【《微带天线的基本原理分析》1800字】

-0-微带天线的基本原理分析目录TOC\o"1-3"\h\u24348微带天线的基本原理分析 115391.1微带天线的基本原理 1327181.1.1微带天线的结构 1322181.2微带天线的馈电 2237111.3设计指标及天线几何结构参数计算 39222本次毕业设计要求天线的工作频率是1.4Ghz，材料层我们选择了一个厚度为1.6mm，介电常数为4.4的材料，很符合我们的设计要求。 31.1微带天线的基本原理1.1.1微带天线的结构天线的组成有三个重要的的部分，图1.1可以看出，有金属辐射层、接地层、材料层组成。金属辐射层的长度，金属辐射层的宽度，材料的介电常数，还有材料的长度和宽度都是会影响到天线的性能。图1.1微带天线的结构1.1.2微带天线的辐射机理想要研究微带天线的辐射机理，我们可以举一个简单的例子，图1.2的矩形贴片微带天线，想对它的性能进行理论分析我们可以采用课本中学到过的传输线理论。首先假设金属辐射片为半波长，宽度为w，材料层的厚度为h，工作波长为；我们可以金属辐射片、材料和接地处看作一条长度为的低阻抗微带传输线，我们把传输线两端弄断，形成开路。由于材料层的厚度很小很小，所以电场沿着方向进行基本问题没有发生变化。最简单的情况，我们可以假设电场不沿金属辐射片方向变化。于是，在只考虑主模的情况下，传输线的场结构如图1.2(b)所示；图1.2微带天线辐射机理基本上，在理想条件下，我们就认为辐射是金属辐射片的边缘引起的。我们之前不是把传输线两端弄断了吗，那么好，弄断的那两个地方的电场我们可以将它分解，分别和底面平行和垂直。因为金属辐射片的长度约为半个波长，我们之前分解的场的方向，跟地面垂直的方向是不一样的，跟底面平行的方向是一样的，那么我们就可以认为了，被我们分解的那两个平行的，我们就把他们看成两个大宽缝，大宽缝的电场是分布的很平均的，如图1.2(c）所示。1.2微带天线的馈电前面提到，我们学习了怎么给微带天线馈电。教材上介绍了很多的馈电方式，实际上在理论学习的范畴内，我们只需要掌握其中的两种就够了，一个是微带线馈电，另一个是同轴线馈电。1.1.1微带线馈电微带线馈电，还有一个叫法是侧馈，很多金属辐射片组成的的微带传输线馈电。对于它来说，我们可以自由的选择在哪给它馈电，我们选在中间也行，选在其他位置也行，如图1.3所示。在我们确定了微带线的大小以后，我们还要有一个阻抗匹配的环节，方法是这样的：首先，我们把馈电点放在中间，弄好这个金属辐射片以后，我们把这个片和馈线一起光刻，根据互联网上的计算工具我们就可以算出进行匹配变换器的数据，接下来我们把设计的这个匹配器放在之前的金属辐射片还有馈线的中间，把它们仨做成一个全新的天线 图1.3微带线馈电1.1.2同轴线馈电同轴线馈电，还有一个名字是背馈，我们在接地面放上一个同轴线，同轴线内有一个导体可以传导能量，我们给材料层那里挖一个洞，让这个导体可以穿过材料层，和金属辐射片连上，如图1.4所示，我们要是能找到合适的打洞位置，就可以获得良好的结果。图1.4同轴线馈电1.3设计指标及天线几何结构参数计算本次毕业设计要求天线的工作频率是1.4Ghz，材料层我们选择了一个厚度为1.6mm，介电常数为4.4的材料，很符合我们的设计要求。知道了介电常数，频率也知道了，光速是定值，那我们就可以根据下面的公式计算金属辐射片的宽度了，即：其中为光速辐射贴片的长度采用下面的公式计算：因为存在着边缘缩短效应，实际上的辐射单元长度应为式中，是有效介电常数，是等效辐射缝隙长度，可以分别用下式计算如果同轴线馈电的微带贴片通过天线，根据上面的公式我们可以计算出金属辐射片的长度和宽度，这就完了吗？不，还有一个重要的指标就是还需要我们确定馈点的位置，前面说到，选择不同的位置，性能就不同。主模工作时，宽度方向上场没什么变化，我们不用管它，但是长度上就有变化了，如果不在中间，就会产生一种交叉极化，这不是我们想要的，所以我们就要把原点点选在长度的中间。在中间的时候，输入阻抗为0，往两边延伸，输入阻抗就会变大。我们设计的天线，控制变量法，输入阻抗要50，这种情况下，我们就可以根据下面的公式计算在哪馈电：其中 对于微带线馈电的天线，同理，我们也要把原点选在金属辐射片的中间，此时馈电点距离金属辐射片边缘为宽度的一半。根据公式计算得天线的输入阻抗为。一般情况而言，微带天线的边缘阻抗为100-400，这时候就需要我们根据前面介绍的原理，设计一个阻抗匹配器，以达成控制变量的原则，使输入阻抗也为50。图1.5显示了1/4波长阻抗转换器。图1.51/4波长阻抗转换器假设天线的边缘阻抗为，微带线特性阻抗为，1/4波长阻抗转换器的特性阻抗为。阻抗匹配的条件为:所以波