1、1.牙齒講座是關(guān)于微帶天線設(shè)計(jì)理論的，取自微帶天線(美國(guó)I . j . BOL p . boutia、梁燕宇等翻譯，1985年電子工業(yè)出版社)，但沒有反映最新的資料，基本概念仍然有用。國(guó)內(nèi)也有幾本帶微帶天線的書，很多內(nèi)容也取自鮑爾的著作，因此本講座將對(duì)微帶天線設(shè)計(jì)理論部分參考鮑爾的書。我對(duì)本講座后面推薦的微帶天線設(shè)計(jì)軟件是否使用鮑爾的相關(guān)公式不太感興趣。例如，Sonnet軟件基于力矩法，HFSS軟件基于有限元法，CST軟件基于有限積分技術(shù)等。不同的設(shè)計(jì)軟件有不同的特征，根據(jù)的設(shè)計(jì)公式和方法不同，因此感興趣的讀者最好參考相關(guān)文獻(xiàn)。第三講的微帶天線設(shè)計(jì)，2，天線一般概念，3，天線示例，天線大體可以

2、分為線天線、口徑天線、面天線。移動(dòng)通信用VHF、UHF天線大部分是基于對(duì)稱鐘擺開發(fā)的各種形式的線天線，衛(wèi)星地面站將衛(wèi)星信號(hào)作為拋物線天線(口徑天線)接收。天線的性能特性與天線的外觀、大小和配置材料有關(guān)。天線的大小通常以天線發(fā)射或接收電磁波的波長(zhǎng)來(lái)測(cè)量。工作波長(zhǎng)=2米長(zhǎng)的偶極天線的發(fā)射特性與波長(zhǎng)=2厘米工作長(zhǎng)度為1厘米的偶極天線相同。4，描述天線特性的主要參數(shù)，與天線方向相關(guān)的參數(shù)(方向函數(shù)或模式)。描述天線在一定距離內(nèi)天線輻射的電磁場(chǎng)強(qiáng)度相對(duì)于空間分布的數(shù)學(xué)表達(dá)式稱為天線的方向性函數(shù)。方向函數(shù)的圖形表示法就是方向圖。最大輻射光束通常稱為陣列的主瓣，主瓣旁邊的幾個(gè)小光束稱為旁瓣，后發(fā)射的光束稱為

3、后瓣。1.要比較各種天線的方向圖，必須指定表示模式特性(例如增益G、方向系數(shù)GD、波束寬度(或主板塊寬度)、旁瓣電平)的參數(shù)。2天線效率3極化特性4波段寬度5輸入阻抗，5，增益G和方向系數(shù)GD，6，波束寬度和旁瓣電平，實(shí)際天線的發(fā)射功率有時(shí)不限于一個(gè)波束。在一個(gè)梁內(nèi)分布也不均勻。從光束中心發(fā)射強(qiáng)度最高，偏離光束中心，發(fā)射強(qiáng)度減小。發(fā)射強(qiáng)度降低到3dB時(shí)，立體角定義為b。光束寬度B和立體角度B的關(guān)系是指?jìng)?cè)板平面最近、平坦最高的第一側(cè)板平面，通常用分貝表示。方向圖的旁瓣區(qū)域通常是不需要輻射的區(qū)域，其平度應(yīng)盡可能低。后瓣電平、B、7、天線效率和發(fā)射電阻、8、偏振特性、輸入阻抗和天線帶寬、極化特性表示

4、在最大發(fā)射方向上天線電場(chǎng)矢量方向隨時(shí)間變化的規(guī)律。根據(jù)天線發(fā)射的電場(chǎng)的極化形式，可以將天線分為線極化天線、圓極化天線和橢圓極化天線。線極化可以分為水平極化和垂直極化。圓極化和橢圓極化都可以分為左手和右手。輸入阻抗和電壓駐波比：天線的輸入阻抗必須等于電線的特性阻抗，這樣天線才能獲得最大功率。天線工作頻率偏離設(shè)計(jì)頻率，天線和傳輸線的匹配將變差，傳輸線電壓駐波比提高，天線效率降低。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，還引入了電壓駐波比參數(shù)，駐波比不能大于指定值。天線帶寬：天線的傳記參數(shù)與頻率相關(guān)，工作頻率偏離設(shè)計(jì)頻率時(shí)，天線參數(shù)經(jīng)常發(fā)生變化。如果工作頻率發(fā)生變化，天線的相關(guān)傳記參數(shù)超過指定范圍時(shí)，天線將渡邊杏。牙齒

