第12讲 微带天线

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1、第十讲─计算缝隙天线辐射性能的谱域法谱域法一般公式可用于计算开槽天线近远场分布若在固相点处计算谱域法的一般公式，可用来高效近似计算开槽天线远区辐射场开槽天线的电导对应k空间的可见区，表示远场能量辐射；而电纳对应k空间的不可见区，表示近场能量存储谱域法结合固定相法是计算开槽结构近远区电磁场SchoolofElectronicEngineering分布的有力工具！AdvancedEMCGroup0EMWPropagationEngineering第12讲微带天线龚建强2016/6/6内容安排微带天线的结构和特点微带天线的传输线模型矩形微带天线的腔体模型

2、圆形微带天线的腔体模型SchoolofElectronicEngineering几种微带天线工程模型EMWPropagationEngineering2/90微带天线的结构和特点微带辐射器的概念首先是Deschamps在1953年提出的。但是过了二十年，当较好的理论模型及对覆铜或覆金的介质基片的光刻技术发展之后，实际的天线才制造出来。这种基片的介电常数范围较宽，具有好的吸热特性和机械特性及低损耗角正切。最早的实际微带天线是Howell和Munson在二十世纪七十年代初期研制成的。微带天线分类微带天线按其辐射单元形式大致可分为四类：微带贴片天线；微带振子

3、天线；微带线性天线；微带缝隙天线，如图1所示。SchoolofElectronicEngineering微带贴片天线是最常见的形式，如图1（a）所示。它由带导体接地板的介质基片上贴加导体薄片形成。通常利用微带线与同轴线一类馈线馈电，使在导体贴片与EMWPropagationEngineering3/90微带天线的结构和特点接地板之间激励起射频电磁场，并通过贴片四周与接地板间的缝隙向外辐射。其基片厚度与波长相比一般很小，因而它实现了一维小型化。导体贴片一般是规则形状的面积单元，如图2中所示的矩形、圆形或圆环形薄片等；也可以是窄长条形的薄片振子，此时形成的天

4、线便称为微带振子天线，如图1（b）所示。如果利用微带线的某种变形（如直角弯头、弧形弯曲等）来产生辐射，便称为微带线性天线，如图1（c）所示，这种天线大多沿线传输行波，它们又称为微带行波天线。还可利用开在接地板上的缝隙来产生辐射，SchoolofElectronicEngineering此时由介质基片另一侧的微带线或其它馈线对其馈电。这种单元形成的天线称为微带缝隙天线或微带开槽天线。如图1（d）所示。除此四种单元及其阵列之外，还有一些变形、混合型或其它形式。EMWPropagationEngineering4/90微带天线的结构和特点SchoolofEle

5、ctronicEngineering图1微带天线形式（a）微带贴片天线（b）微带振子天线（c）微带线性天线（d）微带缝隙天线EMWPropagationEngineering5/90微带天线的结构和特点SchoolofElectronicEngineering图2微带天线辐射单元形式EMWPropagationEngineering6/90微带天线的结构和特点微带天线理论分析技术传输线模型（TLM）这是最早出现的物理概念明晰的分析模型，它将一矩形贴片天线等效为一段微带传输线，两端由辐射缝隙的等效导纳加载，但本法基本上只能用于薄矩形贴片天线。腔体模型

6、（CM）罗远祉教授等提出将薄微带天线的贴片下空间看成是由上下为电壁、四周为磁壁围成的谐振腔体。本法已成功地用于精确计算厚0.005λd至0.02λd的微带天线输SchoolofElectronicEngineering入阻抗。该方法适用于各种规则贴片，但基本上限于天线厚度小于波长的情况。全波分析法（FW）典型作法是先导出微带贴片上单位电流元满足边界条件的并矢格林函数G(r，r’)，场点（EMWPropagationEngineeringr处）的电场可表7/90微带天线的结构和特点示为ErGrrjvJr0,d(1)v式中，J(

7、r’)是贴片上r’处（源点）的电流密度。令此电场在贴片表面的切向分量为零，便得到对J(r’)的积分方程。对该电流选择适当的函数展开式和试验函数，可将积分方程化为矩阵方程，从而可解出贴片电流并用来计算天线特性。这种处理称为空域矩量法，其它还有如①谱域矩量法②谱域导抗法（SDI）③混合位积分方程法（MPIE）SchoolofElectronicEngineering④共轭梯度快速傅里叶变化法（CG-FET）⑤时域差分法（FDTD）这类方法都是基于电磁边值问题的数值求解，适用于各种结构、任意厚度的微带天线，然而要受到模型精度和机时的限制。EMWPropagat

8、ionEngineering8/90微带天线的结构和特点前两类都是基于某些假设而