HFSS应用于生物医学工程的微带贴片天线阵设计(2)
图29中可以看到天线的增益达到了9dB以上，达到了课题的要求。 28
图30 阵列天线的3D方向图 28
结 论 29
致 谢 30
参考文献 31
1 引言
微带天线在天线发展历史上有着举足轻重的地位，微带天线制作工艺是通过在介质基片的一面运用光刻或者化学腐蚀等方法制作出一定形状的薄金属辐射贴片，在基片的另外一面接地板，在通过对天线馈电来实现天线向空间辐射电磁波，这样就是最基本的微带天线。通过对微带天线的简单介绍，我们按制作出的金属辐射贴片形状对微带天线分类，可以分为矩形、圆形以及环形微带天线等；按照微带天线的工作方式，可以分为谐振微带天线和非谐振微带天线；按照工作频率，可以分为单频微带天线、双频以及多频微带天线。本课题是设计一个单频谐振型矩形微带天线。虽然在许多情况下，单个的微带天线能够实现天线的换能器的功能，但是在一些特殊场合中，天线需要满足很强的方向性、很高的增益以及很窄的波束宽度，而往往单个微带天线很难实现，这就需要多个微带天线同时工作，并排列成一定的形状来实现更高的要求。课题就是为了克服单个微带天线的不足，通过4个元天线组合成2X2矩形平面阵的阵列天线。
生物医学工程是20世纪50年代发展起来的一门新兴学科。不同于传统医学，生物医学工程运用理工学科的理论以及工程技术来解决医学中存在的各类问题。生物医学工程中涉及到了力学、控制论、微电子技术以及计算机技术等多学科领域，是一门交叉学科。在生物医学工程中，其医学电子设备有着十分重要的地位。医学电子设备主要是采集、分析处理人体的各类生命体征参数，包括心电、脑电以及实时监控病人的生命状态。目前医学电子设备应对需求正向着智能化、小型化的方向发展。作为电子设备中十分关键的换能元件¬的天线也必须顺应这样的发展趋势，在生物医学工程中的雷达天线，若采用基片集成波导设计的槽天线虽然有着高增益，但是在5.8GHz工作频率上有着体积大、不易集成的弊端。而微带天线阵列克服上述体积大、不易集成的不足，同时由微带天线组合的阵列天线也能够满足要求的增益，使得微带天线阵受到人们的青睐。而且微带天线阵列因其平面结构，使得制作工艺相对更加简单，成本也更加低廉，使得微带天线阵列在医学工程领域有着广泛的应用。
1.1 天线的基本特征（电参数）
天线作为微波通信系统中一个重要的元件，起到了换能器的作用，即将微波电路中传输的电磁能量转换成向空间辐射的电磁波。在研究天线的基本特征时，人们往往关心天线的辐射阻抗、带宽、方向图、方向性系数以及增益等系统特征。接下来将介绍天线各个特征，通常人们称这些天线特征为天线的电参数。
1.1.1 天线的辐射阻抗
由天线理论[9]，天线在远区向空间辐射的功率可以等效为一个电阻R消耗的功率，那么电阻R被称为辐射电阻，其阻抗值为辐射阻抗。而且天线无耗时，天线输入端的输入阻抗等于天线的辐射阻抗，而且天线输入端的输入功率等于辐射功率。在计算天线的辐射阻抗时，常采用坡印亭矢量法[15]，接下来将通过坡印亭矢量法推导出天线的辐射阻抗计算公式
假设天线的辐射功率为 ，天线的方向性函数为 则由天线理论可得到天线辐射功率的表达式[10]
(1.1)