幾種常見的饋電方式及優(yōu)缺點分析概述微帶天線的饋電方式通常有四種，其中包括微帶線饋電、同軸饋電、共面波導饋電和電磁耦合饋電等方式。天線從它的用途上進行分析的話，它的作用主要就是進行能量的轉換，完成對信號的接收和發(fā)射，而完成這一系列的工作就需要有一個完整的電路。在保證微帶天線能夠進行信號的發(fā)射與接收等功能中，設計天線時就少不了饋線的作用。饋線也就是傳輸線，早期的饋線是工作在有線系統(tǒng)中用于連接室外天線與設備的信號線，其中使用最多的是同軸電纜線。而工作在天線中的饋線，其作用也是進行能量的傳輸，饋線在天線的對信號的接收與發(fā)送中起到了非常重要的作用，因為接收機的輸入回路與發(fā)射機的輸出回路都需要通過饋線和天線進行連接。在進行天線設計的過程中，需要對饋電方式進行選擇，目的是為了實現(xiàn)更好的阻抗匹配，設計出具有高增益、寬頻帶的天線。接下來對以上幾種饋電方式進行介紹和分析，找出其中適合此次天線設計的饋電方式。1.1同軸饋電通常，由于微帶天線的輻射結構只是存在于介質板的一側，所以大多數(shù)都需要采用同軸饋電的方式。同軸饋電的方式是早在二十世紀的七十年代就被研究人員提出并且開始得到發(fā)展的。這也就是微帶天線激勵的方式，一般又可以將其稱為底饋REF_Ref30347\r\h[2]。如圖3.1所示，同軸線饋電的原理就是在介質板上開孔，通過饋電探針給微帶天線的輻射貼片饋電，同軸線是一種雙導體傳輸線，包括內導體和外導體，其中同軸線的內導體與天線的貼片相連接，饋電探針也與同軸線的內導體連接，而同軸線的外導體與天線的接地面相連。同軸饋電可以通過改變饋電點的位置來獲得更好的阻抗匹配。同軸饋電的孔可以根據需求設置在輻射貼片的任何位置。圖3.1同軸饋電示意圖同軸線中TEM模的特性參量：對于同軸線中的TEM模，；相移常數(shù)為；相移與光速的關系為；特性阻抗為。優(yōu)點：可以根據所需要的阻抗匹配將饋電點的位置設置在輻射貼片的任何位置上，有利于獲得更好的阻抗匹配，減小饋電對于輻射性能的影響。缺點：同軸線饋電是在介質板上開孔，通過同軸線的內導體與天線的貼片相連接進行饋電，饋電探針與同軸線的內導體連接，而同軸線的外導體與天線的接地面相連，不易于與其他電路進行集成，并且會提升設計天線的生產制造難度和導致成本升高。此外，設計天線時需選用剖面薄的介質基片，不然太厚會導致天線阻抗匹配的難度增加。1.2微帶線饋電微帶線是一種重要的微波傳輸線，微帶線饋電相較于同軸饋電來說，是一個結構十分簡單的饋電方式，也是一種產生在較早時期的饋電方式，它是由介質基片上的導帶和基片下的接地板構成，說微帶線饋電結構更加簡單是因為，用微帶線饋電時，傳輸線與輻射貼片都位于介質基板的同一側，制作簡單。如圖3.2所示，要實現(xiàn)微帶線的饋電要將輻射貼片和傳輸線邊緣進行連接。然后我們能夠充分依據饋線帶寬進行特性阻抗的求解，微帶線的傳輸模式在空氣介質和介質基板上是存在差異的，在空氣介質中存在無色散的TEM模，但在介質基板上存在的是TE模和TM模的混合模，也稱為準TEM模，它的特性阻抗為：對于空氣微帶線，相速（光速），所以得出：當微帶線周圍用介電常數(shù)為的介質填充時，相速為，則特性阻抗為：然后需要根據特性阻抗進行符合實際情況的饋電方式的選擇，最后得到阻抗匹配的目的。由于制作微帶饋線只需要在輻射貼片的相同平面內腐蝕或雕刻出一條微帶傳輸線，而無須像同軸饋電那樣對介質基板進行鉆孔，因此微帶線饋電還具有加工簡單和加工成本低的優(yōu)點，因此在工程上同樣獲得了廣泛應用。圖3.2微帶線饋電示意圖缺點：饋線和輻射貼片在介質基板的同一側，所以微帶傳輸線的寬度不宜過寬，要盡可能的窄，否則會對輻射產生干擾，導致天線增益的降低。饋線同輻射單元一樣進行輻射，而輻射貼片在進行輻射的過程中伴隨著能量的消耗，隨著天線諧振頻率的提高，消耗的能量也會越來越多，與此同時，饋線也同樣對能量的損耗升高，導致天線的性能降低，因此微帶線饋電并不適合于高頻頻段。最后，為了降低饋線寬度需要采取較高介電常數(shù)的材料，這會使得輻射效率大幅度降低，另外還需要進行匹配阻抗的安裝，這都使得天線的尺寸進一步增加。1.3共面波導（CPW）饋電共面波導CPW饋電它的結構是一種單平面結構，所以它具有結構簡單的優(yōu)點，共面波導饋電的結構如圖3.3所示，共面波導傳輸線是由三條導帶與介質基板構成，中間的導帶是共面波導的信號線，兩邊關于信號線對稱且平行分布的是接地面，CPW是一種常見的微波平面?zhèn)鬏斁€，目前它的應用比較廣泛，因為它具備損耗低、色散低、且易于與其他電路集成、體積小等優(yōu)點。由于共面波導的結構，可方便的進行天線饋電，并具有不錯的饋電效果REF_Ref16747\r\h[15]。由圖可以發(fā)現(xiàn)，共面波導傳輸線的寬度為，信號線與接地面之間的縫隙寬度為。當CPW傳輸TEM模式電磁波時，其各參數(shù)之間關系式如下： 其中，是天線諧振時的工作頻點，是