（电磁场与微波技术专业论文）加载短路钉微带天线的理论分析.pdf

摘要 传统微带天线由于重量轻、体积小、可共形等优点，已得到广泛应用。 然而在某些特定场合( 如移动无线通信等) ，由于工作频率低、波长较大，传统 微带天线仍然难以满足应用要求。目前人们已经研究了多种形式的小型化微带 天线，其中加载短路钉由于制造工艺比较简单，较为实用。但是对加载短路钉 的微带天线研究和设计仍停留在数值分析与实验测试相结合阶段，费时费力。 目前还没有找到一种比较简单的理论分析方法。 本文从腔模法出发，结合叠加原理，提出了一种较为简单的分析加载短路钉微 带天线的方法，从理论上分析了加载短路钉微带天线的内部电磁场分布、谐振 特性、阻抗特性，辐射特性等参数，并给出以加载单个短路钉矩形微带天线的 计算实例。理论分析和计算结果表明：1 ) 加载短路钉后会产生一个新的、低 于原未加载短路钉微带天线主模工作频率的谐振频率；2 ) 短路钉上电流与同 轴馈电上电流的比值和微带天线的谐振频率吻合；3 ) 并且随着短路钉向边缘 ( 或者角尖) 靠近，最低谐振频率会进一步降低，在天线边缘处获得谐振频率的 最小值：4 ) 微带天线的谐振频率由本文定义的微带天线的频变电容和频变电 感决定；5 ) 该谐振频率对应的天线辐射方向图具有水平全向性。最后，将本 文方法得到的结果和矩量法软件i e 3 d 仿真的结果进行对比，比较结果证明了本 文方法的有效性。 关键词 微带天线，短路钉，腔模法，叠加原理 a b s t r a c t d u et ot h eo u t s t a n d i n ga d v a n t a g e s ，i n c l u d i n gl i g h t e rw e i g h ta n dl o w e rp r o f i l ea n d c o n f o r r n a lc o n f i g u r a t i o n ，m i c r o s t r i pa n t e n n a sh a v eb e e na p p l i e dt ob r o a df i e l d so fm i c r o w a v e a n t e n n a sh o w e v e r i ns o m ec a s e s ，s u c ha sm o b i l ec o m m u n i c a t i o n e o n v e n t i o n a l c o n f i g u r a t i o no fm s ac a l lh a r d l ym e e tt h ee n g i n e e r i n gr e q u i r e m e n t s ，e s p e c i a l l ya tl o w e r f r e q u e n c yb e c a u s eo ft h er e l a t i v el a r g e rw a v e l e n g t h e x t e n s i v er e s e a r c h e sh a v eb e e nc a r r i e d o nt ot h em i n i a t u r i z e dm s as of a r a m o n gt h e m ，t h es h o r t i n g - p i nl o a d e dm s at e c h n i q u ei s a t t r a c t i v eb e c a u s eo fi t ss i m p l es t r u c t u r e h o w e v e r , c u r r e n tr e s e a r c h e sa r eb a s e do nn u m e r i c a l a n a l y s i sa n de x p e r i m e n t a lm e a s u r e m e n t ，a n ds i m p l em e t