10.1 微帶天線簡介

    微帶天線的概念首先是由Deschamps于1953年提出來的，經(jīng)過20年左右的發(fā)展，Munson 和Howell 于20 世紀(jì)70 年代初期制造出了實(shí)際的微帶天線。微帶天線由于具有質(zhì)量輕、體積小、易于制造等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)今已經(jīng)廣泛應(yīng)用于個(gè)人無線通信中。

    圖 10.1 是一個(gè)簡單的微帶貼片天線的結(jié)構(gòu)，由輻射元、介質(zhì)層和參考地三部分組成。與天線性能相關(guān)的參數(shù)包括輻射元的長度 L、輻射元的寬度 W、介質(zhì)層的厚度 h、介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)和損耗正切、介質(zhì)層的長度 LG 和寬度 WG。圖10.1 所示的微帶貼片天線是采用微帶線來饋電的，本章將要設(shè)計(jì)的矩形微帶貼片天線采用的是同軸線饋電，也就是將同軸線接頭的內(nèi)芯線穿過參考地和介質(zhì)層與輻射元相連接。

圖 10.1 微帶天線的結(jié)構(gòu)

    對(duì)于矩形貼片微帶天線，理論分析時(shí)可以采用傳輸線模型來分析其性能。矩形貼片微帶天線的工作主模式是TM10模，意味著電場(chǎng)在長度 L 方向上有二分只一個(gè)導(dǎo)波波長 的改變，而在寬度W 方向上保持不變，如圖 10.2（a）所示，在長度 L 方向上可以看作成有兩個(gè)終端開路的縫隙輻射出電磁能量，在寬度 W 方向的邊緣處由于終端開路，所以電壓值最大電流值最小。從圖 10.2（b）可以看出，微帶線邊緣的電場(chǎng)可以分解成垂直于參考地的分量和平行于參考地的分量兩部分，兩個(gè)邊緣的垂 直電場(chǎng)分量大小相等、方向相反，平行電場(chǎng)分量大小相等、方向相反；因此，遠(yuǎn)區(qū)輻射電場(chǎng)垂直分量相互抵消，輻射電場(chǎng)平行于天線表面。

圖 10.2 矩形微帶貼片天線的俯視圖和側(cè)視圖

    對(duì)于同軸線饋電的微帶貼片天線，在確定了貼片長度L和寬度W 之后，還需要確定同軸線饋點(diǎn)的位置，饋點(diǎn)的位置會(huì)影響天線的輸入阻抗。在微波應(yīng)用中通常是使用50歐姆的標(biāo)準(zhǔn)阻抗，因此需要確定饋點(diǎn)的位置使天線的輸入阻抗等于50歐姆。

圖 10.3 同軸線饋電的微帶天線

    對(duì)于如圖10.3所示的同軸線饋電的微帶貼片天線，坐標(biāo)原點(diǎn)位于貼片的中心，以（xf，yf）表示饋點(diǎn)的位置坐標(biāo)。對(duì)于TM10模式，在W 方向上電場(chǎng)強(qiáng)度不變，因此理論上W 方向上的任一點(diǎn)都可以作為饋點(diǎn)，為了避免激發(fā)TM1n模式，在 W 方向上饋點(diǎn)的位置一般取在中心點(diǎn)，即

    上述分析都是基于參考地平面是無限大的基礎(chǔ)上的，然而實(shí)際設(shè)計(jì)中，參考地都是有限面積的，理論分析 證明了當(dāng)參考地平面比微帶貼片大出6h 的距離時(shí)，計(jì)算結(jié)果就可以達(dá)到足夠的準(zhǔn)確，因此設(shè)計(jì)中參考地的長度LGND和寬度 WGND只需滿足以下兩式即可，即