微带天线设计.ppt

1、1.牙齿讲座是对微带天线设计理论从“微带天线”(美国I.J .鲍尔. p .布瓦蒂亚、梁莲延等翻译，1985年电子工业出版社)获得的，虽然没有反映最新数据，但基本概念仍然有用。国内也有几本带微带天线的书，很多内容也取自鲍尔的着作，因此本讲座将对微带天线设计理论部分参考鲍尔的书。我不太在意本课程后面推荐的微带天线设计软件是否使用鲍尔的公式。例如，Sonnet软件基于力矩法。不同的设计软件有不同的特征，根据的设计公式和方法不同，因此感兴趣的读者最好参考相关文献。第三讲的微带天线设计，2，天线示例，天线大体可以分为线天线和口径天线。移动通信用VHF、UHF天线大部分是基于对称钟摆开发的各种形式的线天

2、线，卫星地面站将卫星信号作为抛物线天线(口径天线)接收。天线的特征与天线的形状、大小和构成材料有关。天线的大小通常以天线发射或接收电磁波的波长来测量。因为在波长=2米处工作的长度为1米的偶极天线的发射特性与在波长=2厘米处工作的长度为1厘米的偶极天线相同。3，描述天线特性的主要参数，与天线方向相关的参数：定向函数或图案在距离天线一定距离的位置上，描述天线辐射的电磁场强度相对于空间分布的数学表达式，称为天线定向函数。方向函数的图形表示法就是方向图。最大辐射束通常称为阵列的主瓣。算盘旁边的几个小横梁叫侧板。为了方便比较各种天线的模式，必须指定表示模式特性的参数，如天线增益G(或方向GD)、波束宽度

3、(或主板块宽度)、旁瓣电平等。2天线效率3极化特性4波段宽度5输入阻抗，4，天线增益G和定向GD，5，波束宽度和旁瓣电平，实际天线的发射功率有时不限于一个波束。在一个梁内分布也不均匀。从光束中心发射强度最高，偏离光束中心，发射强度减小。发射强度降低到3db时，立体角定义为b。光束宽度B和立体角度B的关系是指侧板平面最近、平坦最高的第一侧板平面，通常用分贝表示。方向图的旁瓣区域通常是不需要辐射的区域，其平度应尽可能低。6，天线效率和发射阻力，7，极化特性，频带宽度和输入阻抗，极化特性是指天线在最大发射方向上电场矢量方向随时间变化的规律。根据天线发射的电场的极化形式，可以将天线分为线极化天线、圆极

4、化天线和椭圆极化天线。线极化可以分为水平极化和垂直极化。圆极化和椭圆极化都可以分为左手和右手。输入阻抗和电压驻波比：天线的输入阻抗必须等于电线的特性阻抗，这样天线才能获得最大功率。天线工作频率偏离设计频率，天线和传输线的匹配将变差，传输线电压驻波比提高，天线效率降低。因此，在实际应用中，还引入了电压驻波比参数，驻波比不能大于指定值。天线的传记参数与频率相关，当工作频率偏离设计频率时，天线参数经常发生变化。如果工作频率发生变化，天线的相关传记参数将渡边杏在指定范围之外。牙齿频率范围称为频带宽度(天线带宽)。8、天线互操作性和远场定义，在天线较多的应用程序中建立了远场的假设。原球场家庭给我们分析研

5、究天线辐射的场地带来了很大的便利。这里所谓的远和远都是用波长测量的。大多数天线都具有互易性。也就是说，天线在发送模式和接收模式下具有相同的方向。如果给定的天线在发射模式下工作，那么在A方向发射电磁波的能力比在B方向强100倍，那么当天线在接收模式下工作时，在A方向发射的电磁波灵敏度比在B方向强100倍。牙齿章节后面讨论的天线都很容易徐璐。如果观察到的点离波源很远，则波源可能与点源相似。店员放射出的帕格波前是球面。由于观测点远离点源，因此在观察者所在的局部区域中，波前可以接近平面并被视为平面波。(David aser，Northern Exposure(美国电视电视剧)，观察)符合牙齿条件的字段

6、通常称为远距离字段。9，微带天线的优缺点和应用与传统的微波天线相比具有一定的茄子优势。因此，可以在大约100MHz到50GHz的宽带频带中获得很多应用程序。与普通微波天线相比，微带天线的一个主要优点是重量轻、体积小、截面薄的平面结构，可以使它成为同一天线。制造成本低，易于批量生产。可以做得很薄，因此不妨碍装载的航天器的空气动力学性能。没有太大的变化，天线很容易安装在导弹、火箭、卫星上。天线的散射截面很小。如果更改馈电位置，可以得到线极化和圆形极化(左手和右手)。双频操作天线，很容易制作。不需要白钢。微带天线适用于组合式设计(振荡器、放大器、可变衰减器、开关、调制器、混频器、移相器等固体设备可以

