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利用ADS Momentum設計微帶天線(Patch Antenna)

作者:mweda    文章來源:mweda    點擊數:    更新時間:2008-10-17

    當寬度遠大於基板的厚度時,電磁場大部分被包在基板內,所以εeff =εr 。當寬度遠小於基板的厚度時,電磁場不只會在基板上,也會飛到空中,所以εeff = εr +1/2 。εeff 也是頻率的函數,其關係如圖7所示。當操作頻率上升,大部分的電磁場會被包在基板當中,因此有效的介電常數εeff 會接近基板本身的介電常數εr。又由於fringing effect的效應使有效的長度大於實際的長度,因此,在設計天線時應把由於fringing effect所造成的影響△L加入設計的考量當中,如式(2)及式(3)所示。

        -------------------(2)(3)
 


圖7

    △L為寬高比(W/h)和εeff 的函數,如圖8所示。假設這個rectangular patch antenna操作在基本的TM010 mode,則其諧振頻率如式(4)。   
    -----------------------(4)

 


圖8

c為光速,式(4)並沒有考慮fringing effect,若考慮fringing effect則須做一些修正,如式(5)。當基板的厚度增加時,fringing也會增加導致Leff會越大,即二個幅射邊相距越遠,根據式(5)可知,諧振頻率也會下降。
    ------------(5)

Cavity Model
    當能量feed in進入平板天線時,在平板天線的上下二個表面會有電荷的分佈,接地面也會有電荷的分佈,如圖9所示。有二種機制,一種是吸引,另一種則是排斥。吸引機制是來自平板天線的下表面和接地面有不同的電荷極性所致,這個機制使電荷能集中在平板天線的下表面,而排斥機制來自於平板天線的下表面,此機制使下表面的電荷往上表面流,產生相對的電流密度JbandJt。由於在大部分的實際應用中,h/W的比例通常都很小,所以主要為吸引機制,而且,大部分的電荷分佈和電流密度分佈在平板天線的下表面,Jt會隨著h/W的比例越小而越小,最後近似於0。因為Jt是0,所以在平板天線的四邊並沒有切線方向的磁場分佈,因此可以把這四邊看成是perfectmagnetic conducting surfaces。實際上。h/W並非無限的小,所以這四邊並非為perfect magnetic conducting surface,但可以此作一很好的近似,且因為基板的厚度很小,所以fringing field也較小,因此可以把電場分佈想成均垂直導體表面而只考慮TM x field的傳輸模式。最後這個cavity就可以把它看成是上下二個perfect electric conducting surfaces,前後左右為perfect magnetic conductingsurfaces。
 


圖9

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Tags:ADS2008,s2p  
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