微带天线设计理论与实践:矩形贴片天线解析
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更新于2024-08-21
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"矩形微带天线的设计-微带天线设计"
微带天线是一种广泛应用在微波和毫米波频段的天线类型。这种天线的设计涉及到多个关键因素,首先是选择合适的介质基片。介质基片的介电常数(εr)和厚度(h)对天线的工作性能至关重要。设计时需要确保工作频率(f)低于高次模截止频率(fc),以防止高次模的激发,这会导致天线性能下降。计算高次模截止频率的公式为fc = c/(2nh),其中c是光速,n是模式序数(TE模或TM模),h是基片厚度。
对于TE1模,例如使用duroid(εr = 2.32)和氧化铝(εr = 10)作为基片,对应的h/λc比例分别是0.217和0.0833。这意味着,对于0.16cm厚的duroid基片,天线可以在约41GHz激发TE1模;而对于0.0635cm厚的氧化铝基片,这个频率则在约39GHz。当h/λ0大于特定值(对于εr ≈ 2.3的基片约为0.09,εr ≈ 10的基片约为0.03)时,表面波的激励将变得显著,可能影响天线性能。因此,选择适当厚度的基片能有效抑制表面波。
微带天线设计的基本理论源于I.J.鲍尔和P.布哈蒂亚的著作,虽然这些资料可能不是最新的,但其中包含的基本概念仍然具有指导意义。在中国,也有一些关于微带天线的书籍,它们往往也借鉴了鲍尔的理论。在实际设计过程中,可以利用各种微带天线设计软件,比如Sonnet,它基于矩量法,但不同软件可能采用不同的设计公式和方法,感兴趣的读者需要查阅相关文献以了解更多信息。
微带天线设计时,需要考虑天线的特性,如天线方向性、效率、极化特性、频带宽度和输入阻抗。方向性函数或方向图用于描述天线辐射场在空间的分布,其中最大辐射方向被称为主瓣,旁边的小波束称为旁瓣。天线增益(G或GD)是衡量天线在特定方向上辐射效率的重要参数,它反映了天线相对于无方向性辐射源的性能。此外,天线效率衡量能量转换的效率,极化特性描述了天线辐射电磁波的极化方向,频带宽度是指天线能有效工作的频率范围,而输入阻抗则关系到天线与馈线系统的匹配。
设计一个有效的矩形微带天线需要综合考虑多种因素,并且需要利用理论知识和实践经验,结合现代设计工具,才能实现最优的天线性能。
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