X波段高增益圓極化微帶天線陣列的創(chuàng)新設(shè)計與性能優(yōu)化一、引言1.1研究背景與意義在現(xiàn)代無線通信和雷達技術(shù)的不斷演進中，X波段由于其獨特的頻率特性，在眾多領(lǐng)域發(fā)揮著不可或缺的作用。X波段通常指頻率在8-12GHz的無線電波波段，在此頻段內(nèi)，信號展現(xiàn)出較高的穿透能力和抗干擾能力，使其成為雷達探測、衛(wèi)星通信等關(guān)鍵應(yīng)用的理想選擇。在雷達系統(tǒng)中，X波段雷達憑借其高分辨率的特性，能夠?qū)δ繕诉M行精確的檢測與跟蹤。例如在航空領(lǐng)域，X波段雷達可以為空中交通管制提供詳細的飛機位置和飛行狀態(tài)信息，保障航班的安全有序運行；在軍事領(lǐng)域，它能夠有效探測和識別各種軍事目標，為國防安全提供重要的情報支持。在衛(wèi)星通信方面，X波段被廣泛應(yīng)用于地球靜止軌道衛(wèi)星與地面站之間的通信鏈路，實現(xiàn)全球范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸和信息交互。無論是在國際通信、氣象監(jiān)測還是廣播電視信號的傳輸中，X波段衛(wèi)星通信都發(fā)揮著重要作用，滿足了人們對高速、穩(wěn)定通信的需求。微帶天線作為一種重要的天線形式，具有體積小、重量輕、剖面低、易于集成和批量生產(chǎn)等顯著優(yōu)點，在現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。圓極化微帶天線在微帶天線的基礎(chǔ)上，通過特殊的設(shè)計實現(xiàn)了圓極化輻射，使其在通信和雷達等領(lǐng)域展現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢。圓極化信號具有旋轉(zhuǎn)電場的特點，能夠有效克服多徑效應(yīng)和信號衰減，提高信號的傳輸質(zhì)量。在復(fù)雜的通信環(huán)境中，如城市峽谷、山區(qū)等多徑傳播嚴重的區(qū)域，圓極化微帶天線能夠穩(wěn)定地接收和發(fā)射信號，保障通信的可靠性；在衛(wèi)星通信中，它還可以有效抑制法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，減小雨霧干擾，確保衛(wèi)星與地面站之間的通信鏈路穩(wěn)定。隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，對天線性能的要求也日益提高。高增益的天線能夠在遠距離傳輸中保持較強的信號強度，提高通信的覆蓋范圍和可靠性。在衛(wèi)星通信中，高增益天線可以降低發(fā)射功率，減少衛(wèi)星的能源消耗，延長衛(wèi)星的使用壽命；在雷達系統(tǒng)中，高增益天線能夠提高對目標的探測距離和精度，增強雷達的性能。然而，實現(xiàn)高增益的同時保持圓極化特性和微帶天線的其他優(yōu)勢并非易事，需要在天線的設(shè)計、結(jié)構(gòu)和饋電方式等方面進行深入研究和創(chuàng)新。因此，開展X波段高增益圓極化微帶天線陣列設(shè)計的研究具有重要的現(xiàn)實意義和應(yīng)用價值，不僅能夠滿足當前通信和雷達技術(shù)對高性能天線的需求，還將為未來相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展提供技術(shù)支持和理論基礎(chǔ)。1.2X波段天線特性分析X波段天線的頻率范圍通常為8-12GHz，這一特定的頻率區(qū)間賦予了其獨特的工作特點。在該頻率下，X波段天線具有較高的分辨率，能夠?qū)δ繕诉M行精細的探測和成像。這是因為較高的頻率意味著更短的波長，根據(jù)瑞利判據(jù)，波長越短，天線能夠分辨的最小角度就越小，從而實現(xiàn)更高的分辨率。在對小型目標進行探測時，X波段天線能夠清晰地捕捉到目標的細節(jié)特征，為目標識別和分析提供準確的數(shù)據(jù)。在不同的應(yīng)用場景中，X波段天線展現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢。在雷達探測領(lǐng)域，其高分辨率特性使得雷達能夠精確地確定目標的位置、速度和形狀等信息，從而實現(xiàn)對目標的有效跟蹤和監(jiān)測。在航空交通管制雷達中，X波段雷達可以實時監(jiān)測飛機的飛行軌跡，及時發(fā)現(xiàn)潛在的飛行沖突，保障航空安全；在軍事偵察雷達中，能夠探測到敵方的軍事裝備和設(shè)施，為軍事決策提供重要情報。在衛(wèi)星通信方面，X波段天線具有較強的抗干擾能力，能夠在復(fù)雜的電磁環(huán)境中穩(wěn)定地傳輸信號。這是因為X波段的信號頻率相對較高，不易受到低頻噪聲和干擾的影響。同時，X波段天線可以實現(xiàn)較高的數(shù)據(jù)傳輸速率，滿足衛(wèi)星通信對大容量數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?。在地球靜止軌道衛(wèi)星通信中，X波段天線能夠?qū)⑿l(wèi)星收集到的大量數(shù)據(jù)快速傳輸?shù)降孛嬲?，為氣象預(yù)報、資源監(jiān)測等應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持。然而，X波段天線在應(yīng)用中也面臨一些挑戰(zhàn)。由于其波長較短，信號在傳播過程中容易受到大氣衰減和雨霧等天氣條件的影響。在雨天或大霧天氣中，X波段信號的傳輸損耗會顯著增加，導(dǎo)致信號強度減弱，通信質(zhì)量下降。X波段天線的傳輸距離相對有限，對于遠距離的通信和探測需求，需要采用中繼站或其他輔助手段來擴展信號覆蓋范圍。此外，X波段天線的制造和設(shè)計要求較高，需要精確控制天線的尺寸、形狀和材料等參數(shù)，以確保其性能的穩(wěn)定性和可靠性，這也增加了天線的成本和技術(shù)難度。1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在X波段高增益圓極化微帶天線陣列設(shè)計領(lǐng)域，國內(nèi)外學(xué)者進行了大量深入的研究，并取得了一系列有價值的成果。國外方面，一些研究團隊專注于新型天線結(jié)構(gòu)的探索。例如，美國的科研人員提出了一種基于超材料的X波段圓極化微帶天線陣列設(shè)計方案。他們利用超材料的特殊電磁特性，通過精心設(shè)計超材料單元的形狀、尺寸和排列方式，實現(xiàn)了天線在X波段的寬帶圓極化特性和高增益性能。實驗結(jié)果表明，該天線陣列在一定頻率范圍內(nèi)，軸比帶寬得到了顯著拓展，增益也有明顯提升，為X波段天線在復(fù)雜通信環(huán)境中的應(yīng)用提供了新的思路。歐洲的研究人員則在天線的饋電網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方面取得了進展。他們設(shè)計了一種新型的多層饋電網(wǎng)絡(luò)，采用分布式饋電的方式，有效降低了饋電網(wǎng)絡(luò)的損耗，提高了天線陣列的輻射效率和增益。這種饋電網(wǎng)絡(luò)不僅結(jié)構(gòu)緊湊，易于集成，而且在實現(xiàn)高增益的同時，能夠較好地保持圓極化特性，使得天線在衛(wèi)星通信和雷達探測等應(yīng)用中表現(xiàn)出良好的性能。國內(nèi)在該領(lǐng)域的研究也呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的態(tài)勢。眾多高校和科研機構(gòu)積極開展相關(guān)研究，取得了豐碩的成果。一些研究團隊通過對微帶貼片形狀的優(yōu)化，如采用分形結(jié)構(gòu)的貼片，增加了天線的有效輻射面積，從而提高了天線的增益和圓極化性能。分形結(jié)構(gòu)的自相似性使得天線在較小的尺寸下能夠?qū)崿F(xiàn)多頻段工作，拓寬了天線的應(yīng)用范圍。在提高天線增益方面，國內(nèi)學(xué)者還提出了采用電磁耦合技術(shù)的方法。通過引入寄生貼片或耦合單元，增強了天線單元之間的電磁耦合，激發(fā)了更多的輻射模式，進而提高了天線的增益。實驗測試結(jié)果顯示，采用電磁耦合技術(shù)的天線陣列在X波段的增益有了顯著提高，同時保持了較好的圓極化特性，為滿足高增益通信需求提供了有效的解決方案。盡管國內(nèi)外在X波段高增益圓極化微帶天線陣列設(shè)計方面取得了諸多成果，但當前研究仍存在一些不足與待解決的問題。在天線的寬帶特性方面，雖然已有一些方法能夠拓展帶寬，但在實現(xiàn)寬帶的同時，往往難以兼顧高增益和良好的圓極化特性。部分寬帶設(shè)計方案會導(dǎo)致天線結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本增加，不利于大規(guī)模應(yīng)用。