再者，随着无线通信技术的迅猛发展，电磁环境也变得异常复杂。正当人们在充分享受电磁科技迅猛发展所带来的无限便利时，电磁环境污染受到大众的广泛关注。天线的高增益无疑会降低发射机的发射功率，减少环境污染。因此，高增益天线的研究有着重大的意义。

综上所述，研究宽频带高增益天线技术，无论是在军事上还是在民用上都有着广泛的应用前景和重大的现实意义。

1.2 微带天线

早在 1953 年德尚（G.A.Deschamps）教授就已提出利用微带线的辐射来制成微带微波天线的概念，但是在随后的近 20 年里，对此只有一些零星的研究。直到 1972年，由于微波集成技术的发展和空间技术对低剖面天线的迫切需求，芒森（R.E.Munson）和豪威尔（J.Q.Howell）等研究者制成了第一批实用微带天线。随之国际上展开了对微带天线的广泛研究和应用。常用的一类微带天线是在一个薄介质基板（如聚四氟乙烯玻璃纤维压层）上，一面附上金属薄层作为接地板，另一面用光刻腐蚀等方法做出一定形状的金属贴片，利用微带线或同轴探针对贴片馈电，这就构成了微带天线。微带天线也可看作为一种缝隙天线。微带天线的辐射元形状可以是方形、矩形、圆形和椭圆形等等。

由于微带天线剖面薄，体积小，重量轻，造价低，能简便地置于仪器面板上，且能与导弹等载体共形。特别是，它可方便地与馈电网络和器件集成成块，与微电子技术紧密结合，功能强，已显示出作为新一代天线形式的巨大活力。微带天线已大量用于约 100MHz 至 100GHz 的宽广频域上，包括卫星通信、雷达、遥感、导弹、遥测遥控、环境监测、生物医学，便携式无线电设备等，近年来应用愈加广泛。

微带天线的主要缺点是阻抗带宽窄，损耗较大，因此增益低，效率不高。为了扩展带宽和提高增益，许多学者进行了大量的研究。上世纪 80、90 年代，拓展微带天线带宽的方式主要有：(1)采用厚基板。基板厚度增加辐射电导也随之增大，使辐射对应的品质因素Qr 及总品质因素QT 下降，从而拓展带宽；(2)采用介电常数εr较小或损耗角正切 tan δ较大的基板。εr较小时，介质对场的“束缚”较小，易于辐射；且天线的贮能也因εr的减小而变小，这样将使辐射对应的下降，从而使Qr频带变宽。tan δ的增加使介质损耗加大，品质因素下降，也使频带展宽。但εr的变小将使所需的基板尺寸加大；而 tan δ的增加必然使天线的效率降低；(3)附加阻抗匹配网络。但这种方式也增加了天线的尺寸和复杂度；(4)采用楔形或阶梯型基板。这是一种简单而有效的方法，突破了常规贴片天线的模式；(5)采用非线性材料、采用多层结构、采用 CPW 馈电缝隙耦合方式、使用周期加载及阵列天线等。

近些年来，对微带天线的研究进一步深入，拓展带宽的方式多种多样，同时，人们在关注天线带宽的同时，也注意到对增益的保留。以往，人们通过添加覆盖层或多层结构来提高天线的增益。而如今，人们寻求到更多的方式在展宽频带的同时不降低增益，如使用 U 型寄生单元，多缝隙结构，缝隙耦合与多层结构，空气填充介质、L 型探针馈电等都可以达到既拓展带宽又不降低增益的目的。

如今，随着研究的逐步深入，大带宽高增益的微带天线逐渐向小型化、结构简单化方向发展。

1.3天线设计中的数值软件介绍

Ansoft HFSS 是世界上第一个商业化的三维结构电磁场仿真软件，可分析仿真任意三维无源结构的高频电磁场，可直接得到特征阻抗、传播常数、S 参数及电磁场、辐射场、天线方向图等结果。HFSS 提供了一个简洁直观的用户设计界面、精确自适应的场解器、拥有空前电性能分析能力的功能强大后处理器，能计算任意形状三维无源结构的S参数和全波电磁场。当前所有的电磁问题基本都可以使用HFSS进行计算，其特有的自适应网格划分保证了它具有其它软件很难达到的准确性和方便性，解决了由于网格划分不正确引起的计算错误问题。当然，由于其计算方法本身缺陷和为实现强大功能而带来的其它问题，HFSS 计算速度较慢，精确计算复杂结构的超宽频带问题的能力差文献综述，对计算平台的配置要求较高。 HFSS宽频带高增益天线的设计与仿真(2):http://www.751com.cn/tongxin/lunwen_66724.html