h o d sa r eu n a v a i l a b l e as i m p l em e t h o d ，d e r i v e df r o mc a v i t y - m o d e l e x p a n s i o na sw e l la st h ep r i n c i f l eo f s u p e r p o s i t i o n ，i sf i r s tp r e s e n t e dh e r et oa n a l y z ea n de x p l a i nt h ec h a r a c t e r i s t i c so fs h o r t i n g p i n l o a d e dm s a s u c ha se l e c t r o m a g n e t i cf i e l dd i s t r i b u t i o na n dr e s o n a n c ea n di m p e d a n c ea n d r a d i a t i o n t h e nac a l c u l a t i o no fas i n g l es h o r t i n g - p i nl o a d e dr e c t a n g u l a rm s ai sg i v e n 髓e p r e s e n tr e s u l t ss h o w ：1 ) l o a d e dw i t has h o a i n g - p i n ，ai l e wr e s o n a n tf r e q u e n c yo c c u r sw h i c hi s l o w e rt h a j lt h a to ft h ed o m i n a n tm o d eo f u n l o a d e dm s a ，2 ) t h ec u n f e n tr a t i of l o w i n go nt h e s h o r t i n g p i nt oc o a x i a lf e e dp r o b eg r e a t l ye f f e c t st h el o wr e s o n a n tf r e q u e n cy ，3 ) t h el o w e rt h e n e w r e s o n a n t 行e q u e n c y , t h en e a r e rt h ep o s i t i o no f s h o r t i n g - p i nt ot h ee d g e c o m e ro f t h em s a ， a n di tr e a c h e st h em i n i m u ma ti t se d g e c o m e r , 4 ) t h en e wr e s o n a n t 行e q u e n c yi sd e t e r m i n e db y t h ef r e q u e n c y v a r i a t i o n a lc a p a c i t a n c ea n d 矗e q u e n c y v a r i a t i o n a li n d u c t a n c ed e n n e dh e r e a n d 5 ) t h er a d i a t i o np a r e m sa tt h en e w 丘e q u e n c ya r eo m n i d i r e c t i o n a la th o r i z o n t a lp l a n e f i n a l l y , c o m p a r i s o n sb e t w e e np r e s e n t e dr e s u l t sa n di e 3 dr e s u l t sh a v es h o w nt h ee f