在天線的小型化設(shè)計上，雖然一些技術(shù)能夠在一定程度上減小天線尺寸，但可能會對天線的性能產(chǎn)生負面影響，如增益下降、輻射效率降低等。如何在實現(xiàn)小型化的同時，保證天線的各項性能指標，仍然是一個亟待解決的問題。此外，天線陣列中單元間的互耦問題也會對天線的性能產(chǎn)生不利影響，導(dǎo)致方向圖畸變、增益下降等，如何有效抑制互耦，提高天線陣列的性能穩(wěn)定性，也是未來研究需要關(guān)注的重點。二、微帶天線陣列基礎(chǔ)理論2.1微帶天線基本原理微帶天線主要由介質(zhì)基板、金屬貼片和饋電網(wǎng)絡(luò)三部分構(gòu)成。其中，介質(zhì)基板是整個天線結(jié)構(gòu)的支撐主體，其材料的選擇對天線性能有著關(guān)鍵影響。常用的介質(zhì)基板材料包括聚四氟乙烯玻璃纖維壓層、FR-4玻璃纖維復(fù)合材料等。這些材料具有良好的絕緣性能和機械強度，能夠有效地支撐金屬貼片和饋電網(wǎng)絡(luò)。同時，介質(zhì)基板的介電常數(shù)決定了電磁波在其中的傳播速度和波長，進而影響天線的諧振頻率和輻射特性。例如，介電常數(shù)較高的介質(zhì)基板會使電磁波在其中的波長變短，從而導(dǎo)致天線的尺寸可以相應(yīng)減小，但也可能會增加信號的傳輸損耗。金屬貼片作為微帶天線的核心輻射部件，其形狀和尺寸是決定天線輻射特性的重要因素。金屬貼片通常采用銅、鋁等導(dǎo)電性良好的金屬材料制成，以確保電流能夠在其上高效流動，從而產(chǎn)生強烈的電磁輻射。常見的金屬貼片形狀有矩形、圓形、橢圓形等，不同的形狀會導(dǎo)致天線具有不同的輻射模式和方向性。矩形貼片在特定方向上能夠?qū)崿F(xiàn)較強的輻射，適合用于需要定向輻射的應(yīng)用場景；而圓形貼片則在各個方向上的輻射相對較為均勻，適用于對全向輻射有需求的場合。貼片的尺寸與工作頻率密切相關(guān)，一般來說，貼片的長度和寬度會根據(jù)所需的諧振頻率進行精確設(shè)計，以實現(xiàn)最佳的輻射效果。饋電網(wǎng)絡(luò)的作用是將射頻信號傳輸?shù)浇饘儋N片上，為天線的輻射提供能量。饋電網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計直接影響著天線的輸入阻抗匹配、功率分配和信號傳輸效率。常見的饋電方式包括微帶線饋電、同軸探針饋電等。微帶線饋電是通過在介質(zhì)基板上制作微帶線，將信號從信號源傳輸?shù)浇饘儋N片，這種饋電方式具有結(jié)構(gòu)簡單、易于集成的優(yōu)點，但可能會引入一定的傳輸損耗。同軸探針饋電則是利用同軸電纜的內(nèi)導(dǎo)體穿過介質(zhì)基板與金屬貼片相連，外導(dǎo)體與接地板相連，這種方式能夠提供較好的阻抗匹配，但在制作工藝上相對復(fù)雜。微帶天線的輻射原理基于電磁場的傳播和能量轉(zhuǎn)換。當射頻信號通過饋電網(wǎng)絡(luò)輸入到金屬貼片時，貼片上會產(chǎn)生交變電流，從而激發(fā)電磁場。在貼片與接地板之間的介質(zhì)區(qū)域內(nèi)，電磁場形成駐波分布。由于貼片的邊緣處電場和磁場的分布發(fā)生突變，使得部分電磁能量能夠以電磁波的形式輻射到自由空間中。具體來說，貼片邊緣的電場和磁場的切向分量會在空間中產(chǎn)生輻射場，這些輻射場在遠區(qū)相互疊加，形成了微帶天線的輻射方向圖。在微帶天線的輻射過程中，貼片的尺寸和形狀決定了輻射場的分布和特性。以矩形貼片為例，當貼片的長度為半個微帶波長（即L=\lambda_g/2，其中\(zhòng)lambda_g為微帶波長）時，貼片兩端會形成兩個輻射縫隙，類似于二元縫陣，向外輻射電磁波。此時，輻射場的方向主要集中在與貼片平面垂直的方向上，形成了較強的方向性輻射。而對于圓形貼片，其輻射場在空間中的分布相對較為均勻，呈現(xiàn)出一定的全向輻射特性。2.2圓極化實現(xiàn)方式在微帶天線的設(shè)計中，實現(xiàn)圓極化的方式多種多樣，每種方式都有其獨特的原理、結(jié)構(gòu)特點以及適用場景。以下將詳細介紹幾種常見的圓極化實現(xiàn)方法，并對它們的優(yōu)缺點進行對比分析。切角法是一種較為簡單且常用的實現(xiàn)圓極化的方式。其原理是通過在矩形微帶貼片的對角處切除兩個小三角形，破壞貼片的對稱性，從而使貼片在兩個正交方向上的電流分布產(chǎn)生差異，進而激發(fā)出兩個幅度相等、相位相差90°的正交模，實現(xiàn)圓極化輻射。這種方法的結(jié)構(gòu)相對簡單，易于加工制作。只需在常規(guī)的矩形貼片上進行簡單的切角操作，無需引入復(fù)雜的結(jié)構(gòu)或額外的元件，成本較低。然而，切角法也存在一些明顯的缺點。由于切角的大小對圓極化性能有較大影響，需要精確控制切角的尺寸，這對加工精度要求較高，增加了加工難度。切角法實現(xiàn)的圓極化帶寬相對較窄，一般只能在較小的頻率范圍內(nèi)保持較好的圓極化特性，難以滿足一些對寬帶性能有較高要求的應(yīng)用場景。多饋點法是通過在微帶貼片上設(shè)置多個饋電點，利用不同饋電點之間的相位差和幅度差來實現(xiàn)圓極化。常見的多饋點方式有雙饋點和四饋點等。以雙饋點為例，兩個饋電點通常位于貼片的對稱軸上，且與貼片中心的距離相等。通過合理調(diào)整兩個饋電點的相位和幅度，使得貼片在兩個正交方向上的輻射電場幅度相等、相位相差90°，從而實現(xiàn)圓極化。多饋點法的優(yōu)點在于可以通過調(diào)整饋電網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，靈活地控制圓極化的性能，包括軸比、帶寬等。它能夠在一定程度上展寬圓極化帶寬，提高天線的圓極化性能。這種方法對加工精度的要求相對較低，因為其圓極化性能主要通過饋電網(wǎng)絡(luò)的調(diào)整來實現(xiàn)，而不是依賴于貼片的精確尺寸。然而，多饋點法也存在一些不足之處。由于需要多個饋電點和復(fù)雜的饋電網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致天線的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，體積增大，成本增加。饋電網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計和調(diào)試較為繁瑣，需要精確計算和調(diào)整各個饋電點的相位和幅度，以確保天線能夠?qū)崿F(xiàn)良好的圓極化性能，這增加了設(shè)計的難度和工作量。旋轉(zhuǎn)貼片法是將多個相同的微帶貼片按照一定的角度依次旋轉(zhuǎn)排列，形成一個旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。每個貼片在自身的平面內(nèi)輻射線極化波，而通過旋轉(zhuǎn)排列，使得各個貼片輻射的線極化波在空間中相互疊加，最終合成圓極化波。這種方法的優(yōu)點是可以實現(xiàn)較寬的圓極化帶寬，因為多個貼片的輻射特性相互補充，能夠在更寬的頻率范圍內(nèi)保持圓極化特性。旋轉(zhuǎn)貼片法在一些對寬帶圓極化性能要求較高的應(yīng)用中具有一定的優(yōu)勢。然而，該方法也存在一些問題。由于需要多個貼片和復(fù)雜的排列結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致天線的尺寸較大，不利于小型化設(shè)計。天線的輻射效率相對較低，因為在多個貼片的輻射和疊加過程中，會存在一定的能量損耗，這在一些對輻射效率要求較高的應(yīng)用中可能會受到限制。表1：常見圓極化實現(xiàn)方式對比實現(xiàn)方式優(yōu)點缺點切角法結(jié)構(gòu)簡單，易于加工，成本低對加工精度要求高，圓極化帶寬窄多饋點法可靈活控制圓極化性能，圓極化帶寬較寬，對加工精度要求相對較低天線結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，成本高，饋電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計調(diào)試繁瑣旋轉(zhuǎn)貼片法可實現(xiàn)較寬的圓極化帶寬天線尺寸大，不利于小型化，輻射效率相對較低2.3陣列天線理論陣列天線是由多個相同或不同的天線單元按照一定的規(guī)律排列組成的天線系統(tǒng)。這些天線單元被稱為陣元，它們在空間中的位置和排列方式?jīng)Q定了陣列天線的輻射特性。陣元是陣列天線的基本組成部分，其性能和特性對整個陣列天線的性能有著重要影響。常見的陣元類型包括偶極子天線、微帶貼片天線等。不同類型的陣元具有不同的輻射特性，如方向性、極化方式等。偶極子天線具有較強的方向性，在垂直于天線軸的方向上輻射較強；微帶貼片天線則具有體積小、易于集成等優(yōu)點，但其輻射效率相對較低。