7、直接添加到天线基座)。馈线和匹配网络可以与天线结构同时构建。10、微带天线的优缺点和应用节目，但是微带天线与普通的微波天线相比有一些茄子缺点：窄带；有损失，收益少。大多数微带天线仅在半空间内发射。最大增益实际上受到限制(约20db)。馈线和辐射元件之间的隔离差异；纵向性能下降；可能会有面波。电量低。但是有减少几个茄子缺点的方法。例如，如果在设计和制造过程中特别注意，则可以抑制或消除面波。11，微带天线应用节目，在许多实际设计中，微带天线的优点远远大于缺点。在一些主要系统中已经应用了微带天线，这是移动通信。卫星通信多普勒等雷达；无线电高度计；命令和控制系统；导弹遥测武器新馆便携式装置环境测试设备

8、和遥感；复杂天线的馈电设备卫星导航接收机生物医学复印机。这种东西绝对没有列出，随着人们对微带天线应用可能性的认识的提高，微带天线的应用场所将继续增加。12、微带天线结构、微带天线可分为微带贴片天线、微带行波天线和微带槽天线三种茄子基本类型。微带贴片天线微带贴片天线(MPA)由介质基座、底座一侧有平面几何图形的导电贴片和底座另一侧的地板组成。实际上，能够计算辐射特性的面片图形是有限的。正方形圆形矩形椭圆形、椭圆形、直角、等腰半圆三角图3-3中实际使用的各种微带天线图形图3-4微带天线其他可能的几何图形，13、微带行波天线、微带行波天线(MTA)是基座、基座面的链周期结构或一般长TEM波传输线(保

9、持TE模式)。TEM波传输线的末端与负载相匹配，当当天在线保持行波时，天线结构设计可以确保主波束位于从边缘向末端发射的任何方向。图3-5微带行波天线、14、微带槽天线、微带槽天线由微带馈线和底部的开口间隙组成。间距可以是矩形(宽度或窄)、圆形或圆形。窄环缝宽面片贴片图3-6微带槽天线，15，微带天线馈入，大多数微带天线仅在介质基座的一侧有辐射装置，因此可以微带天线或同轴馈入。天线输入阻抗与一般的50传输线阻抗不一样，因此必须匹配。匹配可以通过选择馈电的相应位置来完成。但是，馈电的位置也会影响辐射特性。图3-7微带线馈电天线，图3-9同轴馈电微带天线，16，微带馈电，中央微带馈电和偏心微带馈电。

10、供电点的位置也决定激励其模式。确定天线元件的大小后，可以按如下方式匹配：首先，与50的馈线一起设计中央馈电天线的补丁，设计光刻、输入阻抗测量和匹配可变电阻器。然后，在天线元件和馈线之间连接匹配的电阻器，重新创建天线。此外，如果天线的几何图形仅保持主模式，微带馈线可能偏向一侧，以实现良好的匹配。特定的天线模型可以通过多种茄子方法激励。如果字段沿矩形面片的宽度更改，则当馈线沿宽度移动时，输入阻抗会发生变化，从而使阻抗匹配更加容易。馈电位置的变化导致馈线和天线之间的耦合发生变化，从而导致谐振频率较小的移动，但辐射模式保持不变。但是，稍微更改面片大小或天线大小可以补偿谐振频率的移动。17、微带馈电模拟

11、，对于微带馈电，可使用惠更斯原理模拟馈电为附着在磁壁上的z方向电流带。在薄微带线上，除了馈线非常近的区域外，补丁边界上的任何地方的牙齿电流都很小。理想情况下，可以假定馈送是恒定电流的均匀电流带，如图3-8所示。图3-8微带天线的供给模拟。边缘效应表明，电流带的宽度必须与馈线的有效宽度相同，馈线对微带天线输入阻抗的影响是添加了可以计算为电流带大小的电感分量。18，同轴馈电，各种同轴激励如图3所示。在所有情况下，同轴插座安装在印刷电路板背面，同轴内部导体连接到天线导体。对于给定模具，通过经验找到同轴插座的位置，可以获得最佳匹配。使用n型同轴插座的典型微带天线如图3-所示。图3-9同轴馈电的微带天线