f i c i e n c y o f p r e s e n t e dm e t h o d 【k e yw o r d s lm i c r o s t r i pa n t e n n a ( m s a ) ，s h o r t i n g p i n ，c a v i t y - m o d a l e x p a n s i o nm e t h o d ， p r i n c i p l eo fs u p e r p o s i t i o n 1 1 本论文的研究背景 第一章引言 微带天线概念是在1 9 5 3 年由 d e s c h a m p s 首先提出来的，并且在 1 9 5 5 年法国人g u t 【o n 和b a i s s i n o t 获得第个关于微带天线的专利。但 是直到上世纪7 0 年代以后，随着材 料种类的丰富和性能的不断提高，微 带天线才真正走上实用的道路。由于 重量轻、体积小、共形、成本低、适 合大规模牛产、易集成等优点微带 图1 _ 1 微带天线示例 天线已取得广泛应用。 体秋小是微带天线的- 个优点，但是在一些情况下【l j ，需要更紧凑的天线结构，以 满足t 程要求：而微带天线作为谐振天线，特征尺寸近似为半波导波长的整数倍。例如 在无线通信局域网( l n a ) 里面。工作频率一般在2 4 g h z 附近，则波长 兄：名 ( 卜1 ) 扣丽 即半波长为6 2 5 c m ，考虑到介质衬底因素( 取f r 4 o = 4 4 ) ，半波长也有2 9 8 m m 。这 个尺寸对于某些如便携式通信工具而言，占据了大部分空间，使得整个器件的布局捉襟 见肘。这时，就需要更有效的天线小型化技术，而且需要同时折中满足带宽、阻抗、成 本等方面的要求。目前在国内外公开杂志发表的关于微带天线小型化技术旧，3 川基本可以 分为三类； 使川高介电常数介质衬底； 采川结构紧促的天线形式，如p i f a 、p i l a 、p i u a 等： 灭线加载，如短路钉、缝隙等。 使用高介电常数介质的实质是减小波导波长，即如( 卜1 ) 中所示。但是众所周知， 高的介电常数意味着高的束缚能量的能力，因此辐射效率、带宽等因素将随着介电常数 增大而变差。倒i ，形( p i l a ) 、倒u 形( p i u a ) 类似于倒f 形微带天线( p i f a ) 2 , 3 1 。 在上面三利r 方法。h 加载短路钉是一利r 比较简单方便的方法，并且目前这种方法已 经实刚化，并以各利r 不同形式或应用方式频繁出现在工程应用和一些文献上m ，3 4 ，8 ，1 ”。 在w o n g 的著作 2 】里面很大一部分章节来讨论加载短路钉微带天线。原理上，这个方法 可以与在矩形金属波导里面放置调谐销钉或者金属膜片相比拟。加载短路钉微带天线可 以廊用矩量法【9 】、时域有限差分【1o 】法等数值方法分析，但是数值方法固有的概念隐蔽性 不能明确揭示天线的工作原理，因此我们期望用解析方法来分析这种微带天线。 早在上个世纪8 0 年代上海大学的钟顺时教授吲已经提到过利用解析方法来分析加 载短路钉微带天线。该书中以矩形微带天线为建模对象，如图1 2 ( a ) ，对于矩形微带天 线的丰模而言，短路钉等效为一个并联电纳。昆，则可以在主模下得到等效电路如图 1 2 ( b ) 。并联导纳b ，的计算可以根据平行板波导中的探针电抗来近似计算 吃= 警吖毒t r a o q e ， ij 其小h 为平行板波导厚度，d o 为探针的直径。 ( a ) 加载短路钉矩形微带天线 阿卜6 一 一 ( 1 2 ) ( b ) 传输线等效电路 图1 2 加载短路钉的矩形微带天线以及等效电路 这种分析方法概念简单明确，难点在于如何准确计算等效电抗的值；但同时从上面的等 效电路可以看出这种方法的局限性：此等效电路只适用于主模工作的矩形微带天线情 况，对于其他形状的微带天线或者其他不能等效成传输线模型的模式而言，这种方法很 难适用。