微帶天線饋電方式
大多數(shù)微帶天線只在介質(zhì)基片的一面上有輻射單元,因此,可以用微帶線或同軸線饋電。因?yàn)樘炀€輸入阻抗不等于通常的50歐姆傳輸線阻抗,所以需要匹配。匹配可由適當(dāng)饋電位置來做到。但是,饋電的位置也影響輻射特性。另外,80年代以來還出現(xiàn)了電磁耦合饋電。
1.微帶饋電
利用微帶線進(jìn)行饋電。用微帶線饋電時(shí),饋線與微帶貼片是共面的,因而可方便的一起光刻,制作簡便。但饋線本身也有輻射,從而干擾天線方向圖,降低增益,為此,一般要求微帶線不能寬,希望微帶線寬遠(yuǎn)小于波長。
天線輸入阻抗與特性阻抗的匹配可由適當(dāng)?shù)倪x擇饋電點(diǎn)的位置來實(shí)現(xiàn)。如果場沿矩形貼片的寬度變化,則當(dāng)饋線沿寬度移動(dòng)時(shí),輸入阻抗隨之而變,從而提供了一種阻抗匹配的簡單辦法。饋電位置的改變,使得饋線和天線之間的耦合改變,因而使諧振頻率產(chǎn)生一個(gè)小的漂移,而輻射方向圖仍然保持不變。不過,稍加改變貼片尺寸,可補(bǔ)償諧振頻率的漂移。
2.同軸線饋電
同軸插座設(shè)置在印制電路板的背面,而同軸線內(nèi)導(dǎo)體接在天線導(dǎo)體上。對指定的模,同軸插座的位置可由經(jīng)驗(yàn)確定,以便產(chǎn)生最好的匹配。
優(yōu)點(diǎn)是:饋電點(diǎn)可選在貼片內(nèi)任何位置且避免了對天線輻射的影響。
3.電磁耦合饋電
該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是貼近(無接觸)饋電,可利用饋線本身,也可通過一個(gè)口徑(縫隙)來形成與天線間的電磁耦合。這種方法可以獲得寬頻帶的駐波比特性。
微帶天線原理
微帶天線的結(jié)構(gòu)一般由介質(zhì)基板、輻射體及接地板構(gòu)成。介質(zhì)基板的厚度遠(yuǎn)小于波長,基板底部的金屬薄層與接地板相接,正面則通過光刻工藝制作具有特定形狀的金屬薄層作為輻射體。輻射片的形狀根據(jù)要求可進(jìn)行多種變化。
如下圖所示,結(jié)構(gòu)最簡單的微帶天線是由貼在帶有金屬地板的介質(zhì)基片上的輻射貼片所構(gòu)成的。貼片上導(dǎo)體通常是銅和金,它可以為任意形狀。但通常為便于分析和便于預(yù)測其性能都用較為簡單的幾何形狀。為增強(qiáng)輻射的邊緣場,通常要求基片的介電場數(shù)較低。
微帶天線的輻射機(jī)理
微帶天線的輻射是由微帶天線導(dǎo)體邊沿和地板之間的邊緣場產(chǎn)生的。這可以從以下圖中的情況簡單說明,這個(gè)圖是一個(gè)側(cè)向饋電的矩形微帶貼片,與地板相距高度為h。假設(shè)電場沿微帶結(jié)構(gòu)的寬度和厚度方向沒有變化,則輻射器的電場僅僅沿約為半波長的貼片長度方向變化。輻射基本上是由貼片開路邊沿的邊緣場引起的。在兩端的場相對地板可以分解為法向和切向分量,因?yàn)橘N片長度為,所以法向分量反相,由它們產(chǎn)生的遠(yuǎn)區(qū)場在正面方向上互相抵消。平行于地板的切向分量同相,因此合成場增強(qiáng),從而使垂直于地板的切向分量同相,因此合成場增強(qiáng),從而使垂直于結(jié)構(gòu)表面的方向上輻射場最強(qiáng)。
根據(jù)以上分析,貼片可以等效為兩個(gè)相距、同相激勵(lì)并向地板以上半空間輻射的兩個(gè)縫隙。對微帶貼片沿寬度方向的電場變化也可以采用同樣的方法等效為同樣的縫隙。這樣,微帶貼片天線的輻射就等效為微帶天線周圍的四個(gè)縫隙的輻射。
這種分析方法不僅適用于微帶矩形貼片天線,同樣也適于其他形狀微帶天線。
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