5、頻率范圍稱為天線帶寬。9，天線互操作性和遠(yuǎn)場(chǎng)定義，天線在很多應(yīng)用中，遠(yuǎn)場(chǎng)假設(shè)成立。原球場(chǎng)家庭給我們分析研究天線輻射的場(chǎng)地帶來(lái)了很大的便利。這里所謂的遠(yuǎn)和遠(yuǎn)都是用波長(zhǎng)測(cè)量的?；ゲ僮餍源蠖鄶?shù)天線具有互操作性。也就是說(shuō)，天線在發(fā)送模式和接收模式下具有相同的方向。如果給定的天線在發(fā)射模式下工作，那么在A方向發(fā)射電磁波的能力比在B方向強(qiáng)100倍，那么當(dāng)天線在接收模式下工作時(shí)，在A方向發(fā)射的電磁波靈敏度比在B方向強(qiáng)100倍。牙齒章節(jié)后面討論的天線都很容易徐璐。遠(yuǎn)場(chǎng)如果觀測(cè)的點(diǎn)遠(yuǎn)離波源，則波源可能類似于點(diǎn)源。店員放射出的帕格波前是球面。由于觀測(cè)點(diǎn)遠(yuǎn)離點(diǎn)源，因此在觀察者所在的局部區(qū)域中，波前可以接近平面并被視

6、為平面波。(David aser，Northern Exposure(美國(guó)電視電視劇)，觀察)符合牙齒條件的字段稱為遠(yuǎn)場(chǎng)，r/(2*Pi)。10，微帶天線，11，微帶天線的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用與傳統(tǒng)的微波天線相比具有一定的茄子優(yōu)勢(shì)。因此，可以在大約100MHz到50GHz的寬帶頻帶中獲得很多應(yīng)用程序。與普通微波天線相比，微帶天線的幾個(gè)茄子主要優(yōu)點(diǎn)：重量輕、體積小、截面薄的平面結(jié)構(gòu)，可以制成相同的天線。制造成本低，易于批量生產(chǎn)?？梢宰儽。环恋K裝載的航天器的空氣動(dòng)力學(xué)性能。沒有太大的變化，天線很容易安裝在導(dǎo)彈、火箭、衛(wèi)星上。天線的散射截面很小。如果更改饋電位置，可以得到線極化和圓形極化(左手和右手)。利

7、用雙頻或多頻操作天線，很容易制作。不需要白鋼。微帶天線適用于組合設(shè)計(jì)(某些固態(tài)設(shè)備，例如振蕩器、放大器、可變衰減器、開關(guān)、調(diào)制器、混頻器、逆變器等，可以直接添加到天線底座以實(shí)現(xiàn)組合設(shè)計(jì))。饋線和匹配網(wǎng)絡(luò)可以與天線結(jié)構(gòu)同時(shí)構(gòu)建。12、微帶天線的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用節(jié)目，但是微帶天線與普通的微波天線相比有一些茄子缺點(diǎn)：窄帶；有損失，收益少。大多數(shù)微帶天線僅在半空間內(nèi)發(fā)射。最大增益受到限制(最大限制約為20db)。饋線和輻射元件之間的隔離差異；縱向性能下降；可能會(huì)有面波。電量低。但是有減少幾個(gè)茄子缺點(diǎn)的方法。例如，如果在設(shè)計(jì)和制造過程中特別注意，則可以抑制或消除面波等。13，微帶天線的應(yīng)用，在很多實(shí)際設(shè)計(jì)中

8、微帶天線的優(yōu)點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于缺點(diǎn)。在一些主要系統(tǒng)中已經(jīng)應(yīng)用了微帶天線，這是移動(dòng)通信。衛(wèi)星通信多普勒等雷達(dá)；導(dǎo)彈遙測(cè)指揮控制系統(tǒng)；衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)便攜式設(shè)備武器引信環(huán)境測(cè)試設(shè)備和遙感；復(fù)雜天線的饋電設(shè)備無(wú)線電高度計(jì)；生物醫(yī)學(xué)復(fù)印機(jī)。這種事完全沒有列出，隨著人們對(duì)微帶天線應(yīng)用可能性的認(rèn)識(shí)的提高，微帶天線的應(yīng)用場(chǎng)所將繼續(xù)增加。14、微帶天線結(jié)構(gòu)、微帶天線可分為微帶貼片天線、微帶行波天線和微帶槽天線三種茄子基本類型。微帶貼片天線微帶貼片天線微帶貼片天線微帶貼片天線(MPA)由介質(zhì)基座、底座一側(cè)有平面幾何圖形的導(dǎo)電貼片和底座另一側(cè)的接地地板組成。實(shí)際上，能夠計(jì)算輻射特性的面片圖形是有限的。正方形圓形矩形橢圓形五

