采用微带贴片天线的话,由于实现工艺较复杂,成本较高,一时还无法被低成本的RFID 应用系统所选择.偶极子天线具有辐射能力较强、制造简单和成本低等优点,且可以设计成适用于全方向通讯的RFID 应用系统,因此,下面我们来具体设计一个工作于2.45 GHz(国际工业医疗研究自由频段)的RFID 偶极子天线.半波偶极子天线模型如图4a 所示.天线采用铜材料(电导率:5.8e7 s/ m ,磁导率:1),位于充满空气的立方体中心.在立方体外表面设定辐射吸收边界.输入信号由天线中心处馈入,也就是RFID 芯片的所在位置.对于2.45 GHz 的工作频率其半波长度约为61mm ,设偶极子天线臂宽w 为1 mm ,且无限薄,由于天线臂宽的影响,要求实际的半波偶极子天线长度为57mm.在Ansoft HFSS 工具平台上, 采用有限元算法对该天线进行仿真,获得的输入回波损耗S11 分布图如图5a 所示,辐射场E 面(即最大辐射方向和电场矢量所在的平面)方向图如图5b 所示.天线输入阻抗约为72 Ω ,电压驻波比(VSWR)小于2.0 时的阻抗带宽为14.3 % ,天线增益为1.8.图5 偶极子天线

(a)回波损耗S11;(b)辐射方向图

从图5b 可以看到在天线轴方向上,天线几乎无辐射.如果此时读写器处于该方向上,应答器将不会做出任何反应.为了获得全方位辐射的天线以克服该缺点,可以对天线做适当的变形,如在将偶极子天线臂末端垂直方向上延长λ/ 4 成图4c 所示.这样天线总长度修改为(57.0 mm + 2 ×28.5 mm),天线臂宽仍然为1 mm.天线臂延长λ/ 4 后,整个天线谐振于1 个波长,而非原来的半个波长.这就使得天线的输入阻抗大大地增加,仿真计算结果约为2 kΩ.其输入回波损耗S11如图6a 所示.图6b 为E 面(天线平面)上的辐射场方向图,其中实线为仿真结果,黑点为实际样品测量数据,两者结果较为吻合说明了该设计是正确的.从图6b 可以看到在原来弱辐射的方向上得到了很大的改善,其辐射已经近似为全方向的了.电压驻波比(VSWR)小于2.0 时的阻抗带宽为12.2 % ,增益为1.4 ,对于大部分RFID 应用系统,该偶极子天线可以满足要求.图6 变形偶极子天线

(a)回波损耗S11;(b)辐射方向图 结束语

总之,RFID 的实际应用关键在于天线设计上,特别是对于具有非常大市场容量的商品标签来说,要求RFID 能够实现全方向的无线数据通讯,且还要价格低廉、体积小.因此,我们所设计的上述这种全向型偶极子天线的结构简单、易于批量加工制造,是可以满足实际需要的.通过对设计出来实际样品的进行参数测试,测试结果与我们的设计预期结果是一致.