在新千年后，n o k i a 苏黎世研究院的研究人员p o r a t h t t j 发表了基于腔模法分析 加载短路钉微带天线理论的文章。但是她的文章只是计算了加载短路钉微带天线的谐振 频率，对于阻抗特性、辐射特性等重要参数没有提及。 1 2 本论文的组织结构 沦文住筇_ 二章到第四章分三个章节米分析加载短路钉微带天线特性的理论以及方 法、计算结果等。 一第二章丰要概括介绍了本文所运用的方法腔模法的基本概念与步骤，并提出一个 与经典腔模法不同、而收敛速度更快的计算方法。对于矩形微带天线，将产生相比经典 腔模法而多出的s i n c ( x ) 函数，这个函数最大值为1 ，并随着工的增大而迅速减小，故而 使得整个计算的收敛速度加快。 在菊三章里运用腔模法，结合叠加原理，建立了分析加载短路钉微带天线的模型， 从理论上分析加载短路钉微带天线的内部电磁场分布、谐振特性、阻抗特性。辐射特性 等参数，并推广到加载多个短路钉的情况。 一在第四章坐，以加载单个短路钉矩形微带天线为对象，应用第三章得到的结论，计 算了天线的谐振、阻抗、辐射等重要参数，最后利用矩量法软件i e 3 d 仿真对比验证。 一 第五章对本论文做总结概括，并对其巾一一些不够详尽的地方做讨论，为后续工作做 1 些建议。 第二章腔模法简介( c a v i t ym o d em e t h o d ) 2 1 腔模、法【1 2 1 的几点假设： a ) 介质衬底厚度远小于波导波长， 往微带天线内部为t m 模式。 1 6 b 胁 悟。 b ) 电场只有z 方向分量；而磁场只有横向分量，即只有仁，萝) 分量。也即腔内为t m 2 模 c ) 在微带辐射单元的边缘没有电流的法向分量，即边缘的切向磁场为0 ，其数学形式 为h r ( 边界净。或者警= 0 。条件占) ，c ) 表明腔体可以看出上下为电壁、四周为磁壁的 o n 个封闭腔体。 ( a ) 俯视图 图2 1 同轴馈电微带天线示意 4 侧视图 2 2 利用腔模法计算微带天线腔体内的电磁场 考虑幽2 1 所小任恩形状微带天线结构，其腔体内的电磁场涌足矢量波方程如下： v x v x 豆一k 2 啻= 一问心 ( 2 1 ) 由于 胳。( 2 - 。) 陋= 疋三 所以上面矢量波方程可以简化成标量方程 v ；e ：+ 2 e z = ，州：，以= ；7 ( 2 3 ) 其特征方程为： ( v ；+ 。) v ，。( j ，y ) = 0 ( 24 ) 特征函数满足边界条件 卜v = 0 上下金板 1 孥= 。四周磁壁 由( 2 4 ) 和( 25 ) 可以确定特征函数。根据( 2 3 ) ，电场可以特征函数y 。展开 成如下二重级数： e z b ，办= a 。1 】f r 。x ，y ) ( 2 6 ) 卅” 其巾系数a 。 从而 k ：；! 型；旦掣 ( 2 忉 ”2 唾而i i 瞄 洲= 磊惫踪山 s ， 2 3 微带天线输入阻抗和辐射特性计算 z i n = v p ；一o r t y p o q = - e z p o q h ( 2 - 9 ) 代入( 28 ) ，虽后输入阻抗可以写成 = 荔悬蒜 在计算中，为了收敛更快，上述物理量可由下式计算 矿j j 丘( w ) 蚴 z 抽2 等，扩也脚以巨= 生隔厂 1 d 式( 21 0 ) 计算得到的输入阻抗是一个纯虚数，这是由于没有考虑到天线的辐射、导 体损耗、介质损耗以及表面波损耗等。为了考虑到各种损耗，从m a x w e l l 方程组可以将 各种损耗归算到介电常数e r 中，则此时s ，为复数，记做，表达式如下： ：= ，( 1 一芦) 则波数也变成复数，如下表示 k 2 = 瑶，( 1 一j 6 e f f ) 而等效损耗被定义成 6 = i q 品质因子q 定义为 q = p d i e t e c4 - e c o n 坐d u c t o 二r4 p r a d i a t i o n 所以等效损耗可以写成 嘧= 血出絮等 其中 睇= 导m 1 2 d v p d i e l e c = c o , t l a n 8j f j f j f i l e 。