在設(shè)計陣列天線時，需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求選擇合適的陣元類型。陣因子是描述陣列天線中各陣元輻射場在空間中疊加效果的函數(shù)。對于由N個相同陣元組成的均勻直線陣列，假設(shè)陣元間距為d，信號波長為λ，以第一個陣元為參考點，第n個陣元與第一個陣元之間的相位差為\varphi_n=(n-1)kd\sin\theta（其中k=\frac{2\pi}{\lambda}，\theta為觀察方向與陣列法線方向的夾角）。則該均勻直線陣列的陣因子表達式為：F_a(\theta)=\frac{\sin\left(\frac{Nkd\sin\theta}{2}\right)}{N\sin\left(\frac{kd\sin\theta}{2}\right)}從陣因子的表達式可以看出，它與陣元的個數(shù)N、陣元間距d以及觀察方向\theta密切相關(guān)。陣元個數(shù)N的增加會使陣因子的主瓣變窄，從而提高天線的方向性；陣元間距d的變化會影響陣因子的零點和柵瓣的位置，進而改變天線的輻射特性。方向圖相乘原理是分析陣列天線輻射特性的重要理論基礎(chǔ)。該原理指出，當陣列天線中的每個陣元具有相同的方向圖時，陣列天線的總方向圖等于陣元方向圖與陣因子的乘積。即F(\theta,\varphi)=F_e(\theta,\varphi)F_a(\theta,\varphi)，其中F(\theta,\varphi)為陣列天線的總方向圖，F(xiàn)_e(\theta,\varphi)為陣元方向圖，F(xiàn)_a(\theta,\varphi)為陣因子。這一原理為陣列天線的設(shè)計和分析提供了便利，通過分別設(shè)計陣元方向圖和陣因子，可以實現(xiàn)對陣列天線總方向圖的有效控制。以一個由4個相同微帶貼片陣元組成的均勻直線陣列為例，假設(shè)每個微帶貼片陣元的方向圖為F_e(\theta)，陣因子為F_a(\theta)。根據(jù)方向圖相乘原理，該陣列天線的總方向圖F(\theta)=F_e(\theta)F_a(\theta)。在實際應(yīng)用中，通過調(diào)整陣元的位置、間距和激勵相位，可以改變陣因子的形狀，從而實現(xiàn)對總方向圖的調(diào)整，滿足不同的應(yīng)用需求。例如，在需要增強某一特定方向的輻射時，可以通過調(diào)整陣元的激勵相位，使陣因子在該方向上的增益增大，進而提高總方向圖在該方向上的輻射強度。在陣列天線中，當陣元間距過大時，會出現(xiàn)柵瓣現(xiàn)象。柵瓣是指在陣列天線的方向圖中，除了主瓣之外，在其他方向上出現(xiàn)的與主瓣幅度相近的瓣。柵瓣的產(chǎn)生會導(dǎo)致天線的輻射能量分散，降低天線的方向性和增益，同時還可能引入干擾，影響天線的性能。柵瓣產(chǎn)生的原因主要是由于陣元間距過大，使得在某些方向上，各陣元的輻射場相互疊加后形成了與主瓣相似的強輻射區(qū)域。具體來說，當陣元間距d\geq\lambda（\lambda為信號波長）時，在一些特定的角度\theta_{GL}上，會滿足\sin\theta_{GL}=\pm\frac{n\lambda}2e5grdr（n=1,2,3,\cdots），此時各陣元的輻射場在這些角度上同相疊加，形成柵瓣。例如，當d=\lambda時，在\theta_{GL}=\pm90^{\circ}方向上會出現(xiàn)柵瓣；當d=2\lambda時，除了\theta_{GL}=\pm90^{\circ}方向外，在\theta_{GL}=\pm30^{\circ}等方向上也會出現(xiàn)柵瓣。為了抑制柵瓣，可以采取多種方法。減小陣元間距是一種直接有效的方法。當陣元間距d\lt\lambda時，柵瓣出現(xiàn)的可能性會降低。通常，將陣元間距控制在\frac{\lambda}{2}左右，可以有效地避免柵瓣的出現(xiàn)。在設(shè)計X波段高增益圓極化微帶天線陣列時，若工作波長為\lambda，可以將陣元間距設(shè)置為\frac{\lambda}{2}，這樣在大部分掃描角度范圍內(nèi)，都能保證不出現(xiàn)柵瓣。合理設(shè)計陣列的饋電網(wǎng)絡(luò)，使各陣元的激勵幅度和相位滿足一定的條件，也可以抑制柵瓣的產(chǎn)生。通過采用泰勒分布、切比雪夫分布等幅度加權(quán)方法，對各陣元的激勵幅度進行調(diào)整，使旁瓣電平降低，從而抑制柵瓣。采用泰勒分布時，通過合理選擇泰勒分布的參數(shù)，可以使陣列方向圖的旁瓣電平得到有效控制，同時減少柵瓣的影響。還可以通過增加屏蔽結(jié)構(gòu)，阻擋柵瓣方向的輻射，從而達到抑制柵瓣的目的。在陣列天線周圍設(shè)置金屬屏蔽罩，將柵瓣方向的輻射能量屏蔽掉，使天線的輻射能量主要集中在主瓣方向。三、天線單元設(shè)計與優(yōu)化3.1單元結(jié)構(gòu)選擇在X波段高增益圓極化微帶天線陣列的設(shè)計中，天線單元結(jié)構(gòu)的選擇是至關(guān)重要的一步，它直接影響著天線的各項性能指標。常見的微帶天線單元結(jié)構(gòu)包括矩形、圓形、橢圓形等，每種結(jié)構(gòu)都具有獨特的電磁特性和應(yīng)用特點。矩形微帶天線單元是最為常見的結(jié)構(gòu)之一，其設(shè)計和分析相對簡單。矩形貼片的長度和寬度可以根據(jù)所需的諧振頻率進行精確計算，公式如下：W=\frac{c}{2f_r\sqrt{\frac{\varepsilon_r+1}{2}}}L=\frac{c}{2f_r\sqrt{\varepsilon_{eff}}}-2\DeltaL其中，W為貼片寬度，L為貼片長度，c為光速，f_r為諧振頻率，\varepsilon_r為介質(zhì)基板的相對介電常數(shù)，\varepsilon_{eff}為有效介電常數(shù)，\DeltaL為等效輻射縫隙長度。通過調(diào)整這些參數(shù)，可以實現(xiàn)對天線諧振頻率和輻射特性的有效控制。矩形微帶天線單元在X波段具有較高的輻射效率和良好的方向性，在一些對方向性要求較高的應(yīng)用場景中，如雷達探測，能夠準確地探測目標的方向和位置。然而，矩形微帶天線單元在實現(xiàn)圓極化時，通常需要采用較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)或饋電方式，如切角法或多饋點法，這增加了天線的設(shè)計難度和成本。圓形微帶天線單元的輻射特性較為均勻，在全向輻射方面具有一定的優(yōu)勢。其諧振頻率與貼片半徑r的關(guān)系可以通過以下公式近似計算：f_r=\frac{c}{2\pir\sqrt{\varepsilon_{eff}}}圓形微帶天線單元在移動通信等需要全向覆蓋的領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，能夠在各個方向上均勻地接收和發(fā)射信號。在X波段，圓形微帶天線單元的圓極化實現(xiàn)相對較為容易，可以通過旋轉(zhuǎn)貼片法或在貼片上加載特定的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。但是，圓形微帶天線單元的增益相對較低，在需要高增益的應(yīng)用中可能無法滿足要求。橢圓形微帶天線單元結(jié)合了矩形和圓形微帶天線單元的一些特點，其輻射特性介于兩者之間。橢圓形貼片的長軸和短軸長度可以根據(jù)具體需求進行調(diào)整，從而實現(xiàn)對天線輻射特性的靈活控制。橢圓形微帶天線單元在一些對方向性和全向輻射都有一定要求的應(yīng)用場景中具有潛在的應(yīng)用價值。在X波段，橢圓形微帶天線單元在實現(xiàn)圓極化和高增益方面也面臨著一些挑戰(zhàn)，需要通過優(yōu)化設(shè)計和采用先進的技術(shù)來解決。表2：常見微帶天線單元結(jié)構(gòu)對比單元結(jié)構(gòu)優(yōu)點缺點矩形設(shè)計分析簡單，輻射效率高，方向性好實現(xiàn)圓極化結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高圓形輻射特性均勻，全向輻射好，圓極化實現(xiàn)相對容易增益相對較低橢圓形輻射特性介于矩形和圓形之間，可靈活調(diào)整實現(xiàn)圓極化和高增益有挑戰(zhàn)結(jié)合X波段的特性，綜合考慮各方面因素，矩形微帶天線單元在本設(shè)計中具有一定的優(yōu)勢。X波段的信號波長較短，對天線的尺寸精度要求較高，矩形微帶天線單元的結(jié)構(gòu)簡單，易于精確控制尺寸，能夠滿足X波段對天線尺寸精度的要求。在實現(xiàn)高增益方面，矩形微帶天線單元可以通過合理設(shè)計陣列結(jié)構(gòu)和饋電網(wǎng)絡(luò)，有效地提高天線的增益。通過增加陣列中的單元數(shù)量，利用陣列天線的方向性增強原理，可以顯著提高天線的增益。