PAGEPAGE25微帶天線輻射原理分析概述1微帶天線的簡要介紹微帶天線是由介質(zhì)基板、輻射貼片、饋電線和接地面構(gòu)成的一種結(jié)構(gòu)簡單的天線，通過在所使用的介質(zhì)基板上加入一個(gè)金屬輻射片，這個(gè)金屬輻射貼片可以是金或者銅等材料，而且介質(zhì)基板的厚度不宜太厚，通常它的厚度比微帶天線最高諧振頻率對應(yīng)波長還要小，使用金、銅等材料作為貼片主要是為了提高微帶天線的輻射效率，使得損耗進(jìn)一步較低。在介質(zhì)板上布置導(dǎo)電接地面，該導(dǎo)電接地板與金屬輻射貼片可以布置在介質(zhì)板的同一側(cè)，也可以布置在介質(zhì)板的兩側(cè)。微帶天線的種類大致分為四種，分別是微帶貼片天線、微帶陣子天線、微帶縫隙天線和微帶行波天線，他們的結(jié)構(gòu)如下圖所示。在進(jìn)行微帶天線的設(shè)計(jì)過程中，由于各個(gè)設(shè)計(jì)存在差異，主要受到諧振頻率大小不同、輻射功率強(qiáng)度不同以及電磁兼容情況不同等影響，可以根據(jù)實(shí)際需求將金屬輻射貼片與導(dǎo)電接地板布置成不同的形狀。由于天線種類眾多，微帶天線作為其中的一種，優(yōu)于其他天線被廣泛的應(yīng)用在眾多無線通信設(shè)備中的原因主要有：微帶天線剖面低、體積較小并且質(zhì)量輕，由于是一種平面型結(jié)構(gòu)，微帶天線存在了良好的共形特性且易于與其他電路進(jìn)行集成，所以在導(dǎo)彈以及飛行器中得到了很好的發(fā)展，因?yàn)樗粫?huì)使承載它的物體的形狀發(fā)生很大的改變，只需引出一個(gè)饋電點(diǎn)，這樣很容易應(yīng)用到高速的載體中REF_Ref21128\r\h[10]。但是微帶天線也存在了一定的缺點(diǎn)，其中主要的不足是微帶天線在大多數(shù)情況下達(dá)不到很高的帶寬，它的帶寬只有1%到8%左右，其中諧振式微帶天線的這個(gè)問題尤為嚴(yán)重，而且它對輻射的電磁波存在了很大的損耗，這都使得天線的效率很低，導(dǎo)致天線的整體性能就降低了。微帶天線通常情況下存在了以下各種饋電形式：微帶線饋電、耦合饋電、共面波導(dǎo)饋電以及同軸線饋電的方式。圖2.1微帶貼片天線結(jié)構(gòu)示意圖圖2.2微帶陣子天線結(jié)構(gòu)示意圖圖2.3微帶行波天線結(jié)構(gòu)示意圖圖2.4微帶縫隙天線結(jié)構(gòu)示意圖2微帶天線的輻射原理微帶天線一般是利用微帶線或者同軸線來進(jìn)行饋電的，它的輻射是通過傳輸線饋電，使得金屬貼片與導(dǎo)電接地板之間產(chǎn)生激勵(lì)，然后通過輻射貼片與接地板間的縫隙進(jìn)行輻射，是由微帶傳輸線開路的邊沿和地板之間進(jìn)行的高頻電磁泄露產(chǎn)生的，它是一種不完全封閉的微波傳輸線系統(tǒng)。因?yàn)槲炀€的電尺寸會(huì)根據(jù)微帶天線傳播信號頻率的變化而改變，從而導(dǎo)致天線的輻射功率也發(fā)生了變化，所以就需要對微帶天線的形狀以及饋電方式進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，為了能夠使天線的輻射效率得到一定的提升，使其能夠工作在諧振狀態(tài)下。在本文對天線的研究與設(shè)計(jì)的過程中，主要對微帶貼片天線開展分析，所以來對微帶天線的工作原理進(jìn)行介紹，這樣就可以在此基礎(chǔ)上開展多頻微帶單極天線的設(shè)計(jì)。如圖2.5所示為微帶天線的輻射原理圖，從圖2.1的（a）、（b）、（c）中看出，該矩形微帶貼片天線整體可以看成是一個(gè)寬度為二分之一波長且末端開路的傳輸線，微帶貼片天線產(chǎn)生輻射的方式是必須通過介質(zhì)基板中的導(dǎo)電接地板和輻射貼片在微帶天線通過傳輸線進(jìn)行饋電之后，它們之間形成的極高強(qiáng)度的高頻電磁場，然后充分利用導(dǎo)電接地面與輻射貼片之間產(chǎn)生的縫隙來進(jìn)行輻射。從圖（a）中能夠看出，介質(zhì)基板的長度要遠(yuǎn)小于金屬輻射貼片最高諧振頻率所對應(yīng)的波長，我們可以把該輻射貼片整體當(dāng)作一個(gè)理想的導(dǎo)體。圖（b）是對矩形貼片的長邊b的電場分布進(jìn)行表示。從圖中可以看出對電場進(jìn)行了分解，在兩端的電場可以分解為法向分量和橫向分量，因?yàn)檩椛滟N片的長邊的長度大概是二分之一的波長，電壓和電流分別在波腹點(diǎn)和波節(jié)點(diǎn)，所以法向分量反相，它們在遠(yuǎn)場正面方向上就被互相抵消，但是在遠(yuǎn)場方向上切向分量同相，存在了相互疊加，因此它們的合成場增強(qiáng)。從圖（c）中可以看出，由于合成場的增強(qiáng)，最強(qiáng)的輻射場存在于垂直結(jié)構(gòu)表面的方向上，也就是說微帶天線中最大輻射