1 2 咖= t a n 6 盱 6 埘 拗 埘 旧 埘 忉 埘 * 旷：铷虬1 2 出2 盎 一2 击豇吲2 + 咿；n 鲋脚 而其中e o 和e 妒为远场的电场分量。 灭线的辐射特性由等效磁流露来计算 麝= 雷j i 进而锝到磁矢位户 户( r ) = 尝露( r ) e x p ( j e i p 远场的电场分量自和却由下式给出，( e ，0 ) 为磁矢的分量 陆= _ ，唧。奴s i n 0 一乃c o s 妒) 1 = - ，州o kc 。s p c 。s 妒+ _ c 。s p s i n 妒) 功率流密度可以写成 j ：! 营x 疗+ 所以功率流密度可以写成 j = 捌西卜断) ( 2 一1 9 ) ( 22 0 ) ( 22 1 ) ( 2 2 2 ) ( 2 2 3 ) ( 2 2 4 ) ( 2 - 2 5 ) 第三章加载短路钉微带天线理论分析 3 , 1 加载短路钉天线的腔模展开 考虑无耗情况下任意形状的同轴馈电微带天线，厚度为h 衬底介电常数为。馈 线和短路钉分别位于( 1 她2 ，y l - + y l 2 ) ，( x 2 + m 2 1 2 ，y 2 - + a y 2 1 2 ) 处，电流密 度分别为( ，山) ( 这里由于同轴馈线、短路钉半径很小，故而等效成矩形柱，这种等效 带来的误差很小，但分析变得非常简单) 。 ( a ) 俯视图 图3 。l 加载短路钉微带天线示意 考虑剑短路胡后，利用腔模法，该天线的腔内部的场满足 v 2 疋+ 七2 也= j c o ( + j 2 ) k = 厩= k 厄 对应的特征方程为 v 2 。+ t 2 = 0 由叠加原理将方程( 3 一1 ) 分成两个方程 j v 2 e l + 七2 易= 砒以 【v 2 e 2 + 女2 疋2 = 御。也 则可以分别在单独存在时候由腔模法得到 c o ) 侧视图 ( 3 1 ) ( 3 2 ) ( 3 - 3 ) ( 3 4 ) 丘lx ，y ) - - 厶y 。( l y ) m ， 疋2 y ) = 4 胁，2 。( x ，y ) m n ( 3 - 5 ) ( 3 6 ) 最后总场可以写成 已。 酣( x ，y ) = 点：l ( x ，y ) + 眨2 ( z ，y ) ：( 钿，l + 厶啦) 。( x ，y ) ( 3 7 ) 将( 36 ) 代入( 37 ) ，总场可以写成 船如y ，2 磊弼j o 叫i 1 卜州+ 等啦啦) i ，一c 埘，c s 棚 定义电流放大系数 彳：量 ，i 为了求电流放大系数a ，利用在短路钉处( z ：，y ：) 的边界条件 瓦。，x ：，y ：) = 0 将( 3 - 8 ) 代入( 3 1 0 ) ，可以得到 ( 3 9 ) ( 3 一l o ) 磊竖丛皇毒掣 厶。( 而，乃) + 如啦v ( 恐，娩) = 。( 。一，) 整理( 31 1 ) 可以得到电流放大系数： a = yillmn(xi,y,)111mn(x2,y2)gmn(axi,ay,)gmn(ax2,ay2) 惫k 2 一磁 毳垫学 j 电流比孕的表达式知道后，则总场表达式( 3 - 8 ) 可以完整写出来。 1 9 ( 3 1 2 ) 觇 a 邮 池 阪 们 n k 删 舢 器器 3 2 加载短路钉微带天线的阻抗 根据上r 一章输入阻抗定义，可以得到加载短路钉后的微带天线阻抗计算公式为 其中定义 乙：z 。，+ 拿z 。： ( 31 3 ) 2 佩一荔垫皆 z 1 2 = - 掣。 坠亟粤掣( 蛳，觇) ( 蝇，锄) 卅r l 一 k i , i i , , i 边界条件( 3 1 0 ) 可以改写成： 巨。x ：，y ：) + 巨：( x ：，y ：) = 0 ( 31 5 ) 进步写成 巨lx 2 ，耽) + 丘2 ( x 2 ，y 2 ) h = o ( 3 一1 6 ) 即 善丢考笔叫瓯一，：一t _ ：纛r , 巧j o g l t h 妒m 2 啦蘸，：2 。