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广东工贸职业技术学院 浙江大学深圳研究院 钟催林
浙江大学深圳研究院 李振林广东工贸职业技术学院 曾洁琼
【摘要】本文首先采用传输线法和腔模理论对矩形微带天线进行分析；针对设计指标详细讨论了各种因素对微带贴片天线性能的影响并完成了微带贴片天线阵元的设计方案。最后 成功制作了矩形微带天线和矩形微带天线阵元 并将Ansoft HFSS的模拟结果与实测值进行比较得到了工程中厚基片天线制作的一些经验。【关键词】阵列；天线；微带
1.微带天线的设计
微带天线的工作原理与设计：
由于对于大多数工程应用来说，分析设计微带天线，一般利用简单的传输线模型和空腔模型。因此本设计，可以先依据传输线模型和空腔模型给出的计算公式以及工程经验公式算出一个天线单元的基本参数。一些相关的经验公式如下：
(1)
(2)
(3)
(4)
压延加工
式中L 为天线的长度，W 为天线的宽，c 为光在真空中的速度，εe 为天线基板的等效介电常数，εr 为基板介电常数。
依据上述公式得出天线单元的相关参数后，我们可以使用高频电磁数值仿真软件(本设计使用的是基于有限元法的HESS 软件)和微波电路设计软件（本设计采用基于矩量法的ADS 软件）对结果进行验证优化。此设计中，介质基片我们选取的是Tconic RF-35，相对介电常数为3.5，基片厚度为0.5mm 。由于采用小的介电常数可以减小谐振腔中储存的电磁能量，从而降低Q 值，展宽带宽。另外，基片厚度太厚的话会激励起多的表面波模式，会降低需要方向的辐射，并且改变方向性。所以一般毫米波段微带天线都会选取低介电常数的薄介质基片。
2.天线单元设计
天线单元设计如图1所示。
天线单元采用微带馈电的方式，其中天线的宽W 和长L 可以根据前面所述的经验公式初步计算。另外天线设计的输入阻抗也要合
理，一般不能太大也不能太小：太大，为了阻抗匹配，馈电微带线
的阻抗也要大，微带馈线的宽带就会过小，这会给加工精度带来困难；过小，馈电微带线宽度会较大，
馈线引入的耗散将会加大，另外也不利于整个阵列的阻抗匹配。此设计中，选取天线输入阻抗为100Ω。天线输入阻抗主要参数q 和L 的尺寸相关。馈线宽度可以采用微波电路仿真软件ADS 计算得出。所有单元天线的参数可以可以通过电磁仿真软件HFSS 仿真优化，最后得到满足要求的一组参数；该项目中我们的设计参数分别为：L=3.0mm ，W ＝3.62mm ，t=0.3mm ，q=1.0mm ，S=0.14mm
发光细菌。
图1 天线单元结构图
司令图3.天线馈电网络及阻抗匹配网络设计
该设计的微带天线阵列单元个数为4×14个，采用串并结合的馈电方式，整个天线采用背馈的方式，天
线通过同轴探针与电路相连。同轴探针采用50Ω的特性阻抗。然后采用T 形结构将输入功率分成两路，然后采用四分之一波长的微带线进行阻抗匹配。可以采用T 形结构功分器的阻抗关系，以及四分之一波长阻抗变换器的阻抗关系可以得出各条微带馈线特性阻抗，得出每条微带线的特性阻抗后即可用ADS
算的它们的宽度。
图2 阵列天线结构图
致谢：本文的研究工作得到深圳市科创委基础研究项目《JCYJ20170816172623776》和广州市天河区科技项目《201701YG109》的资助，作者表示衷心感谢！
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3.1 天线阵列参数的优化设计
整个天线阵列结构如图2所示，天线阵列结构为对称结构。每一行可以只计算仿真一边，优化各个参数使其匹配。并得出输入阻抗，再在ADS 中根据输入阻抗值仿真优化出匹配网络中参数的基本值。所以仿真优化结合HFSS 和ADS 将加快仿真速度。根据优化出的一组参数画出AUTOCAD
图纸，再加工成天线实物。
透水混凝土做法图3 阵列天线的S11参数仿真和测试曲线
图4 阵列天线仿真方向图该阵列天线的S 11参数仿真和测试曲线如图3所示，频率23.35GHz-24.6GHz 内S 11参数小于-10dB ，仿真和测试结果基本一致；同时天线辐射方向图实验和仿真结果基本一致，其中方位角为7度左右，仰角为28度左右；天线增益大约为21dBi 。
4.结语
本文以基本的微带天线设计理论为基础，借助于先进的仿真工具HFSS 和ADS 软件，设计出了一种24GHz 频段天线阵，其性能基本上满足了应用要求。
参考文献
[1]徐涛.毫米波汽车防撞雷达实用化研究:[博士学位论文].上海：上海微系统与信息研究所,2003.