9、角形圓形三角形半圓圖3-3中實(shí)際使用的各種微帶天線圖形圖3-4微帶天線其他可能的幾何圖形，15，微帶行波天線，微帶行波天線微帶行波天線微帶天線微帶周期結(jié)構(gòu)(MTA)是基板，基板面上的鏈周期結(jié)構(gòu)TEM波傳輸線的終點(diǎn)，圖3-5微帶行波天線、16、微帶槽天線、微帶槽天線由微帶饋線和底部的開口間隙組成。間距可以是矩形(寬度或窄)、圓形或圓形。窄環(huán)縫寬面片貼片圖3-6微帶槽天線，17，微帶天線饋入，大多數(shù)微帶天線僅在介質(zhì)基座的一側(cè)有輻射裝置，因此可以作為微帶線饋入。天線輸入阻抗與一般的50傳輸線阻抗不一樣，因此必須匹配。匹配可以通過相應(yīng)地選擇饋電位置或匹配網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是，饋電的位置也會(huì)影響輻射特性。圖

10、3-7微帶饋電天線，18，微帶饋電，中央微帶饋電和偏心微帶饋電。供電點(diǎn)的位置也決定激勵(lì)其模式。確定天線元件的尺寸后，可以首先將中央饋電天線的補(bǔ)丁與50的饋線匹配，通過光刻、輸入阻抗測(cè)量、匹配可變電阻器設(shè)計(jì)等方法。然后，在天線元件和饋線之間連接匹配的電阻器，重新創(chuàng)建天線。此外，如果天線的幾何圖形僅保持主模式，微帶饋線可能偏向一側(cè)，以實(shí)現(xiàn)良好的匹配。特定的天線模型可以通過多種茄子方法激勵(lì)。如果字段沿矩形面片的寬度更改，則當(dāng)饋線沿寬度移動(dòng)時(shí)，輸入阻抗會(huì)發(fā)生變化，從而使阻抗匹配更加容易。饋電位置的變化導(dǎo)致饋線和天線之間的耦合發(fā)生變化，從而導(dǎo)致諧振頻率較小的移動(dòng)，但輻射模式保持不變。但是，稍微更改面片大

11、小或天線大小可以補(bǔ)償諧振頻率的移動(dòng)。19，微帶饋電模擬，對(duì)于微帶饋電，可使用惠更斯原理將饋電模擬為附著在磁壁上的z方向電流帶。在薄微帶線上，除了饋線非常近的區(qū)域外，補(bǔ)丁邊界其他地方的牙齒電流很小。理想情況下，可以假定饋入是恒定電流的均勻電流帶。邊緣效應(yīng)表明，電流帶的寬度必須與饋線的有效寬度相同，饋線對(duì)微帶天線輸入阻抗的影響是添加了可以計(jì)算為電流帶大小的電感組件。20，同軸饋電，也可以通過微帶的底板從后面引入銅線供應(yīng)。如圖所示，同軸插座安裝在印刷電路板的背面，同軸內(nèi)部導(dǎo)體連接到天線導(dǎo)體，同軸外部導(dǎo)體連接到底板。對(duì)于給定模具，通過經(jīng)驗(yàn)找到同軸插座的位置，可以獲得最佳匹配。圖3-9同軸饋電的微帶天線

12、，21，同軸饋電模擬，根據(jù)惠更斯原理，同軸饋電可以模擬為從底面流向頂面的電流圓柱。牙齒電流在地板上被環(huán)形磁帶包圍，同軸在地板上的開口被電墻封閉。忽略磁流的貢獻(xiàn)，假設(shè)圓柱體中電流均勻，則可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化。理想的簡(jiǎn)化是去掉電流缸，用類似于微帶供應(yīng)的電流帶代替。牙齒帶可以看作圓柱的中心軸，可以說(shuō)是沿寬度展開、寬度相等的均勻電流帶。對(duì)于給定饋電點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)模式，等效寬度與根據(jù)計(jì)算測(cè)量的阻抗軌跡相匹配，可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定。確定牙齒參數(shù)后，可以在除補(bǔ)片邊上的饋電點(diǎn)以外的所有饋電位置和頻率上使用。供應(yīng)點(diǎn)位于面片邊上時(shí)，面片邊的邊字段可能與天線內(nèi)部時(shí)的值具有不同的供應(yīng)寬度。在矩形天線中，當(dāng)寬度相當(dāng)于同軸饋線內(nèi)徑的5倍

13、時(shí)，效果良好。圖3-10同軸饋電的微帶天線，22，對(duì)于表面波抑制，除了直接從微帶天線復(fù)制外，還可以刺激表面波以產(chǎn)生軸向輻射。因此，在設(shè)計(jì)中必須考慮。這些面波以TM型和TE型傳播到微帶補(bǔ)丁以外的介質(zhì)基座。沿微帶面片傳播的準(zhǔn)TEM波速度接近面波速度時(shí)，波之間發(fā)生強(qiáng)耦合。這種面波耦合的最小頻率決定了微帶天線工作頻率的上限。最低TM模塊的阻塞頻率沒有下限，高模式(TMn和TEn)的阻塞頻率是等式的，C是真空的光通量。N=1，3，5、(TEn模式)或n=2，4，6 (TMN模式)。對(duì)于TE1模具，如果杜洛ID (R=2.32)和氧化鋁(r=10)是基座，則h/c(c是基準(zhǔn)波長(zhǎng))分別計(jì)算為0.217和0.