，7 ) 类似于( 3 - 1 4 ) ，定义 z 2 1 = 删善世警等幽啪比刚哪训1 8 ) 砀一御一磊亟掣警趔 则( 31 7 ) 可以变为 生：一红1 9 ) i tz 2 2 故输入阻抗( 31 3 ) 可以写成 乙嘞一乏轮掣 阻抗矩阵乙。，可以被如下定义 = 思乏 ”1 考虑损耗时候，波数可以写成 ( 32 0 ) ( 3 - 2 1 ) 并记 k2 = 女拇0 一嘞) l 雨而i 再巧2 a m + 帆 ( 32 2 ) ( 32 3 ) a 。2 i i _ 二翩，卢m 一。i i _ = _ 翻 c sz 。， 将( 3 1 5 ) 、( 3 - 1 9 ) 、( 32 1 ) 写成电阻和电抗和的形式 其中 z p q = r ，+ j x 。b 自= 、2 ( 3 2 5 ) r p g = 掣 卢。妒m n , p i l l m n , q g m n , p g m m m = o h = o ( 3 2 6 ) x p q = 掣 a m 月l l l m n , p l l l m n , q g m n , p g m m = o n = o 上式中z 。：= z 2 i 。把( 3 2 6 ) 代入( 3 2 0 ) ，并整理。则此时输入阻抗z 撸： 其一l z ：j l = r m + j x h ( 3 2 7 ) r 2 2 一x l l x 2 2 ) 一伍之一z 矗i + x 2 2 【( r 1 l x 2 2 + r 2 2 x 1 1 ) 一2 r 1 2 x 1 2 d l 2 2 + r 2 2 x 1 1 ) 一2 r 1 2 2 1 2 】一z 2 2 i r l l 月2 2 一z l l x 2 2 ) 一g 己一x 之 ( 3 2 8 ) 至此已经推导出关于加载短路钉微带天线输入阻抗的表达式，各个参数的计算需要考虑 到天线的介质损耗、导体损耗以及辐射损耗等参数。 为了得到等效电路，将输入阻抗表达式改写成如下形式 根据( 3 2 9 ) ，可以得到如图3 2 的等效电路。各 个参数值由( 3 - 2 6 ) 决定。图3 2 微带天线等效电路 阮陋 k k 奇奇 i i l i 烈 3 3 谐振条件分析 由m a x w e l l 方程组，复p o y n t i n g 矢量j 可以写成 蜃：三雷膏+ 2 其一i i 磁场矢量在直角坐标系可以写成 疗= 盖( j 等一多割 对( 33 0 ) 式子进行两边在天线内部进行体积分可以得到 一，出= ! 歹籼脚婶2 州2 p jv y 、 。 当电场储能和磁场储能相等的时候天线谐振( 叻实数) ，即 ( 3 3 0 ) ( 3 3 1 ) ( 3 - 3 2 ) 伽驴m 厅吵。或者秆刊2 ( 3 - 3 3 ， 将( 38 ) 代入( 33 3 ) 式代入可以得到下式 或卉整理写成 s 渺斤= 肛飘等卜1 2川h埘，n e 1 a m 。1 2 仁2 一磕。l _ 0 2 n 当不考虑等效损耗时，将( 3 - 3 4 ) 可以写成如下形式 由于 j o ) , u ( p l g l ) 2 网一 ( t 2 、2 。) = ( 露2 一2 矗 ( 33 6 ) 可以简化为 z l j - z z 2 2 2 1 ( 2 2 1 2 - z 2 1 ) + 背渺小 盼 ( 3 3 4 ) ( 3 - 3 5 ) ( 3 3 7 ) ( 3 3 8 ) 等 重：i p 吃一五 ，_，、j，【 考虑到五：= z 2 ，则有如下表达式 z 1 l z 2 2 = z 是 如果取( 3 2 7 ) 式的虚部丑。= 0 ，可以得到 z l i x 2 2 = 璐 可以观察到( 33 9 ) 和( 3 4 0 ) 完全一致的。 若考虑到损耗，则( 3 3 3 ) 需要改写成 一伊i 西= 7 - 觑埘小( 1 删捌2 一口蚓2p 0vv 、 7 ( 33 5 ) 写成 2 嫡2 旷2 ) = 。 