[2]C.A.Balanis,Antenna theory:analysis and design,3rd Edition. Hoboken,N.J.:Wiley-Interscience,2005.
作者简介：
钟催林（1974—），本文通信作者，男，汉，湖南衡阳人，博士后，高级工程师，微波组件与系统，浙江大学深圳研究院/广东工贸职业技术学院。
李振林（1992—），男，汉，广西贺州人，在读硕士，微波电路与天线，浙江大学深圳研究院。
曾洁琼（1982—），女，汉，广东潮州人，硕士，讲师，电子
信息，广东工贸职业技术学院。
发动机调速器
（上接第193页）
电动画舫船
杠轴承座2、丝杠螺母8和电动机1组成，其中丝杠螺母8安装在横移架5板下面中部，丝杠14穿过丝杠螺母8与导轨3平行，两端安装在位于机械手框架11上的丝杠轴承座2中，电动机1安装在丝杠14一端的丝杠轴承座2上，电动机1输出轴与丝杠14
连接。
图3 本实用新型的纵移架及夹具示意图
如图3所示，所述夹持机构由夹持气缸16和夹具12组成，若干个夹持气缸16沿纵移架13长度方向等距离布置安装在纵移架13中部，气缸活塞17向下穿过纵移架13，与安装在纵移架13板下面的夹具12铰接销轴连接。电流互感器自动检测线机械手装置，工作时，电动机得电转动，丝杠14转动，横移架5水平移动到预定位置，停止移动；纵移架13在气缸7活塞的作用下向下移动，到预定高度后，停止移动；夹具12在夹具气缸16的活塞17的作用下夹紧被测互感器18；然后，纵移架13上行，到一定高度停止，接着横移架5运动，到预定位置停止，纵移架13下行，到一定高度停止，夹具12松开，将被测互感器18放在预定位置。 3.系统功能
电流互感器自动检测线机械手主要实现多台被检电流互感器由仓储到线上的自动摆放和抓取。具备以下功能：
1 上线前对仓储运来的互感器进行抓取；
2 对上线前的互感器进行横向平移和纵向上下移动；
3 实现对互感器的检测位置的准确定位摆放；
4 实现对互感器180°和360°旋转；
5 实现对互感器检测位置状态的监视。
4.结语
本论文研究的电流互感器自动检测线机械手装置创新点是机械手采用了横移机构、纵移机构及夹持机构，实现了被检互感器的拾起，上移，平移、下移和放下五个动作的自动化。减轻了操作人员的劳动强度，提高了生产效率。根据不同型号的互感器的外形尺寸进行自动调整，且计算机自动控制自动记录操作动作结果。本研究解决了电流互感器自动检测线上互感器搬运挑拣的技术问题，实现了被检互感器搬运挑拣的自动化。
作者简介：
常建芳（1979－），女，汉，山西太原人，硕士研究生，中级工程师，现供职于山西省机电设计研究院。
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