14、0833。因此，最低TE模具可以激勵(lì)厚度為0.16厘米的杜洛埃ID基座約41GHz，而厚度為0.0635厘米的氧化鋁陶瓷底座約39GHz。TM0模式下的截止頻率沒有下限，因此在開放微帶天線上總是能產(chǎn)生相當(dāng)大的刺激，即使在介質(zhì)常數(shù)低、極薄的基板上，也能以接近光速的速度傳播。計(jì)算表明，在h/00.09(r 2.3的基礎(chǔ))和h/00.03(r 10的基礎(chǔ))上，表面波的激勵(lì)是相當(dāng)大的。因此，一般來(lái)說(shuō)，在特定應(yīng)用中，根據(jù)上述面波抑制條件選擇基波，不需要考慮面波的影響。23，介紹微帶天線的發(fā)射原理，例如，對(duì)于矩形微帶天線，使用傳輸線模式分析方法介紹發(fā)射原理。輻射源的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，寬度為W，介質(zhì)基座的厚度為H，

15、現(xiàn)在將輻射源、介質(zhì)基座和底部視為L(zhǎng)長(zhǎng)度的微帶傳輸線，在傳輸線的兩端分離并形成開放。根據(jù)微帶傳輸線理論，由于基厚H，場(chǎng)在H方向均勻分布。在最簡(jiǎn)單的情況下，字段不會(huì)沿寬度W方向更改，僅在長(zhǎng)度方向(l/2)上更改。兩端的電場(chǎng)可以分解為相對(duì)于地面的垂直和水平分量。兩個(gè)垂直構(gòu)件的方向相反，水平構(gòu)件的方向相同。因此，在垂直于地面的方向上，在兩個(gè)水平元件傳記位置創(chuàng)建的遠(yuǎn)場(chǎng)重疊相同，由兩個(gè)垂直元件創(chuàng)建的場(chǎng)相反。因此，兩個(gè)開放端的水平分量可能對(duì)應(yīng)于無(wú)限平面上具有相同激勵(lì)的兩個(gè)間隙?？p合的電場(chǎng)方向垂直于長(zhǎng)邊W，沿長(zhǎng)邊均勻分布。接縫的寬度為L(zhǎng)H，長(zhǎng)度為w，兩個(gè)接縫間距為l/2。也就是說(shuō)，微帶天線的輻射可以等同于由兩

16、個(gè)間隙組成的二進(jìn)制陣列。矩形微帶天線開放端電場(chǎng)結(jié)構(gòu)場(chǎng)分布側(cè)視圖等效發(fā)射間隔，24，輻射場(chǎng)和方向函數(shù)，圖8-44微帶天線模式，圖8-43縫隙發(fā)射，25，發(fā)射電阻Rr，26，輸入導(dǎo)納(或阻抗)，圖3-13同軸饋電微原則：工作頻率F低于高截止頻率fc，C是真空的光通量。N=1，3，5、(TEn模式)或n=2，4，6 (TMN模式)。對(duì)于TE1模具，如果杜洛ID (R=2.32)和氧化鋁(r=10)是基座，則h/c(c是基準(zhǔn)波長(zhǎng))分別計(jì)算為0.217和0.0833。因此，最低TE模具可以激勵(lì)厚度為0.16厘米的杜洛埃ID基座約41GHz，而厚度為0.0635厘米的氧化鋁陶瓷底座約39GHz。計(jì)算表明，在h/0.09(r 2.3的基礎(chǔ))和h/0 0.03(r 10的基礎(chǔ))上，表面波的激勵(lì)是相當(dāng)大的。因此，一般來(lái)說(shuō)，在特定應(yīng)用中，根據(jù)上述面波抑制條件選擇基波，不需要考慮面波的影響。29，芯寬W，厚度為H的介質(zhì)基座，天線工作頻率為fr，復(fù)印效率高。實(shí)際上，寬度W為(3-30)，C為光通量。選擇小于寬度(3-30)的寬度將降低輻射效率。選擇大于格式(3-30)的寬度可以提高輻射效率，但此時(shí)會(huì)產(chǎn)生高模，從而產(chǎn)生場(chǎng)畸變。30，在圖3-14中，繪制了三個(gè)茄子典型介質(zhì)基座(3-30)的曲線。圖3-14徐璐不同介質(zhì)基座的單元寬度和頻率的關(guān)系曲線，31，單元長(zhǎng)度L在知道W的情況下，可以