單頻圓形微帶貼片天線(xiàn)設計

　　微帶天線(xiàn)是在一塊背面敷以金屬薄層作接地板的介質(zhì)基片上，貼一金屬輻射片而形成的天線(xiàn)。它有微帶線(xiàn)和同軸線(xiàn)這兩種主要的饋電方式。微帶天線(xiàn)在金屬貼片與金屬接地板之間激發(fā)輻射場(chǎng)，通過(guò)貼片四周與接地板之間的縫隙向外輻射，因此也稱(chēng)作縫隙天線(xiàn)。頻帶窄、功率容量小、損耗大和基片對性能影響較大等是微帶天線(xiàn)的缺點(diǎn)，其優(yōu)點(diǎn)是體積小，質(zhì)量輕，低剖面，制造簡(jiǎn)單，成本低，易集成，容易實(shí)現雙頻、多頻段工作等，也正是這些優(yōu)點(diǎn)，使得工作在100 MHz~50 GHz頻率范圍內的微帶天線(xiàn)常用于衛星通信、指揮和控制系統、導彈遙測、武器引信、環(huán)境檢測等。

　　無(wú)線(xiàn)電引信在軍事上可用于控制武器彈丸的引炸，來(lái)達到最大的殺傷效果。而天線(xiàn)屬于引信察覺(jué)裝置的一部分，用于發(fā)射和接收信號。所以，天線(xiàn)的性能對引信的工作狀態(tài)以及武器彈丸的殺傷力有非常大的影響。由于天線(xiàn)要附著(zhù)在彈頭上，而一般的彈體頭部大都是圓錐形，為了便于將微帶天線(xiàn)安裝在彈頭部位，本文將設計一個(gè)中心頻率為7.2 GHz的圓形微帶貼片天線(xiàn)，其相對介電常數為εr = 4.4，損耗正切tan δ = 0.164 6。

　　1 圓形微帶天線(xiàn)設計

　　1.1 介質(zhì)設計

　　在天線(xiàn)設計中，介質(zhì)基片的材料及厚度，對天線(xiàn)的性能有很大影響，所以首先需要考慮介質(zhì)的材料及其厚度。而材料選擇主要考慮的電特性參數是其相對介電常數εr和損耗角正切tan δ。介電常數的穩定性非常重要，變化的介電常數將導致貼片頻率漂移。介電常數大能減小貼片尺寸，但通常也會(huì )減小貼片單元帶寬;介電常數小又會(huì )增加貼片周?chē)倪吘増?chǎng)，降低輻射效率。大損耗基片常常會(huì )降低天線(xiàn)效率，增加反饋損耗，所以在選擇介質(zhì)材料時(shí)，需要綜合考慮。本設計綜合考慮后，確定以FR4環(huán)氧樹(shù)脂板為介質(zhì)材料，其相對介電常數為εr = 4.4，損耗正切tan δ = 0.164 6，這也是微帶天線(xiàn)設計中常用的一種材料。

　　對基片的厚度而言，厚介質(zhì)基片，可提高天線(xiàn)機械強度、增加輻射功率、減小導體損耗，展寬頻帶;但同時(shí)也會(huì )增加介質(zhì)損耗，引起表面波的明顯激勵。對于一個(gè)最大工作頻率fm，根據微帶電路理論，厚度應該滿(mǎn)足：

　　式中：c為光速;fm 為最大工作頻率，εr 為相對介電常數。通常在h/fm< 0.1 即可保證不會(huì )引起表面波的明顯激勵。

　　本設計以FR4板為介質(zhì)基片，根據設計要求，考慮到擴寬頻帶，和減小天線(xiàn)的體積要求，再結合式(1)，給出介質(zhì)厚度的初始值為2 mm。

　　1.2 輻射貼片設計

　　對于已知的介質(zhì)基片，在給定的工作頻率fr=7.20 GHz時(shí)，圓形微帶天線(xiàn)的貼片半徑為：

　　1.3 天線(xiàn)的饋電及輸入阻抗

　　本設計采用同軸饋電的方式，是通過(guò)在輻射貼片上的饋電點(diǎn)位置不同來(lái)改變輸入阻抗，使天線(xiàn)獲得阻抗匹配。一般的微波器件通用的是50 Ω系統，所以需要通過(guò)改變饋電點(diǎn)的位置來(lái)使天線(xiàn)達到50 Ω的輸入阻抗。計算天線(xiàn)的輸入阻抗，需要從介質(zhì)損耗、輻射損耗、導體損耗、表面波損耗幾個(gè)方面考慮，不能單方面考慮某一因素，否則會(huì )引起很大的誤差。Qr，Qc，Qd，Qs分別是輻射損耗、導體損耗、介質(zhì)損耗和表面波損耗所引起的相應Q 值。

　　天線(xiàn)工作在主模，即TM11 時(shí)：

　　由于設計中采用理想導體饋電，故Qc = 0。所以：