通过以上分析,电场两个开路端的水平分量等效为在无限大的平面上,由相同相位激励的两个缝隙[16]。如图2。1(c)所示,其中,缝隙宽度为Δl(近似等于贴片厚度h),量缝隙之间相距为半波长,电场沿a方向均匀分布,电场方向垂直于a方向。

改变激励方式时,介质基片中的场会沿贴片长度和宽度同时变化,这时,微带天线可以等效为四个缝隙的辐射[15]。不管辐射贴片如何复杂,总是可以等效为缝隙的辐射。

圆极化天线是指天线辐射的电场矢量端随时间变化的轨迹为一个圆。根据极化旋向的不同,又可以分为左旋圆极化(LHCP, Left Hand Circular Polarization)与右旋圆极化(RHCP, Right Hand Circular Polarization)。

2。2  微带天线线极化单元的设计

    在讨论单元设计之前,我们先了解一下单元的馈电方式。

2。2。1  微带天线的馈电方式

微带天线有多种馈电方式,选择恰当合理的馈电方式对于有效减小天线的整体尺寸、改善天线的辐射性能和工作带宽及将其扩展成为天线阵列都具有非常重要的意义。另外,合适的馈电方式有助于降低微带天线的表面波损耗和伪辐射,并且可以适当地降低副旁瓣电平和交叉极化电平。

对微带天线馈电的常见方式包括微带线馈电、同轴线馈电、共面波导馈电以及口径耦合微带馈电等。本节对微带线馈电及同轴线馈电进行相关说明。

 2。2。1。1  微带线馈电

微带线馈电通常又称为侧馈。可采取中心馈电,也可采取偏心馈电方式,馈电点位置的选择取决于激励的是哪种模式[16]。但由于微带馈线本身也会引起辐射,某种程度上会干扰天线的方向图,要求馈线的宽度w不能太宽,希望w<<λ。在微带天线尺寸确定了之后,可以采取以下的办法来进行阻抗的匹配:先把中心馈电的贴片与50欧馈线光刻,测出输入阻抗的值并且设计出阻抗匹配器,接着在天线的辐射贴片和馈线间接上已经设计好的阻抗匹配器,完成天线匹配。

若矩形辐射片的场沿某个边有变化,其输入阻抗也会产生相应的变化。改变馈电点的位置使馈线与天线间的耦合发生变化,是获得阻抗匹配的简单方法。

 2。2。1。2  同轴线馈电

同轴线馈电又称为背馈,它是将同轴插座装在介质片背面,同时把同轴线探针接在天线上[16]。

如下图2。2所示,为同轴线馈电的俯视图,可以通过改变馈电点在贴片中的位置来实现匹配。采取同轴线馈电方式的优点是辐射贴片与馈电间能够实现较好的隔离,从而将馈电部分跟辐射贴片部分进行相对独立的设计,提高天线系统的性能。不方便的是它要在介质基片上进行打孔,并且焊接探针跟微带贴片,制作的时候相对麻烦。同轴线馈电俯视图

2。2。2  侧馈线极化微带天线单元的设计

按要求设计出工作频率在5。8GHz的线极化天线元,由于该天线元将用于组阵使用,选择微带线在辐射边侧馈的方式。

采取FR4环氧树脂板作为介质基片,其厚度h为1。6mm。介电常数εr=4。4。用以下的公式来设计出高效率的辐射贴片的宽度w。

式中,c为光速。

辐射贴片的长度一般为λe/2,其中,。辐射单元的长度L为:  (2。2)

式中,εe是有效介电常数,为:2。3)

ΔL是等效辐射的缝隙长度,为:   (2。4)

由式(2。1)~(2。4)可以计算出:文献综述

辐射贴片宽度: W=15。74mm

辐射贴片长度: L=11。75mm

有效介电常数: εe=3。73

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