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 直電場分量大小相等、方向相反，平行電場分量大小相等、方向相反；因此，遠(yuǎn)區(qū)輻射電場垂直分量相互抵消，輻射電場平行于天線表面。

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)。對于TM10模式，在W 方向上電場強(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