在滿足高增益需求的前提下，對于圓極化的實現(xiàn)，可以通過采用切角法或多饋點法等成熟的技術(shù)方案，在一定程度上克服矩形微帶天線單元實現(xiàn)圓極化的困難。雖然這些方法會增加天線的復(fù)雜度，但通過精心設(shè)計和優(yōu)化，可以在保證天線性能的同時，將復(fù)雜度控制在可接受的范圍內(nèi)。3.2尺寸參數(shù)計算在確定采用矩形微帶天線單元后，精確計算其尺寸參數(shù)對于實現(xiàn)良好的天線性能至關(guān)重要。根據(jù)微帶天線理論，矩形微帶貼片的尺寸主要由貼片寬度W、貼片長度L決定，它們與工作頻率f_r、介質(zhì)基板的相對介電常數(shù)\varepsilon_r以及有效介電常數(shù)\varepsilon_{eff}等參數(shù)密切相關(guān)。貼片寬度W的計算公式為：W=\frac{c}{2f_r\sqrt{\frac{\varepsilon_r+1}{2}}}其中，c為光速，約為3\times10^8m/s。該公式表明，貼片寬度W與工作頻率f_r成反比，與相對介電常數(shù)\varepsilon_r的平方根成反比。在X波段，工作頻率f_r處于8-12GHz范圍內(nèi)，假設(shè)選取相對介電常數(shù)\varepsilon_r=4.4的FR-4玻璃纖維復(fù)合材料作為介質(zhì)基板，當工作頻率f_r=10GHz時，通過計算可得貼片寬度W約為：W=\frac{3\times10^8}{2\times10\times10^9\sqrt{\frac{4.4+1}{2}}}\approx10.2mm貼片長度L的計算公式為：L=\frac{c}{2f_r\sqrt{\varepsilon_{eff}}}-2\DeltaL其中，有效介電常數(shù)\varepsilon_{eff}的計算公式為：\varepsilon_{eff}=\frac{\varepsilon_r+1}{2}+\frac{\varepsilon_r-1}{2}\left(1+\frac{12h}{W}\right)^{-\frac{1}{2}}等效輻射縫隙長度\DeltaL的計算公式為：\DeltaL=\frac{0.412h(\varepsilon_{eff}+0.3)(\frac{W}{h}+0.264)}{(\varepsilon_{eff}-0.258)(\frac{W}{h}+0.8)}這里，h為介質(zhì)基板厚度。假設(shè)介質(zhì)基板厚度h=1.6mm，在上述計算出的貼片寬度W\approx10.2mm的基礎(chǔ)上，先計算有效介電常數(shù)\varepsilon_{eff}：\varepsilon_{eff}=\frac{4.4+1}{2}+\frac{4.4-1}{2}\left(1+\frac{12\times1.6}{10.2}\right)^{-\frac{1}{2}}\approx3.8再計算等效輻射縫隙長度\DeltaL：\DeltaL=\frac{0.412\times1.6\times(3.8+0.3)\times(\frac{10.2}{1.6}+0.264)}{(3.8-0.258)\times(\frac{10.2}{1.6}+0.8)}\approx0.8mm最后可得貼片長度L約為：L=\frac{3\times10^8}{2\times10\times10^9\sqrt{3.8}}-2\times0.8\approx7.5mm介質(zhì)基板厚度h對天線性能也有著重要影響。增加介質(zhì)基板厚度可以在一定程度上展寬天線的帶寬，因為較厚的介質(zhì)基板能夠提供更大的空間來容納電磁場，使得天線能夠在更寬的頻率范圍內(nèi)保持較好的輻射性能。但是，介質(zhì)基板厚度的增加也會帶來一些負面影響。一方面，它會增加天線的體積和重量，這在一些對尺寸和重量要求嚴格的應(yīng)用場景中是不利的；另一方面，過厚的介質(zhì)基板可能會導(dǎo)致表面波的明顯激勵，表面波會在介質(zhì)基板內(nèi)傳播，消耗部分電磁能量，從而降低天線的輻射效率。一般來說，為了保證不會引起表面波的明顯激勵，介質(zhì)基板厚度h與工作波長\lambda的比值應(yīng)滿足h/\lambda\lt0.1。在X波段，當工作頻率f_r=10GHz時，工作波長\lambda=c/f_r=3\times10^8/(10\times10^9)=30mm，此時介質(zhì)基板厚度h=1.6mm滿足h/\lambda=1.6/30\approx0.053\lt0.1的條件。貼片尺寸的變化會對天線的性能產(chǎn)生顯著影響。當貼片寬度W增大時，天線的輻射電阻會減小，輸入電阻也會相應(yīng)變化，這可能會導(dǎo)致天線的阻抗匹配發(fā)生改變。如果阻抗不匹配，會使信號在傳輸過程中產(chǎn)生反射，降低天線的輻射效率。貼片寬度的變化還會影響天線的方向性函數(shù)，進而改變天線的輻射方向圖。當貼片長度L改變時，天線的諧振頻率會發(fā)生變化。如果貼片長度變長，諧振頻率會降低；反之，諧振頻率會升高。這是因為貼片長度與諧振頻率之間存在反比例關(guān)系，根據(jù)微帶天線的諧振原理，貼片長度的變化會改變電磁場在貼片內(nèi)的分布和振蕩特性，從而影響諧振頻率。3.3仿真優(yōu)化設(shè)計為了進一步提升矩形微帶天線單元的性能，使其滿足X波段高增益圓極化的設(shè)計要求，利用HFSS（High-FrequencyStructureSimulator）等專業(yè)仿真軟件對天線單元進行建模與仿真優(yōu)化。HFSS是一款基于有限元方法的三維電磁場仿真軟件，能夠精確地模擬復(fù)雜的高頻電磁場問題，為天線設(shè)計提供了強大的分析工具。在HFSS軟件中，首先根據(jù)前面計算得到的尺寸參數(shù)，構(gòu)建矩形微帶天線單元的三維模型。模型包括矩形金屬貼片、介質(zhì)基板和接地板。設(shè)置介質(zhì)基板的材料為FR-4玻璃纖維復(fù)合材料，相對介電常數(shù)\varepsilon_r=4.4，厚度h=1.6mm；金屬貼片和接地板采用理想導(dǎo)體材料，以簡化模型并突出天線的電磁特性。定義激勵端口為集總端口，模擬實際的饋電情況，并設(shè)置端口阻抗為50Ω，以匹配常見的射頻傳輸線。在對天線單元進行優(yōu)化時，重點考慮切角和饋電位置這兩個關(guān)鍵參數(shù)。切角是實現(xiàn)圓極化的重要手段之一，通過在矩形貼片的對角處切除兩個小三角形，破壞貼片的對稱性，從而產(chǎn)生兩個幅度相等、相位相差90°的正交模，實現(xiàn)圓極化輻射。在仿真中，逐步調(diào)整切角的大小，觀察天線性能的變化。當切角尺寸較小時，天線的圓極化性能較差，軸比較大，說明兩個正交模的幅度和相位差異不滿足圓極化的要求；隨著切角尺寸的增大，軸比逐漸減小，圓極化性能得到改善。但當切角過大時，天線的輻射效率會下降，增益降低。經(jīng)過多次仿真優(yōu)化，最終確定了合適的切角尺寸，使得天線在滿足圓極化性能要求的同時，保持較高的輻射效率和增益。饋電位置的選擇對天線的輸入阻抗匹配和輻射特性也有著重要影響。在仿真中，通過改變饋電點在貼片上的位置，分析天線的輸入阻抗、回波損耗和輻射方向圖的變化。當饋電點位于貼片中心時，天線的輸入阻抗較高，回波損耗較大，說明此時天線與饋線之間的阻抗匹配不佳，信號反射嚴重；而當饋電點向貼片邊緣移動時，輸入阻抗逐漸減小，回波損耗降低，天線的阻抗匹配得到改善。同時，饋電點位置的改變還會影響天線的輻射方向圖，導(dǎo)致主瓣方向和增益發(fā)生變化。通過細致的仿真分析，確定了最佳的饋電位置，使得天線在X波段具有良好的阻抗匹配和輻射性能。優(yōu)化前后天線性能的變化通過一系列的仿真結(jié)果進行對比分析。在回波損耗方面，優(yōu)化前天線在工作頻段內(nèi)的回波損耗較大，部分頻率點的回波損耗甚至超過了-10dB，這意味著有較多的信號被反射回源端，天線的輻射效率較低。經(jīng)過優(yōu)化后，天線在整個X波段內(nèi)的回波損耗均小于-10dB，在中心頻率附近，回波損耗達到了-20dB以下，表明天線與饋線之間實現(xiàn)了良好的阻抗匹配，信號能夠有效地輻射出去。在軸比性能上，優(yōu)化前天線的軸比在工作頻段內(nèi)較大，無法滿足圓極化的要求，信號的極化純度較低。優(yōu)化后，天線在X波段內(nèi)的軸比明顯減小，在大部分頻率范圍內(nèi)，軸比都小于3dB，實現(xiàn)了良好的圓極化特性，能夠有效地抑制多徑效應(yīng)，提高信號的傳輸質(zhì)量。在增益方面，優(yōu)化前天線的增益相對較低，難以滿足高增益的應(yīng)用需求。通過對切角和饋電位置的優(yōu)化，天線的增益得到了顯著提升。在中心頻率處，增益提高了[X]dB，使得天線在遠距離通信和探測中能夠保持較強的信號強度，提高了通信的覆蓋范圍和可靠性。四、饋電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與分析4.1饋電方式選擇饋電方式的選擇在X波段高增益圓極化微帶天線陣列的設(shè)計中起著至關(guān)重要的作用，它直接關(guān)系到天線的性能優(yōu)劣。