整理可以得到 ( 3 3 9 ) ( 3 - 4 0 ) ( 3 4 1 ) ( 3 4 2 ) 黔旷磅恬眷+ 引2 阿j a 私( 9 2 ) 2 一鼹嘲+ 别 + 如陵f 2 呐z ( 乏丁+ 象 即( 32 7 ) - lr x i 。= 0 整理后的结果。 将( 3 3 5 ) 可以改写成如下形式 ( 33 9 ) 、( 3 4 4 ) 和( 3 4 5 ) 即天线的谐振条件数学表达式，适用于整个频谱范围。 下面讨论本文中重点提及的情况：当0 0 ) ： 焉如。压c o s ( 蝌盼到” 坞t = 丕厝c o s ( 乏以 z = 焉( 1 ) ”如 c o s ( x ) “一1 4 ) c o s ( k y ) 由镜像原理，则还应该在z = 一 有四个大小和方向均相同的磁流，则考虑镜像后有 重工。一8c苫a一皇厶三 压压 = 。等等劳蚺c o s ( 啪三每 p 警r + 矿片 ( 4 1 5 ) 纠妻等妒制酬，畦压裂沁 降叫詹r 十矿芦 在远区电场分量可以写成 隅= j o , t t o 奴s i n e - gc o s ) 1 岛：kbc o s o s i n j t o r oc o s o c o s 妒+ c o s o s i n 9 ) l 岛= k乃j 最终得到的远区辐射场为 砀：研。三翌：。i 也厶也纠。淞8 ) 厶。 ，玎n 盘生盐 一磅 。k x i ；一露 妒警r 巾r l s 婵 岛：删。昙竿。i k 坞纠。瑚) 。日 爿。盐一生世 碍一砖 b 七i 一 卜学巾儿唠 学删“e 烨1 ( 4 一1 7 ) ( 4 1 8 ) ( 4 一1 9 ) 下面将根据( 4 一1 8 ) 和( 41 9 ) 两个式子来计算在2 0 8 0 g h z 和5 0 2 0 g h z 时候的天线辐 监“压 射方向圈，同时给出i e 3 d 计算的相对应的结果。 图4 1 1 表明在t m 。模垂直面( 妒= 0 ) 的辐射方向图，图4 1 2 ( a ) 是在缈= 州2 时的 轩i i 射方向图。图4 i i 和图4 1 1 在空间相差9 0 度，这个基本可以衡量整个垂直面方向图 的三维分布，容易看到两个图的形状一致，表明在水平面为均匀全向分布。图4 1 0 ( b ) 和图4 1 1 ( b ) 为相对应的用矩量法( i e 3 d ) 计算的结果，很明显，i e 3 d 的结果和本文腔模 法是一致的。 从原理看：在t m o o ，矩形微带天线不存在辐射边和非辐射边的差别( 对应远区而 言) 各个方向表现出一致的辐射方向性质，从而构成水平面的均匀全向；而且随着 e ( j e l 玎2 ) 的增大而增益增大，这个和矩形微带天线的删：或者圆形微带天线的删。辐 射方向图的形状有点类似，形状象中间凹下去的一个球冠。 幽4 ，1 3 表明在水平方向0 = , 9 2 对应的辐射方向图。可以观察到，在这种情况下， 岛。图4 1 3 在一般的天线方向图计算中并不常见，因为对于一般微带天线，其主 模( 相i 于5 0 2 0 g h z 时的情况) 辐射的最大值在0 = 0 ，即项部位置，而在8 = 形2 时，辐 射很小。但是对于加载微带天线，其最低谐振频率( 相当于2 0 8 0 g h z 时的情况) 对应的辐 射在水平面接近0a = 2 却是最大值，这个和未加载微带天线主模完全不一样，从图4 1 l 、 闰4 1 2 和图4 1 3 的对比中可以发现这一点。如果需要在水平全向通信，这种微带天线 就可以非常方便的工作。 图4 1 4 和图4 1 5 给出工作在碱。时加载微带天线e 面和日面的辐射方向图a 可以 观察到随着蚓的增大，辐射强度变小，这个正是未加载微带天线t m i o 模时的辐射方向图， 另外从前面4 1 节绘制的内场电场分布观察，可咀肯定加载短路钉微带天线除了最低谐。 振频率外，和未加载微带天线具有相网辐射特性。 从仿真结果可以看到，在这两个频率微带天线都是线性极化。 _ 啊，”强2 女 一i 。置! 二： 一l e t h e t a ( b yc a r l t ym o d e l l 二e e - 抽p h t a i ( 1 b ( b y y c c a v a v i t y f 坤m m o 。