ADS Momentum設(shè)計(jì)平面天線實(shí)例

    [ 轉(zhuǎn)自電子設(shè)計(jì)資源 ] 在高效能的衛(wèi)星、飛機(jī)、太空梭和行動(dòng)通訊手機(jī)應(yīng)用中，尺寸小、重量輕、低價(jià)位、高效能和容易安裝的天線會(huì)獲得較高的青睞。平板天線就有外型小、適合平面和非平面的應(yīng)用，和利用現(xiàn)在印刷電路板的低制作成本技術(shù)的好處，而且也容易和microstrip line circuit結(jié)合，使得平板天線成為現(xiàn)今一般最常用的天線之一。
    平板天線主要的缺點(diǎn)有低效率、低功率、high Q、低偏極化純度、broadside directivity(無(wú)法作end-fired antenna)和頻寬非常窄等。對(duì)國(guó)家或軍事的用途上，窄頻寬對(duì)傳送機(jī)密資料是一種好處。對(duì)無(wú)線衛(wèi)星行動(dòng)通訊來(lái)說(shuō)，平板天線有和高頻前端模組易結(jié)合的好處，且平板天線的指向性雖然很差，卻很適合應(yīng)用在無(wú)線行動(dòng)通訊系統(tǒng)。
    本文首先介紹幾種不同feed in的方法。因?yàn)楦哳l的功率放大器難作，功率很珍貴，要有最大的功率可以進(jìn)入天線中，便要作好阻抗匹配的工作。其次，將介紹二種平板天線的分析方法。一是傳輸線的模型，另一則是cavity的模型，利用安捷倫科技的電腦輔助設(shè)計(jì)軟體ADS(Advanced Design System)實(shí)際設(shè)計(jì)幾個(gè)不同feed in的天線，然後作一總結(jié)。
　 
天線饋入方式

Transmission Line Feed
    圖1所示是利用傳輸線來(lái)feed能量進(jìn)入天線中。Feed in 點(diǎn)深入平板天線中對(duì)諧振頻率並不會(huì)有太大的影響，但卻可以改變輸入的阻抗值。Feed in 點(diǎn)位置不同，輸入阻抗就不同。一般對(duì)傳輸線的要求和對(duì)電路的要求一樣，均希望基板厚度要薄，介電常數(shù)要高才能把大部分的電磁場(chǎng)包在基板裡面。但是對(duì)天線來(lái)說(shuō)，卻希望基板厚度要厚，介電常數(shù)要低才能使大部分的場(chǎng)幅射出去。因此，兩者之間有矛盾，須作一折衷，才能使得在不連續(xù)處有較少的幅射損失。

圖 1

Coaxial Feed
    圖2所示，是利用coaxial cable去feed能量到平板天線上。和TransmissionLine Feed相同，可以在平板天線上找到一個(gè)feed in 點(diǎn)是想要的輸入阻抗，在此把能量送到天線上發(fā)射出去。coaxial cable和平板天線的排列成正交垂直，所以有很好的隔離度，但是利用coaxial cable來(lái)作feed in有一個(gè)缺點(diǎn)，就是製作不易，那是因?yàn)樵诨�板上打洞，並且要把coaxial cable的中心針?shù)I在天線上並不是一件簡(jiǎn)單的事，但因有好的隔離度，所以也廣為大家使用。

圖 2

Coupled Feed
    圖3所示，是利用coupled line 把能量耦合到天線上再幅射出去。這種方式耦合的能量通常較小，因此，若要有足夠的能量幅射出去，便須把天線的一邊當(dāng)作coupling edge，耦合能量才夠。

圖3

Buried Feed
    圖4所示，是Coupled Feed的一種改良方式，利用多層板的架構(gòu)來(lái)作能量的耦合。Buried Feed是把天線做在上層，傳輸線做在下層，同時(shí)使這二個(gè)部分達(dá)到最佳化。上層用較低的介電常數(shù)和較厚的板子來(lái)作以提高幅射，下層用較高的介電常數(shù)和較薄的板子來(lái)作以減少傳輸線幅射的產(chǎn)生，這是單層板所沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)。但是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)較複雜，所以並沒(méi)有簡(jiǎn)單的模型來(lái)模擬它。使用多層板有另一個(gè)好處即是可以增加頻寬，類似堆疊的結(jié)構(gòu)，由於要對(duì)輸入阻抗作匹配，因此若使用transmission line或coaxial cable來(lái)作feed in，通常均是以不對(duì)稱的方式將能量耦合進(jìn)去。這種不對(duì)稱的方式會(huì)產(chǎn)生higher order modes和cross-polarized radiation。為了避免這種情況的發(fā)生，我們會(huì)使用Buried Feed 或Slot Feed 的耦合方式來(lái)作feed in 的工作。

圖4

Slot Feed
    圖5所示，是改良自Buried Feed的架構(gòu)，在傳輸線和天線中間放上接地面，使二者有很好的隔離，再在接地面上切出一個(gè)slot，利用這個(gè)slot來(lái)耦合能量到天線上。但在接地面上切出一個(gè)slot，就像在傳輸線和天線之間又加入一個(gè)magnetic dipole，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)虛偽的幅射。稱為虛偽幅射是因?yàn)樗鼇K不是我們想要得到的，因此，有必要使slot遠(yuǎn)離平板天線的幅射邊，以減少虛偽幅射的產(chǎn)生，且應(yīng)適當(dāng)?shù)臎Q定slot的尺寸，以避免在平板天線的操作頻帶中，發(fā)生諧振而影響到正常的操作。

圖5

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