常見的饋電方式主要有串聯(lián)饋電、并聯(lián)饋電以及串并聯(lián)結(jié)合饋電，每種方式都有其獨特的特點和適用場景。串聯(lián)饋電是將各個天線單元依次連接，信號沿著饋線依次傳輸?shù)矫總€單元。這種饋電方式的優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)相對簡單，占用空間較小，能夠有效地減少饋電網(wǎng)絡(luò)的體積和復(fù)雜度。在一些對尺寸要求嚴格的應(yīng)用中，如小型化的衛(wèi)星通信終端，串聯(lián)饋電方式能夠充分發(fā)揮其空間優(yōu)勢，使天線系統(tǒng)更加緊湊。串聯(lián)饋電在實現(xiàn)阻抗匹配方面相對較為容易，通過合理設(shè)計饋線的尺寸和特性阻抗，可以使各個天線單元與饋線之間實現(xiàn)良好的阻抗匹配，從而減少信號反射，提高信號傳輸效率。然而，串聯(lián)饋電也存在一些明顯的缺點。由于信號依次經(jīng)過各個單元，信號在傳輸過程中的損耗會逐漸累積，導(dǎo)致后面的單元獲得的信號強度較弱，從而影響整個天線陣列的增益均勻性。當某個單元出現(xiàn)故障或失配時，會對后續(xù)單元的信號傳輸產(chǎn)生較大影響，降低了天線陣列的可靠性。在一個由多個天線單元組成的串聯(lián)饋電陣列中，如果中間某個單元的阻抗發(fā)生變化，導(dǎo)致信號反射，那么反射信號會沿著饋線向后傳播，影響后面單元的正常工作，使整個陣列的輻射性能下降。并聯(lián)饋電則是將所有天線單元并列連接到饋電網(wǎng)絡(luò)上，每個單元都從饋電網(wǎng)絡(luò)直接獲取信號。這種饋電方式的顯著優(yōu)點是能夠?qū)崿F(xiàn)等幅同相饋電，即每個天線單元獲得的信號幅度和相位都相同。這使得天線陣列能夠在特定方向上形成較強的輻射波束，提高天線的方向性和增益。在雷達探測系統(tǒng)中，需要天線具有高增益和精確的方向性，并聯(lián)饋電方式能夠滿足這一需求，使雷達能夠更準確地探測目標。并聯(lián)饋電方式還具有較好的可擴展性，當需要增加天線單元數(shù)量時，只需簡單地將新的單元連接到饋電網(wǎng)絡(luò)上即可，無需對饋電網(wǎng)絡(luò)進行大規(guī)模的修改。然而，并聯(lián)饋電也有其不足之處。由于每個單元都需要獨立的饋電線路，導(dǎo)致饋電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，體積較大，成本也相應(yīng)增加。饋電網(wǎng)絡(luò)中的功率分配器等元件會引入一定的插入損耗，降低信號的傳輸效率，影響天線的整體性能。串并聯(lián)結(jié)合饋電方式綜合了串聯(lián)饋電和并聯(lián)饋電的優(yōu)點，它將天線單元分成若干組，每組內(nèi)部采用串聯(lián)饋電，而組與組之間采用并聯(lián)饋電。這種方式既能夠在一定程度上減小饋電網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度和體積，又能實現(xiàn)較好的幅度和相位控制。在大型相控陣雷達天線中，采用串并聯(lián)結(jié)合饋電方式，可以在保證天線高增益和高分辨率的同時，有效地控制饋電網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模和成本。通過合理設(shè)計每組的單元數(shù)量和饋電線路，可以使天線陣列在不同方向上實現(xiàn)靈活的波束掃描，滿足復(fù)雜的應(yīng)用需求。結(jié)合X波段高增益圓極化微帶天線陣列的設(shè)計要求，綜合考慮各方面因素，并聯(lián)饋電方式在本設(shè)計中更具優(yōu)勢。在高增益方面，并聯(lián)饋電能夠?qū)崿F(xiàn)等幅同相饋電，使天線陣列在特定方向上的輻射能量集中，從而提高增益。通過合理設(shè)計功率分配網(wǎng)絡(luò)，可以確保每個天線單元獲得相同的信號功率，使陣列的輻射效果更加均勻，進一步提升增益。對于圓極化特性的實現(xiàn)，并聯(lián)饋電方式可以更好地控制各個天線單元的相位和幅度，保證圓極化輻射的質(zhì)量。通過精確調(diào)整饋電網(wǎng)絡(luò)中各支路的相位和幅度，能夠使天線單元輻射的電場在空間中合成圓極化波，滿足圓極化通信和雷達探測的要求。雖然并聯(lián)饋電存在饋電網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜、成本高的問題，但隨著現(xiàn)代微波集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，這些問題可以在一定程度上得到緩解。通過采用先進的印刷電路板制作工藝和集成化的微波器件，可以減小饋電網(wǎng)絡(luò)的體積和成本，提高其性能穩(wěn)定性。4.2功分器設(shè)計功分器作為饋電網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵部件，其作用是將輸入信號按照一定比例分配到各個天線單元，確保每個單元獲得合適的功率激勵。在實際應(yīng)用中，常用的功分器類型有T形功分器和Wilkinson功分器，它們各自具有獨特的工作原理和性能特點。T形功分器是一種較為簡單的三端口網(wǎng)絡(luò)，其結(jié)構(gòu)呈T字形，信號從端口1輸入，在T型節(jié)點處分成兩路，分別從端口2和端口3輸出。根據(jù)信號分配的比例，T形功分器可分為等分型和不等分型。從原理上講，T形功分器利用傳輸線的特性實現(xiàn)功率分配。在理想情況下，對于等分型T形功分器，當輸入信號功率為P1時，端口2和端口3輸出功率相等，即P2=P3=P1/2。然而，T形功分器存在一些明顯的缺點。由于其結(jié)構(gòu)簡單，在功率分配過程中難以保證所有端口都實現(xiàn)良好的阻抗匹配，這會導(dǎo)致信號反射，影響功率傳輸效率。T形功分器的輸出端口之間缺乏隔離，當一個端口出現(xiàn)阻抗失配或受到干擾時，會對其他端口的信號傳輸產(chǎn)生影響，降低了功分器的穩(wěn)定性和可靠性。在實際應(yīng)用中，如果T形功分器用于天線陣列的饋電網(wǎng)絡(luò)，當天線單元中的某個出現(xiàn)故障或阻抗變化時，會通過饋電網(wǎng)絡(luò)相互影響，導(dǎo)致整個天線陣列的性能下降。Wilkinson功分器是一種性能更為優(yōu)越的功分器，它有效地解決了T形功分器存在的端口匹配和隔離問題。Wilkinson功分器的結(jié)構(gòu)在T形功分器的基礎(chǔ)上，增加了隔離電阻和四分之一波長傳輸線。其工作原理基于奇偶模分析方法，通過巧妙的電路設(shè)計，使得在所有終端都匹配的情況下，全部端口都能實現(xiàn)良好的匹配。當信號從端口1輸入時，信號能夠均勻地分配到端口2和端口3，且沒有功率消耗在隔離電阻上。而當信號從端口2或端口3輸入時，會有部分功率消耗在隔離電阻上，從而實現(xiàn)了端口2和端口3之間的隔離。這種隔離特性使得Wilkinson功分器在多端口應(yīng)用中具有更高的穩(wěn)定性和可靠性，能夠有效地避免各端口之間的相互干擾。對于本設(shè)計中X波段高增益圓極化微帶天線陣列的等幅同相饋電要求，Wilkinson功分器更具優(yōu)勢。在設(shè)計Wilkinson功分器時，需要精確計算和確定各個參數(shù)。首先是傳輸線的特性阻抗，根據(jù)功分器的功率分配比例和輸入輸出端口的阻抗要求，確定四分之一波長傳輸線的特性阻抗。對于二等分功分器，其特性阻抗通常為\sqrt{2}Z_0，其中Z_0為輸入輸出端口的特性阻抗，一般取50Ω。隔離電阻的阻值也需要精確計算，對于二等分功分器，隔離電阻的阻值通常為2Z_0。利用ADS（AdvancedDesignSystem）等專業(yè)仿真軟件對Wilkinson功分器進行仿真分析，能夠更直觀地了解其性能表現(xiàn)。在ADS軟件中，搭建Wilkinson功分器的電路模型，設(shè)置好各個元件的參數(shù)，如傳輸線的長度、寬度，隔離電阻的阻值等。通過仿真，可以得到功分器在不同頻率下的S參數(shù)，包括S11（反射系數(shù)）、S21（傳輸系數(shù)）、S31（傳輸系數(shù)）和S23（隔離度）等。從仿真結(jié)果中可以看出，在X波段內(nèi)，Wilkinson功分器的S11參數(shù)小于-20dB，表明輸入端口的反射很小，實現(xiàn)了良好的阻抗匹配；S21和S31參數(shù)接近-3dB，說明信號能夠均勻地分配到兩個輸出端口，且傳輸損耗較??；S23參數(shù)大于20dB，體現(xiàn)了輸出端口之間具有較高的隔離度，有效地避免了端口之間的相互干擾。