12、，19，同轴馈电模拟，根据惠更斯原理，同轴馈电可以模拟为从底面流向顶面的电流圆柱。牙齿电流在地板上被环形磁带包围，同轴在地板上的开口被电墙封闭。忽略磁流的贡献，假设圆柱体中电流均匀，则可以进一步简化。理想的简化是去掉电流缸，用类似于微带供应的电流带代替。牙齿带可以视为圆柱体的中心轴，是沿宽度展开、宽度相等的均匀电流带，对于给定的供给点和场模式，等效宽度可以与计算的阻抗轨迹一致地确定。确定牙齿参数后，可以在除补片边上的馈电点以外的所有馈电位置和频率上使用。供应点位于面片边上时，面片边的边字段可能与天线内部时的值具有不同的供应宽度。在矩形天线中，当宽度相当于同轴馈线内径的5倍时，效果良好。图3-1

13、0同轴馈电的微带天线，20，对于表面波抑制，除了直接从微带天线复制外，还可以刺激表面波以产生轴向辐射。因此，在设计中必须考虑。牙齿面波以TM型和TE型传播到微带补丁以外的基极。沿微带面片传播的准TEM波速度接近面波速度时，波之间发生强耦合。这种面波耦合的最小频率决定了微带天线工作频率的上限。最低TM模块的阻塞频率没有下限，高模式(TMn和TEn)的阻塞频率是等式的，C是真空的光通量。N=1，3，5、(TEn模式)或n=2，4，6 (TMN模式)。对于TE1模具，如果杜洛ID (R=2.32)和氧化铝(r=10)是基座，则h/c(c是基准波长)分别计算为0.217和0.0833。因此，最低TE模

14、具可以激励厚度为0.16厘米的杜洛埃ID基座约41GHz，而厚度为0.0635厘米的氧化铝陶瓷底座约39GHz。TM0模式下的截止频率没有下限，因此在开放微带天线上总是能产生相当大的刺激，即使在介质常数低、极薄的基板上，也能以接近光速的速度传播。计算表明，在h/0.09(r 2.3的基础)和h/0 0.03(r 10的基础)上，表面波的激励是相当大的。因此，一般来说，在特定应用中，根据上述面波抑制条件选择基波，不需要考虑面波的影响。21，介绍微带天线的发射原理，例如，对于矩形微带天线，使用传输线模式分析方法介绍发射原理。辐射源的长度为L，宽度为W，介质基座的厚度为H，现在将辐射源、介质基座和底

15、部视为L长度的微带传输线，在传输线的两端分离并形成开放。根据微带传输线理论，由于基厚H，场在H方向均匀分布。在最简单的情况下，字段不会沿宽度W方向更改，仅在长度方向(l/2)上更改。两个开口端的电场可以分解成连接地面的垂直和水平组件。两个垂直构件的方向相反，水平构件的方向相同，因此在垂直于地面的方向上，两个水平构件传记站点生成的远场分解为相同的叠加。两个垂直构件生成的字段方向相反。因此，两个开放端的水平分量可能对应于无限平面上具有相同激励的两个间隙。缝合的电场方向与长边垂直，沿长边W均匀分布。接缝的宽度为LH，长度为w，两个接缝间距为l/2。也就是说，微带天线的辐射可以等同于由两个间隙组成的二

16、进制阵列。矩形微带天线开放端电场结构场分布侧视图等效发射间隔，22，辐射场和方向函数，图8-44微带天线模式，图8-43缝隙发射，23，发射电阻Rr，24，输入导纳(或阻抗)，图3-13同轴馈电微工作频率F低于高触摸截止频率F，C是真空的光通量。N=1，3，5、(TEn模式)或n=2，4，6 (TMN模式)。对于TE1模具，如果杜洛ID (R=2.32)和氧化铝(r=10)是基座，则h/c(c是基准波长)分别计算为0.217和0.0833。因此，最低TE模具可以激励厚度为0.16厘米的杜洛埃ID基座约41GHz，而厚度为0.0635厘米的氧化铝陶瓷底座约39GHz。计算表明，在h/0.09(r 2.3的基础)和h/0 0.03(r 10的基础)上，表面波的激励是相当大的。因此，一般来说，在特定应用中，根据上述面波抑制条件选择基波，不需要考虑面波的影响。26，单元宽度，设计的第一步是选择适当厚度的介质基座。介质基座厚度为H时，天线工作频率为fr，有高效复印机。实际上，宽度为(3-30)，C为光通量。较小的宽度(3-30)会降低复印机的效率，较大的宽度(3-30)会提高复印机的效率，但是牙齿会产生较高的压模，导致字段失真。27，在图3-14中绘制了三个常用茄子介质基座(3-30)的曲线。图3-14徐璐知道其他介质基座的单元宽