第六章缝隙天线及微带天线

1、天线理论与技术天线理论与技术第六讲第六讲缝隙天线与微带天线缝隙天线与微带天线5.1 缝隙天线 理想缝隙天线理想缝隙天线是开在无限大、无限薄的理想导体平面上(yOz)的直线缝隙， 可以由同轴传输线激励。 缝隙的宽度w远小于波长， 而其长度2l通常为/2。5.1.1 5.1.1 理想缝隙天线理想缝隙天线坐标图坐标图yz2l 无论缝隙被何种方式激励， 缝隙中只存在切向的电场强缝隙中只存在切向的电场强度度， 电场强度一定垂直于缝隙的长边， 并对缝隙的中点呈上下对称的驻波分布驻波分布， 即( )sin (myE zEk lz e 0sin ()mxmzJnEEk lze yz2l在x0的半空间内，缝隙相

2、当于一个等效磁流源等效磁流源，其等效磁流密度为辐射场辐射场u 缝隙最终可以被等效成一个片状的、缝隙最终可以被等效成一个片状的、沿沿z轴放置的、与缝隙等长的磁对称振子轴放置的、与缝隙等长的磁对称振子。对于x0的半空间内，其等效磁流强度为2sin ()mmIEk lzmlIEd l llEd讨论远区的辐射问题时，可将缝隙视为线状磁对称振子，根据与全电流定律对偶的全磁流定律 根据电磁场的对偶原理电磁场的对偶原理，磁对称振子的辐射场可以直接由电对称振子的辐射场对偶得出为cos(cos )cos()sincos(cos )cos()sinmjkrmmjkrmEklklEjeerEklklHjeer 在x

3、1w/h112758. 088. 1ln11165. 0883. 0377hwhwZrrrrrcrrrrchwwhZ1208. 02258. 0113218ln) 1(21202传输线模型传输线模型施奈德（M.V.Schneider）已得出等效相对介电常数的一个简单经验公式：2/11011121whrre矩形贴片天线的传输线模型矩形贴片天线的传输线模型缝隙两端间有一辐射电导Gs，利用级数展开式表示，略去高阶项后可得近似结果如下：0202012016011201901aaaGs)2()235. 0()35. 0(0000aaa矩形贴片天线的传输线模型矩形贴片天线的传输线模型除辐射电导外，开路端缝

4、隙的等效导纳还有一电容部分。它由边缘效应引起，其电纳可用延伸长度l来表示：哈默斯塔德给出l的经验公式如下：)tan(lYBcs8 . 0264. 0258. 03 . 0412. 0hwhwhlee矩形贴片天线的传输线模型矩形贴片天线的传输线模型当从辐射边对矩形贴片馈电时，将一条缝隙的导纳加上长为b的传输线变换后的另一缝隙导纳，便得出微带天线的输入导纳：bjYYbjYYYYYsccscsintantan矩形贴片天线的传输线模型矩形贴片天线的传输线模型用延伸长度来表示电容效应，则可获得更简便的计算式：)2(tan)2(tanlbjGYlbjYGYGYsccscsin矩形贴片天线的传输线模型矩形贴

5、片天线的传输线模型H面E面sincoscos21sin)(0akFHsin21cos)(0bkFE矩形贴片天线的传输线模型矩形贴片天线的传输线模型半功率波瓣宽度近似值如下：015 . 0121cos22aHbE4sin22015 . 0矩形贴片天线的矩形贴片天线的E面方向图面方向图矩形贴片天线矩形贴片天线H面方向图面方向图矩形贴片天线的尺寸设计矩形贴片天线的尺寸设计2/1212rfcWlLg25 . 0gLLG2 . 0gWWG2 . 0空腔模型理论空腔模型理论罗远祉(Y.T.Lo)等在1979年提出了空腔模型理论。基于薄微带天线(h0)的假设，将微带贴片与接地板之间的空间看成是四周为磁壁、上

6、下为电壁的谐振空腔。天线辐射场由空腔四周的等效磁流来得出，天线输入阻抗可根据空腔内场和馈源边界条件求得。空腔模型理论空腔模型理论由复数形式的麦克斯韦方程可得式中化为标量方程JEE022jktan100jkkrzzJjEk022空腔模型理论空腔模型理论可用模展开法或模式匹配法求解方程。模展开法即把解表示为各本征模的叠加。本征函数由求解无源区与波动方程得出： 在磁壁处需满足的边界条件为022mnmnkmn0nmn空腔模型理论空腔模型理论可得内场的一般解式中mnmnmnmnznmmnzJkkjkE*,22001SmnzmnzdsJJ*Smnmnmnmnds*空腔模型理论空腔模型理论求得内场，应用等效

7、性原理得出外空间的场。四周为磁壁，切向磁场为零，因而等效电流也为零；但四周磁壁上有切向电场，故有等效磁流：等效磁流源在远区产生的电矢位为zsEznMSyxjksRjkdxdyeeRhsinsincossin002MF空腔模型理论空腔模型理论矩形贴片的本征函数和谐振波数ybnxammncoscos22bnamkmn空腔模型理论空腔模型理论圆形贴片的本征函数和谐振波数jnmnnmnekJ0akJmnn空腔模型理论空腔模型理论圆环贴片的本征函数和谐振波数jnmnnmnnmnnmnnmnekNakJkJakNbkNbkJakNakJmnnmnnmnnmnn空腔模型理论空腔模型理论等边三角形贴片的本征函数和谐振波数bwvnmbublmn9cos232cos bwvmlbubn9cos232cos bwvlnbubm9cos232cos mnnmakmn222234宽频带技术宽频带技术降低等效谐振电路Q值：增大h,降低Er。附加寄生贴片、采用电磁耦合馈电附加阻抗匹配网络圆极化技术圆极化技术微带天线的优点之一是便于实现圆极化工作。用单片微带贴片天线就能实现圆极化辐射。两种设计方法