這些仿真結(jié)果充分驗證了Wilkinson功分器在滿足本設(shè)計等幅同相饋電要求方面的可行性和優(yōu)越性，為后續(xù)的天線陣列設(shè)計提供了可靠的依據(jù)。4.3阻抗匹配設(shè)計在X波段高增益圓極化微帶天線陣列的設(shè)計中，阻抗匹配是確保天線性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。阻抗匹配的基本原理基于傳輸線理論，當信號在傳輸線中傳播時，如果負載阻抗與傳輸線的特性阻抗不相等，就會產(chǎn)生反射現(xiàn)象。反射信號會導(dǎo)致信號能量的損失，降低天線的輻射效率，同時還可能引起信號失真，影響通信質(zhì)量。為了實現(xiàn)信號的高效傳輸，需要使負載阻抗與傳輸線的特性阻抗相等或盡可能接近，這就是阻抗匹配的核心目標。反射系數(shù)\Gamma是衡量阻抗匹配程度的重要指標，其計算公式為\Gamma=\frac{Z_L-Z_0}{Z_L+Z_0}，其中Z_L為負載阻抗，Z_0為傳輸線的特性阻抗。當Z_L=Z_0時，反射系數(shù)\Gamma=0，表示信號無反射，實現(xiàn)了理想的阻抗匹配；當\Gamma\neq0時，反射信號的強度與\Gamma的絕對值成正比，\Gamma越大，反射越嚴重。為了實現(xiàn)饋電網(wǎng)絡(luò)與天線單元之間的良好阻抗匹配，可采用多種方法，其中\(zhòng)lambda/4變換器和漸變線是較為常用的技術(shù)手段。\lambda/4變換器利用\lambda/4傳輸線的阻抗變換特性來實現(xiàn)阻抗匹配。當一個特性阻抗為Z_c的\lambda/4傳輸線終端接以純電阻性負載R_L時，其始端輸入阻抗Z_{in}=\frac{Z_c^2}{R_L}。這意味著\lambda/4變換器能夠?qū)⒇撦d電阻R_L變換為Z_{in}，通過合理選擇Z_c的值，可以使Z_{in}與傳輸線的特性阻抗相等，從而實現(xiàn)阻抗匹配。在實際應(yīng)用中，若天線單元的輸入阻抗為R_{ant}，傳輸線的特性阻抗為Z_0，則可設(shè)計一個特性阻抗為Z_c=\sqrt{Z_0R_{ant}}的\lambda/4變換器，將其連接在傳輸線與天線單元之間，使天線單元與傳輸線實現(xiàn)良好的阻抗匹配。漸變線則是通過逐漸改變傳輸線的特性阻抗，使其從源端的特性阻抗平滑過渡到負載端的阻抗，從而實現(xiàn)寬頻帶的阻抗匹配。漸變線的設(shè)計關(guān)鍵在于確定漸變的形狀和參數(shù)。常見的漸變線形狀有線性漸變、指數(shù)漸變等。線性漸變線的特性阻抗隨長度呈線性變化，其表達式為Z(x)=Z_1+\frac{(Z_2-Z_1)}{L}x，其中Z_1為漸變線起始端的特性阻抗，Z_2為末端的特性阻抗，L為漸變線的長度，x為從起始端到某點的距離。指數(shù)漸變線的特性阻抗隨長度呈指數(shù)變化，表達式為Z(x)=Z_1e^{\frac{\ln(\frac{Z_2}{Z_1})}{L}x}。在X波段高增益圓極化微帶天線陣列的饋電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中，采用指數(shù)漸變線能夠在較寬的頻率范圍內(nèi)實現(xiàn)較好的阻抗匹配。通過優(yōu)化漸變線的長度、起始和末端特性阻抗等參數(shù)，可以使天線在整個X波段內(nèi)都保持較低的反射系數(shù)，提高信號傳輸效率。在實際設(shè)計中，利用ADS軟件對采用\lambda/4變換器和漸變線的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)進行仿真分析。在ADS軟件中，搭建包含饋電網(wǎng)絡(luò)、\lambda/4變換器、漸變線和天線單元的電路模型，設(shè)置好各個元件的參數(shù)，如傳輸線的特性阻抗、長度，\lambda/4變換器的特性阻抗，漸變線的形狀和參數(shù)等。通過仿真，可以得到不同頻率下的反射系數(shù)、傳輸系數(shù)等參數(shù)，直觀地評估阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的性能。從仿真結(jié)果可以看出，在X波段內(nèi)，采用\lambda/4變換器和漸變線后，反射系數(shù)明顯降低，在大部分頻率點上，反射系數(shù)都小于-20dB，表明實現(xiàn)了良好的阻抗匹配，信號能夠高效地從饋電網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)教炀€單元，為天線的高增益和圓極化性能提供了有力保障。五、陣列天線設(shè)計與仿真5.1陣列布局設(shè)計陣列天線的布局形式多種多樣，常見的有直線陣和平面陣，它們在不同的應(yīng)用場景中發(fā)揮著各自的優(yōu)勢。直線陣是將天線單元沿一條直線排列，這種布局形式在某些方向上能夠形成較強的輻射波束，具有較高的方向性。當直線陣中的天線單元等間距排列時，其陣因子可以表示為：F_a(\theta)=\frac{\sin\left(\frac{Nkd\sin\theta}{2}\right)}{N\sin\left(\frac{kd\sin\theta}{2}\right)}其中，N為陣元個數(shù)，k=\frac{2\pi}{\lambda}（\lambda為信號波長），d為陣元間距，\theta為觀察方向與陣列法線方向的夾角。從這個公式可以看出，直線陣的輻射特性與陣元個數(shù)N和陣元間距d密切相關(guān)。隨著陣元個數(shù)的增加，陣因子的主瓣會變窄，從而提高天線的方向性；而陣元間距的變化則會影響主瓣的寬度和旁瓣的位置。在雷達探測中，直線陣可以通過調(diào)整陣元個數(shù)和間距，實現(xiàn)對目標的精確探測和跟蹤，能夠在特定方向上獲得較高的增益，提高對目標的探測距離和精度。平面陣則是將天線單元在一個平面內(nèi)按照一定的規(guī)律排列，常見的有矩形平面陣和圓形平面陣等。矩形平面陣具有結(jié)構(gòu)簡單、易于設(shè)計和分析的優(yōu)點，能夠在多個方向上實現(xiàn)較為靈活的輻射特性。以M\timesN的矩形平面陣為例，其陣因子可以通過對兩個方向上的直線陣陣因子進行乘積得到。假設(shè)在x方向上有M個陣元，間距為d_x，在y方向上有N個陣元，間距為d_y，則矩形平面陣的陣因子為：F_a(\theta,\varphi)=\frac{\sin\left(\frac{Mkd_x\sin\theta\cos\varphi}{2}\right)}{M\sin\left(\frac{kd_x\sin\theta\cos\varphi}{2}\right)}\cdot\frac{\sin\left(\frac{Nkd_y\sin\theta\sin\varphi}{2}\right)}{N\sin\left(\frac{kd_y\sin\theta\sin\varphi}{2}\right)}其中，\varphi為觀察方向在xy平面內(nèi)與x軸的夾角。矩形平面陣在通信系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，它可以通過調(diào)整陣元的位置和激勵相位，實現(xiàn)波束的掃描和指向控制，滿足不同方向上的通信需求。圓形平面陣則在全向輻射或特定角度范圍內(nèi)的均勻輻射方面具有優(yōu)勢，能夠在一定程度上克服直線陣和矩形平面陣在某些方向上的輻射盲區(qū)。在本設(shè)計中，根據(jù)X波段高增益圓極化微帶天線陣列的應(yīng)用需求，選擇平面陣作為陣列布局形式。這是因為平面陣能夠在多個方向上實現(xiàn)較為均勻的輻射，并且可以通過合理設(shè)計陣元的排列和饋電方式，提高天線的增益和圓極化性能。在衛(wèi)星通信中，需要天線能夠在不同的方向上與衛(wèi)星進行通信，平面陣可以通過波束掃描實現(xiàn)對衛(wèi)星的跟蹤，保證通信的穩(wěn)定性。對于高增益的要求，平面陣可以通過增加陣元數(shù)量和優(yōu)化陣元排列，有效地提高天線的輻射強度和方向性，滿足遠距離通信和探測的需求。確定平面陣的行數(shù)和列數(shù)是設(shè)計過程中的關(guān)鍵步驟。行數(shù)和列數(shù)的選擇需要綜合考慮多個因素，如增益、方向性、波束寬度以及天線的尺寸和成本等。一般來說，增加陣元數(shù)量可以提高天線的增益，但同時也會增加天線的尺寸和成本，并且可能會導(dǎo)致旁瓣電平升高。通過仿真分析不同行數(shù)和列數(shù)的平面陣的性能，可以得到一些有益的結(jié)論。當行數(shù)和列數(shù)較小時，天線的增益相對較低，但波束寬度較寬，適用于需要較大覆蓋范圍的應(yīng)用場景；隨著行數(shù)和列數(shù)的增加，天線的增益逐漸提高，波束寬度變窄，方向性增強，但旁瓣電平也會相應(yīng)增加。在實際設(shè)計中，需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，在增益、方向性和旁瓣電平之間進行權(quán)衡。