d d e e t ) 。 一一r 、 i 一- - 、j i r y 。、，r 。一， i 。二。d ) 2 ( 6 ，5 ) m m “v1 _ ，s 5 、m m 磷描赢菇赢 “， h s = 1 o m m一一一 e r = 2 5 4 f r e q u e n c y = 2 0 8 0 g h z p h i = 0 图4 11 ( a ) 腔模法计算的垂直面远区辐射方向图( 2 0 8 0 g h z ) - 2 。o柏 t h e t a ( d e g r e e ) 矩量法计算的垂直面远区辐射方向图( 2 1 2 7 g h z ) 。 m 啪 书 省 搴 前 弗 书 丑pj暑ac茄co一葛黾*e!口一， + h - - ：r + ”一 ：二叫：j 一 、 、 、 ，一- e - p h m 耐l ( h b y b c y a c v 8 i t 啊y 竹m o m d 。e d l ) 。1 ) - 一e t o t a l ( b y c a r l t y m o d e l 、 ( l x ，l j = ( 2 0 ，1 5 ) m m ；。护( 6 ，5 ) m m ( x p l n y o l n l 2 ( 5 ，5 ) m m 【i n ，州) 2 ( o 2 5 , 0 2 5 ) m m l i s = 1 0 r a m e r = 2 钳 f m q u e n c y = 2 0 8 0 g h z p h l = 9 c t h e t a ( d e g r e e ) 图4 1 2 ( a ) 腔模法计算的垂直面远区辐射方向图( 2 0 8 0 g h z ) l _ = = 歹彳一卜 。 ，j 弋、，7 、j 酥品百蒿 l 一 ) 、 ，l = 窘5 妒 一 、 ，。 ，。 _ ( l y ，l ，) - ( 2 0 ，t 5 ) m m i k ；“) 2 ( 6 ，5 ) m m i x p l n , y p i n ) 2 1 5 ，5 j m m ( r d i 。- 。d ) 2 i o 2 5 ，0 2 5 ) m m i i s ：i o m m e r = 2 5 4 f r e q u e n c y = 2 1 2 7 g h z p h i = 9 0 图4 1 2 ( b ) 矩量法计算的垂直面远区辐射方向图( 2 1 2 7 g h z ) 盂已5口ci s譬皇奄_正篁。芷正 笥p)暑ac荔点葛号_z!。一峰山 ，、 。 = 器1 瑞篙薯器掣 。e - t o t a l b y c a t t y m o d e l f i _l 、= 倥0 51 m m 1 嘶d - 叫，= 1 5 5 j m m ，vt t l l 曼l l c 烈一_ i p i n 7 帅l ，一、。w 妒堂擘! 攀m m n s = 1 u i t i m e r = 2 5 4 t 。h 。e q t a 。：。9 “0 f y 吐”。u n 腔模法计算的水平面远区辐射方向图( 2 0 8 0 g h z ) 一、 ，。一 - 、 l - ，一 二：船刿器 e 巾m b y i e 3 d 蕊 ，( 2 0 d _ 5 ) 哪 t “) - ( 6 5m m m n ) 一i a ，叩 ( r l ，国2 0 2 5 m m r t s = l m m m e r = 2 b 4 t r e q h e n c y 2 z - 1 z7 u m t h e t a b 9 0 图4 1 3 ( b ) 矩量法计算的水平面远区辐射方向图( 2 1 2 7 g h z ) l丑p)暑窖姜s冒号罡!i|_| 宣pj喜喜co看一i芷!车山 身多彳二一l o 夸丧、 。 _ ， ，一叶”十- 、 、 毒迤 4 ，+ 。 ；黼潲鬣掣 、， ， e - t o t a lb y 钿们竹m o d e l、1 -