文 献 综 述
- 引言
共形天线是近来天线领域的研究热点。共形天线能够与物体表面共形，使它在实际运用中有很大的优点。所以研究共形天线的分析、设计方法，十分有意义。然而共形天线阵比平面天线阵更为复杂，平面阵的设计方程已经不再适用。文[8]中，作者利用设计平面阵使用的Elliott的三个方程推导出了适用于共形波导缝隙阵列和共形SIW缝隙阵咧的设计方程。天线要共形，形状必然会变化，其性能参数也会发生变化。在文[9]中，天线在柱面弯曲情况下的谐振频率、辐射方向图以及远场都可以用新的腔体进行准确预测，简单快速，以满足设计需要。更进一步，文[2]详细介绍了圆柱共形微带天线的设计方法，还讨论了圆柱周向的N元曲线阵的阵方向图与天线单元的阵方向图的关系，为这次课题设计提供全面的参考。但是，微带天线也有其局限性，而利用基片集成波导可以设计出高Q值，低损耗的天线[5][6]。论文[3]中使用矩量法研究基片集成波导的传播和截止频率。进一步，在论文[6]中，孙兴文基于Elliott的三个设计方程和镜像原理详细阐述了基片集成缝隙天线的设计方法。
本次的课题有两个部分。一是了解微带天线的设计要领，分析微带天线的谐振频率和物理参数的关系，特别分析在微带天线变形的情况下，谐振频率公式；然后在HFSS软件中，把微带天线设计一个单元，同时在X面和Y面弯曲后，看性能变化；最后设计一个6-8元的微带天线阵，在X面和Y面弯曲后，看性能变化。 二是了解基片集成波导（SIW），了解SIW裂缝阵的设计方法，设计一个SIW单元天线，同时在X面和Y面弯曲后，看性能变化，分析弯曲SIW天线谐振频率和物理参数关系；最后设计6-8元SIW天线阵，同时在X面和Y面弯曲后，看性能变化。
- 研究背景
共形天线及其阵列就是一种和物体结构外形保持一致且不给与其共形的设备带来额外负担的天线及其阵列。第二次世界大战到1975年期间，伴随平面相控阵天线技术的发展，共形天线及其阵列研究取得了很多先驱性成果。共形天线能够和物体表面很好的贴合，是其在实际应用场合中的巨大优点。对共形天线的研究是目前天线研究的一大热点[10]。
共形天线可以说是传统微带天线的一个分支。微带天线是在带有导体接地板的介质基片上贴加导体薄片而形成的天线。它利用微带线或同轴线等馈电线馈电，在导体贴片与接地板之间激励起射频电磁场，并通过贴片四周与接地板间的缝隙向外辐射,因此，从辐射方式来看，微带天线也可以看作缝隙天线。微带天线具有平面结构，它的剖面低、易共形，且组阵时馈电网络可与辐射单元一体设计[16]。因此，在共形阵天线设计领域微带天线具有无可比拟的优势，微带共形阵天线也大量的应用于各种载体平台上。
但是微带电路也有其天然的缺陷，由于微带结构是半开放的电磁结构，能量的泄露和辐射非常明显，所以其损耗较大，品质因数较低，特别是设计的天线只能在设定的弯曲半径下工作，缺少灵活性。而采用基片集成波导却可以在不同的弯曲半径下，保持稳定的谐振频率等。基片集成波导是通过在双面覆铜的低损耗介质基板上下金属面间引入周期性金属化通孔阵列来实现的一种导波结构。它具有体积小、重量轻、成本低、易于加工、易于实现平面集成等传统金属波导不具备的优点[5]。并且，为了提高器件的Q值而增加基片的厚度时，微带线的损耗显著增加，而SIW却没有这个缺点。SIW缝隙阵天线是一种新型的微波毫米波集成元件，它弥补了传统意义上的矩形金属波导缝隙阵天线所固有的缺陷。
- 研究意义
共形阵天线在军事和民用上都有着广阔的发展和应用前景。在现代无线通信以及无线探测系统中，共形阵天线能够与飞机、导弹以及卫星等高速运行的载体平台表面相共形，且并不破坏载体的外形结构及空气动力学，是天线领域的一个研究热点。在军事方面，由于机动的军事装备如飞机、导弹、卫星等都将朝着空间充分利用和多重利用的方向发展，共形天线有了用武之地。因为一直以来天线是占据体积空间较大的一种技术设备，若将天线与装备(载体)的结构共形将是充分和多重利用空间的一个重要措施。在民用方面，天线与移动车辆、船体等共形同样可以节省空间[11]。共形天线还可以应用于可穿戴式系统，在监护病人、救援工作等方面发挥很大的作用。
研究共形天线的性能，以及如何设计制造性能更好的共形天线，将为使用共形天线的设备的性能的改善提供可能，也会为人类带来更多的便利。
与圆柱面共形的天线是微带共形天线最常见的形式，也是本课题的主要研究内容。
- 发展概况及研究现状
相比于平面阵天线，共形阵天线的分析与综合更为复杂。一般地，对共形阵天线的综合并不仅仅是对其方向图的综合，而且在设计的初始阶段就要考虑共形阵列天线的形状、阵列单元的形式以及其分布等问题。另外，在设计中还要考虑共形载体以及单元间互耦效应对阵列以及阵列单元的谐振频率、带宽和极化等性能的影响。因此，共形阵列天线的设计是一个复杂的系统问题，对该问题很难有一个严格而精确的解决方法，通常采用数值分析方法进行研究。目前，常用的数值分析方法主要有基于积分方程的矩量法（MOM）及其快速算法，基于微分方程的时域有限差分法（FDTD）和有限元法（FEM）等。然而，对共形阵天线矩量法的分析，通常是采用与载体平台共形的坐标系中的格林函数，这种方法的确很有用，但是对于复杂的平台分析的难度很大。所以，对于共形天线的研究设计，需要借助于计算功能强大的计算机，这也是共形天线落后于平面天线的原因之一[17]。
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