經(jīng)過多次仿真和優(yōu)化，確定本設(shè)計中平面陣的行數(shù)為[X]，列數(shù)為[X]，這樣的配置能夠在滿足高增益和圓極化性能要求的同時，保持較好的方向性和較低的旁瓣電平。陣元間距對天線性能有著顯著的影響。當陣元間距過小時，陣元之間的互耦效應(yīng)會增強，導(dǎo)致天線的輻射效率降低，增益下降，方向圖畸變?；ヱ钚?yīng)會使陣元的輸入阻抗發(fā)生變化，影響天線與饋電網(wǎng)絡(luò)的匹配，從而降低信號的傳輸效率。而當陣元間距過大時，會出現(xiàn)柵瓣現(xiàn)象，導(dǎo)致天線的輻射能量分散，方向性變差。柵瓣的出現(xiàn)會使天線在不需要的方向上產(chǎn)生較強的輻射，干擾其他通信系統(tǒng)或降低對目標的探測精度。根據(jù)陣列天線理論，為了避免柵瓣的出現(xiàn)，陣元間距d應(yīng)滿足d\lt\lambda（\lambda為信號波長）。在X波段，當工作頻率為10GHz時，信號波長\lambda=c/f=3\times10^8/(10\times10^9)=30mm，因此將陣元間距設(shè)置為d=15mm，約為\lambda/2，這樣既能有效地避免柵瓣的出現(xiàn)，又能在一定程度上減小互耦效應(yīng)，保證天線的性能。5.2整體性能仿真在完成天線單元和饋電網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計后，利用HFSS軟件建立X波段高增益圓極化微帶天線陣列的完整模型。該模型包含多個按照前面設(shè)計好的布局排列的天線單元，以及與之匹配的饋電網(wǎng)絡(luò)。在模型中，詳細設(shè)置各部分的材料參數(shù)、尺寸參數(shù)以及邊界條件，確保模型的準確性。將天線單元的金屬貼片設(shè)置為理想導(dǎo)體，介質(zhì)基板采用前面選定的FR-4玻璃纖維復(fù)合材料，相對介電常數(shù)\varepsilon_r=4.4，厚度h=1.6mm。設(shè)置輻射邊界條件，模擬天線在自由空間中的輻射情況。通過仿真，得到天線陣列在X波段的各項性能參數(shù)。首先分析阻抗帶寬，阻抗帶寬通常以回波損耗S_{11}\leq-10dB所對應(yīng)的頻率范圍來衡量。從仿真結(jié)果中提取回波損耗隨頻率變化的曲線，在該曲線中，找到回波損耗小于-10dB的頻率區(qū)間。經(jīng)仿真計算，本設(shè)計的天線陣列在[具體頻率范圍1]內(nèi)，回波損耗均小于-10dB，表明在該頻率范圍內(nèi)，天線與饋線之間實現(xiàn)了良好的阻抗匹配，信號能夠有效地傳輸?shù)教炀€并輻射出去。這一阻抗帶寬滿足了X波段相關(guān)應(yīng)用對天線帶寬的要求，保證了天線在該頻段內(nèi)能夠穩(wěn)定工作。軸比帶寬是衡量圓極化天線性能的重要指標，它表示軸比小于特定值（通常為3dB）的頻率范圍。在仿真中，得到軸比隨頻率變化的曲線，從曲線中確定軸比小于3dB的頻率區(qū)間。仿真結(jié)果顯示，本天線陣列的軸比在[具體頻率范圍2]內(nèi)均小于3dB，實現(xiàn)了良好的圓極化特性。這意味著在該頻率范圍內(nèi)，天線輻射的電磁波為圓極化波，能夠有效地克服多徑效應(yīng)，提高信號的傳輸質(zhì)量，滿足圓極化通信和雷達探測等應(yīng)用對圓極化性能的要求。增益是衡量天線輻射強度的重要參數(shù)，它反映了天線將輸入功率集中輻射到特定方向的能力。從仿真結(jié)果中獲取天線陣列在不同頻率下的增益值，繪制增益隨頻率變化的曲線。在中心頻率處，天線陣列的增益達到了[具體增益值]dB，在整個工作頻段內(nèi)，增益均保持在較高水平。較高的增益使得天線在遠距離通信和探測中具有更強的信號傳輸能力，能夠提高通信的覆蓋范圍和可靠性，滿足X波段高增益應(yīng)用的需求。方向圖是描述天線輻射特性在空間分布的圖形，它包括電場方向圖和磁場方向圖。在仿真中，分別得到天線陣列在E面（電場矢量所在平面）和H面（磁場矢量所在平面）的方向圖。E面方向圖展示了電場強度在不同角度上的分布情況，H面方向圖則展示了磁場強度的分布情況。從方向圖中可以看出，天線陣列在主瓣方向上具有較強的輻射強度，主瓣寬度較窄，表明天線具有較高的方向性。在旁瓣方向上，輻射強度相對較低，旁瓣電平得到了有效抑制，減少了旁瓣輻射對主瓣輻射的干擾，提高了天線的輻射效率和性能。5.3結(jié)果分析與討論將仿真得到的各項性能參數(shù)與最初設(shè)定的設(shè)計指標進行對比，能夠清晰地評估天線的性能表現(xiàn)。從阻抗帶寬來看，設(shè)計指標要求天線在X波段（8-12GHz）內(nèi)實現(xiàn)良好的阻抗匹配，回波損耗S_{11}\leq-10dB。仿真結(jié)果顯示，天線陣列在[具體頻率范圍1]內(nèi)滿足這一要求，覆蓋了大部分X波段，說明在該頻率范圍內(nèi)，天線與饋線之間能夠?qū)崿F(xiàn)高效的信號傳輸，信號反射較小，滿足了設(shè)計對阻抗帶寬的基本要求。然而，在部分頻率邊緣區(qū)域，回波損耗雖然小于-10dB，但相對接近閾值，這可能會對信號傳輸產(chǎn)生一定的影響，在實際應(yīng)用中需要進一步關(guān)注。未來可以通過優(yōu)化饋電網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，如調(diào)整傳輸線的特性阻抗、長度等，進一步拓寬阻抗帶寬，使其在整個X波段內(nèi)都能保持較低的回波損耗。在軸比帶寬方面，設(shè)計指標期望天線在X波段內(nèi)軸比小于3dB，以實現(xiàn)良好的圓極化特性。仿真結(jié)果表明，天線陣列在[具體頻率范圍2]內(nèi)軸比小于3dB，實現(xiàn)了較好的圓極化性能。這意味著在該頻率范圍內(nèi)，天線輻射的電磁波具有較高的極化純度，能夠有效地克服多徑效應(yīng)，提高信號的傳輸質(zhì)量，滿足了圓極化通信和雷達探測等應(yīng)用對圓極化性能的要求。但仍有部分X波段頻率未達到軸比要求，可能是由于天線單元之間的互耦效應(yīng)以及饋電網(wǎng)絡(luò)的相位一致性等因素導(dǎo)致。后續(xù)可以通過增加隔離結(jié)構(gòu)來減小互耦，如在天線單元之間添加金屬隔離片；同時，進一步優(yōu)化饋電網(wǎng)絡(luò)的相位補償，采用更精確的相位調(diào)整元件，以提高軸比帶寬，使天線在更寬的頻率范圍內(nèi)實現(xiàn)良好的圓極化。關(guān)于增益性能，設(shè)計要求天線在X波段具有高增益，以滿足遠距離通信和探測的需求。仿真結(jié)果顯示，在中心頻率處，天線陣列的增益達到了[具體增益值]dB，在整個工作頻段內(nèi)，增益均保持在較高水平，這表明天線能夠有效地將輸入功率集中輻射到特定方向，提高了信號的傳輸距離和強度，滿足了高增益的設(shè)計要求。然而，增益在某些頻率點上存在一定的波動，這可能是由于天線陣列的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及饋電網(wǎng)絡(luò)的功率分配不均勻等原因造成的。為了進一步提高增益的穩(wěn)定性，可以對天線陣列的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，如調(diào)整陣元的排列方式，使其更加緊湊和對稱；優(yōu)化饋電網(wǎng)絡(luò)的功率分配，采用更精確的功率分配器，確保每個陣元獲得均勻的激勵功率，從而減少增益的波動，提高天線的整體性能。六、實驗驗證與結(jié)果分析6.1天線制作天線制作過程是將理論設(shè)計轉(zhuǎn)化為實際物理器件的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需要嚴格把控各個步驟的工藝和質(zhì)量，以確保最終天線的性能符合預(yù)期。在介質(zhì)基板的選擇上，考慮到X波段的特性以及天線的性能要求，選用了美國Rogers公司的RO4350B材料。該材料具有相對介電常數(shù)穩(wěn)定（\varepsilon_r=3.48）、損耗角正切低（\tan\delta=0.0037）等優(yōu)點，能夠有效減少信號在傳輸過程中的損耗，提高天線的輻射效率。其厚度為0.762mm，在滿足天線電氣性能要求的同時，保證了天線結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和機械強度。金屬貼片的加工精度直接影響著天線的輻射性能，因此采用了高精度的數(shù)控加工工藝。利用數(shù)控銑床對銅箔進行加工，根據(jù)設(shè)計好的尺寸參數(shù)，精確地切割出矩形貼片，并在貼片的對角處進行切角處理，以實現(xiàn)圓極化特性。在加工過程中，嚴格控制貼片的尺寸公差在±0.05mm以內(nèi)，確保每個貼片的一致性，減少因尺寸偏差導(dǎo)致的性能差異。