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  • 微带天线
  • 添加时间:2017-11-24 11:02:10

微带天线的性能

微带天线一般应用在150GHz频率范围,特殊的天线也可用于几十兆赫。和常用微波天线相比,有如下优点:

(1)体积小,重量轻,低剖面,能与载体(如飞行器)共形

(2)电性能多样化。不同设计的微带元,其最大辐射方向可以从边射到端射范围内调整;易于得到各种极化

(3)易集成。能和有源器件、电路集成为统一的组件。

微带贴片形状

贴片形状是多种多样的,实际应用中由于某些特殊的性能要求和安装条件的限制,必须用到其他形状的微带贴片天线。例如,国外某型炮弹引信天线要求半球覆盖的方向图,即E面和H面方向图在端射方向()的电平也要求在半功率电平以上,而规则的矩形或圆形贴片无法满足。因此,为使微带天线适用于各种特殊用途,对各种几何形状的微带贴片天线进行分析就具有相当的重要性。

分析

微带天线进行工程设计时,要对天线的性能参数(例如方向图、方向性系数、效率、输入阻抗、极化和频带等)预先估算,这将大大提高天线研制的质量和效率,降低研制的成本。这种理论工作的开展,带来了多种分析微带天线的方法,例如传输线、腔模理论、格林函数法、积分方程法和矩量法等。用上述各种方法计算微带天线的方向图,其结果是一致的,特别是主波束。本部分将对一般的矩形微带天线进行分析讨论,为特殊形状要求的微带天线做好理论分析基础。利用传输线模式分析微带天线是比较早期的方法,也较简单,其精确度可以满足一般工程设计要求。以下将用传输线法如图1所示的基本矩形微带天线元为例,说明它的工作原理与主要电参数。

物理模型

传输线方法的基本假设:(1)微带片和接地板构成一般微带传输线,传输准TEM波。波的传输方向决定于馈电点。线段长度取1≈λg/2,λg为准TEM波的波长。场的传输方向是驻波分布,而在其垂直方向(图中的宽度W方向)是常数。(2)传输线的两个开口端(a-ab-b)等效为两个辐射缝,长为W,宽为h,缝的径场为传输线开口端场强。缝平面看作位于微带片两端的延伸面上,即是将开口面向上折转90度,而开口场强也随之折转。

辐射原理分析

微带天线中有一维的尺寸远远小于波长,因而天线剖面很低(天线薄),有利于共形设计保证优良的空气动力特性。图1所示的长为L,宽为W2的矩形微带天线元可以看作一般的传输线连接两个辐射缝组成。低特性阻抗的传输线是由微带馈线扩展其宽度W1W2而成,其长度L为半个微带波长,即λg/2。在低阻传输线两端形成两个缝隙(a-ab-b),那里的电场分解为两个分量,其中En与接地板垂直;另一个与接地板并行,记作E1〃,由于L=λg/2,垂直分量反相,平行分量同相,因此在垂直于辐射源的方向上,水平分量有最大辐射分量,而垂直分量相互抵消。试验表明,电场的水平分量在辐射源的两个端部,各向外延伸一个介质板厚度h的长度内存在。这样就可近似认为微带天线元的辐射等于两个长度为W2,宽度为h,间距为L的裂缝组成的二元阵的辐射。

裂缝平面与接地面平行,裂缝受水平电场Ey的激励。Ey沿裂缝是均匀分布的(即沿x均匀分布)。裂缝的激励场Ey可以等效为沿x方向的磁流。磁流密度,其中为裂缝面的法向单位矢量(沿z方向)。考虑接地板的反射影响,则源的磁流密度,由于裂缝宽度h<<λ,所诀y沿y方向也是常数,故相应的磁流Im可写为 于是裂缝的辐射就等效为磁流强度Im相同的一系列磁基本阵子沿着x轴排列的连续阵的辐射。将磁基本阵子的辐射场沿裂缝长度W积分,就可以得到其远区辐射场为

微带线特性参数

特性阻抗 ; 传播波长 ; 传播常数

式中εe为等效相对介电常数,εr为介质板介电常数。

空气微带天线特性阻抗Z0


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