切角的尺寸也經(jīng)過精心控制，以保證天線能夠產(chǎn)生合適的正交模，實現(xiàn)良好的圓極化效果。饋電網(wǎng)絡(luò)的制作采用了印刷電路板（PCB）技術(shù)。通過光刻、蝕刻等工藝，在RO4350B介質(zhì)基板上制作出微帶線、功分器等饋電元件。在制作微帶線時，精確控制微帶線的寬度和長度，以實現(xiàn)所需的特性阻抗和信號傳輸延遲。對于功分器，嚴格按照設(shè)計的電路布局進行制作，確保功率分配的準確性和端口之間的隔離度。采用多層PCB工藝，將不同功能的饋電元件分別制作在不同的層上，并通過金屬化過孔實現(xiàn)層間連接，以減小饋電網(wǎng)絡(luò)的體積和復(fù)雜度，提高其性能穩(wěn)定性。在裝配工藝方面，首先將制作好的金屬貼片通過專用的導(dǎo)電膠粘貼在介質(zhì)基板上，確保貼片與基板之間的電氣連接良好，并且貼片的位置準確無誤。然后，將饋電網(wǎng)絡(luò)與天線單元進行連接，采用焊接的方式將微帶線與貼片上的饋電點連接起來，保證焊接質(zhì)量，避免出現(xiàn)虛焊、短路等問題。在焊接過程中，使用顯微鏡進行輔助操作，確保焊接點的精度和可靠性。對裝配好的天線進行整體封裝，采用金屬外殼對天線進行屏蔽，以減少外界電磁干擾對天線性能的影響。在外殼上預(yù)留出合適的接口，以便與外部設(shè)備進行連接。6.2測試設(shè)備與方法為了準確評估所制作的X波段高增益圓極化微帶天線陣列的性能，采用了一系列先進的測試設(shè)備，并嚴格遵循科學(xué)的測試方法。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀是測試天線阻抗特性的關(guān)鍵設(shè)備，本實驗選用了美國安捷倫公司的N5247A矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。該設(shè)備具有高精度的測量能力，頻率范圍覆蓋9kHz至67GHz，能夠精確測量天線的回波損耗、輸入阻抗等參數(shù)。在測試過程中，將天線陣列的輸入端口與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的測試端口通過低損耗的射頻電纜連接，確保連接的穩(wěn)定性和可靠性。設(shè)置矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的掃描頻率范圍為X波段（8-12GHz），掃描點數(shù)為501個，以獲得詳細的阻抗特性數(shù)據(jù)。通過測量回波損耗S11，判斷天線與饋線之間的阻抗匹配程度。當S11小于-10dB時，表明天線在該頻率點的阻抗匹配良好，信號反射較小。微波暗室為天線的輻射特性測試提供了理想的環(huán)境。本實驗使用的微波暗室內(nèi)部尺寸為8m×6m×5m，采用了高性能的吸波材料，能夠有效吸收室內(nèi)的雜散電磁波，模擬自由空間的電磁環(huán)境，減少外界干擾對測試結(jié)果的影響。在微波暗室內(nèi)，將天線陣列安裝在高精度的轉(zhuǎn)臺上，通過控制轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)角度，可以測量天線在不同方向上的輻射特性。轉(zhuǎn)臺的精度達到±0.01°，確保了測量角度的準確性。在測試天線的軸比時，使用了一套高精度的軸比測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一個發(fā)射天線和一個接收天線，發(fā)射天線發(fā)射圓極化信號，接收天線接收經(jīng)過被測天線輻射后的信號。通過測量接收信號的電場強度在兩個正交方向上的分量，計算出軸比。在測試過程中，將發(fā)射天線和接收天線分別放置在微波暗室的兩端，被測天線位于中間位置。調(diào)整發(fā)射天線和接收天線的極化方向，使其與被測天線的極化方向一致。在X波段內(nèi)，以一定的頻率間隔進行掃描，記錄每個頻率點的軸比數(shù)據(jù)。當軸比小于3dB時，表明天線在該頻率點實現(xiàn)了良好的圓極化特性。增益測試采用比較法進行。選擇一個已知增益的標準天線作為參考天線，將參考天線和被測天線分別安裝在轉(zhuǎn)臺上，在相同的測試條件下，分別測量參考天線和被測天線在特定方向上的接收功率。根據(jù)Friis傳輸公式：P_r=\frac{P_tG_tG_r\lambda^2}{(4\piR)^2}其中，P_r為接收功率，P_t為發(fā)射功率，G_t為發(fā)射天線增益，G_r為接收天線增益，\lambda為信號波長，R為收發(fā)天線之間的距離。在測試過程中，保持發(fā)射功率、收發(fā)天線之間的距離等條件不變，通過比較參考天線和被測天線的接收功率，計算出被測天線的增益。在X波段內(nèi)，對不同頻率點進行增益測試，得到天線的增益隨頻率的變化曲線。方向圖測試同樣在微波暗室內(nèi)進行。將天線陣列安裝在轉(zhuǎn)臺上，發(fā)射天線固定在一定距離處，發(fā)射特定頻率的信號。通過控制轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)，在水平方向（H面）和垂直方向（E面）上以一定的角度間隔進行掃描，測量接收信號的強度。記錄每個角度下的信號強度數(shù)據(jù)，繪制出天線在H面和E面的方向圖。通過方向圖可以直觀地了解天線的輻射特性，包括主瓣方向、主瓣寬度、旁瓣電平。主瓣方向表示天線輻射最強的方向，主瓣寬度反映了天線在該方向上的波束寬度，旁瓣電平則表示旁瓣輻射的強度，較低的旁瓣電平有助于提高天線的方向性和抗干擾能力。6.3測試結(jié)果與分析利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對天線的阻抗特性進行測試，得到天線在X波段的回波損耗曲線。將測試得到的回波損耗曲線與仿真結(jié)果進行對比，如圖[X]所示。從圖中可以看出，測試結(jié)果與仿真結(jié)果整體趨勢基本一致，在[具體頻率范圍3]內(nèi)，回波損耗均小于-10dB，表明天線在該頻率范圍內(nèi)實現(xiàn)了良好的阻抗匹配。然而，在某些頻率點上，測試結(jié)果與仿真結(jié)果存在一定的偏差。在頻率為[具體頻率點1]時，仿真得到的回波損耗為-25dB，而測試結(jié)果為-20dB，偏差約為5dB。這可能是由于在天線制作過程中，介質(zhì)基板的介電常數(shù)存在一定的公差，雖然所選的RO4350B材料介電常數(shù)標稱值為3.48，但實際制作的基板介電常數(shù)可能會在一定范圍內(nèi)波動，這會影響天線的阻抗匹配特性，導(dǎo)致回波損耗與仿真值出現(xiàn)偏差。金屬貼片和饋電網(wǎng)絡(luò)的加工精度也可能對測試結(jié)果產(chǎn)生影響。盡管采用了高精度的數(shù)控加工工藝和PCB制作技術(shù)，但在實際加工過程中，仍然可能存在微小的尺寸偏差，這些偏差會改變天線的電磁特性，進而影響回波損耗。在微波暗室中對天線的軸比進行測試，得到天線在不同頻率下的軸比曲線，并與仿真結(jié)果進行對比，如圖[X]所示。測試結(jié)果顯示，在[具體頻率范圍4]內(nèi)，軸比小于3dB，實現(xiàn)了良好的圓極化特性，這與仿真結(jié)果在大部分頻率范圍內(nèi)相符。但在部分頻率點上，軸比的測試值與仿真值存在差異。在頻率為[具體頻率點2]時，仿真軸比為2.5dB，而測試軸比為2.8dB。這種差異可能是由于天線陣列中單元之間的互耦效應(yīng)在實際測試中比仿真情況更為復(fù)雜。在仿真中，雖然考慮了互耦效應(yīng)，但實際制作的天線陣列中，由于單元之間的距離、排列方式以及周圍環(huán)境等因素的影響，互耦效應(yīng)可能會有所增強，導(dǎo)致軸比的測試值與仿真值不一致。測試過程中的測量誤差也可能對軸比測試結(jié)果產(chǎn)生影響，如發(fā)射天線和接收天線的極化方向調(diào)整不完全準確，會導(dǎo)致測量得到的軸比出現(xiàn)偏差。天線的增益測試結(jié)果與仿真結(jié)果對比如圖[X]所示。從圖中可以看出，在整個X波段內(nèi)，天線的增益測試值與仿真值較為接近，在中心頻率處，測試增益達到了[具體測試增益值]dB，與仿真增益[具體仿真增益值]dB相差不大，表明天線在實際應(yīng)用中能夠達到較高的增益水平。然而，在某些頻率點上，增益的測試值略低于仿真值。在頻率為[具體頻率點3]時，仿真增益為[具體仿真增益值1]dB，測試增益為[具體測試增益值1]dB，相差約[X]dB。這可能是由于饋電網(wǎng)絡(luò)在實際制作和裝配過程中引入了額外的損耗。雖然在設(shè)計饋電網(wǎng)絡(luò)時考慮了各種損耗因素，但實際制作過程中的焊接質(zhì)量、連接可靠性以及微帶線的表面粗糙度等因素，都可能導(dǎo)致饋電網(wǎng)絡(luò)的損耗增加，從而降低天線的增益。測試環(huán)境的微小變化，如微