微帶天線的分析方法

1. 微帶天線的相關內容

應用分析與設計方法
應用情況
微帶天線具有小型化、易集成、方向性好等優點，因此其應用前景廣闊，尤其可在無線電引信上積極的推廣與應用。現以國外某型炮彈引信為例，簡要說明微帶天線在引信上的分析與設計。該引信是—調頻體制引信，天線部分由頭部的塑料封帽、微帶貼片和金屬底板組成，安裝在彈體頭部。該天線在電流不連續點形成等效磁流源，靠改變各磁流的位置，可改變天線的方向性。
饋電方式與阻抗
矩形微帶天線的饋電方式基本上分成側饋和背饋兩種。不論那種方式，其諧振輸入電阻Rin很大，為使Rin與50Ω饋電系統相匹配，則阻抗變換器是不可少的。為實現匹配，輸入阻抗的大小必須知道。整個微帶天線的輸入導納可看作是一個縫的導納，經長度為L的低特性阻抗傳輸線變換後，再與另一個縫的導納並聯，諧振狀態其輸入電納為零，輸入導納等於兩倍的輸入電導Yin-2G∑〃
當Wλ時，
G∑〃=w2/90λz
其值通常比微帶傳輸線的特性導納小很多，接近開路狀態，因此限制了天線的阻抗頻帶。為了使頻帶加寬，可增加基片的厚度，減小基片的εr值，以使特性導納降低；再增加W使輻射電導提高。由上式可見，方向函數由兩個因子組成，其中一個sinθ即基本磁陣子的方向函數；另一個就是長度為L的等幅同相連續陣的陣因子。
矩形微帶天線單元的輻射就等於上述裂縫組成的間距為L的二元陣的輻射。如圖3所示二元陣本文轉自微波模擬論壇
天線的輻射場為 ，r是微帶中心到場點的距離。
由於hλ，故F2(θ,φ)≈1
同樣
(4) 由上式可見，若φ=0，則此平面上僅有Eθ分量，故此平面為E面；而在φ=90°平面，Eθ=0，僅有Eφ分量，故為H面，這是與波傳播方向垂直的平面，最大輻射方向在θ=0即z軸。這是因為激勵二元陣的特點。
該型炮彈引信微帶天線採用側饋方式，在製作側饋的矩形微帶天線時，可按下述方法實現匹配：將中心饋電天線的貼片同50Ω饋線一起光刻製作，實測其輸入阻抗並設計出匹配變換器，然後在天線輻射元與微帶饋線間接入該變換器就做成所需的天線。
輻射模型
圖4所示為該型天線式樣
圖4某型引信微帶天線
由實地測量、試驗等方法，可得出其εr,f0,h,W,L,並由上述公式得出微帶天線εe,λg,Z0。以傳輸線理論分析方法為依據，用等效磁流的觀點建立模型。同時根據電壓波形考慮微帶兩開口端輻射，以及兩轉折彎頭的輻射，給出各不連續處的電場，得到磁流的大小與方向。由於金屬底板的反射，用鏡像的原理得其相應的場源分布情況。微帶天線上各處輻射情況如圖5所示。
圖5該型微帶天線的輻射模型
定量分析方法
由天線輻射原理模型可以看出，共有6對磁流源，y軸平行排列著Im6Im′6，Im1Im′1，Im3Im′3，Im5Im′5，x軸軸向排列有Im2Im′2，Im4Im′4等。求解總輻射場時，可看作是這5個二元縫陣輻射場的疊加。圖5中所標的字母Im1，Im2，Im3…等，是以Im1點為參考所作的歸一化，用來表示各輻射點電場幅值的大小；另外用β1，β2，β3表示Im3，Im5，Im6點電壓相位滯後於Im1點的數值。這些數值的獲取是通過對微帶貼片的實際測量，代用公式求得微帶上傳輸波的波長並求得相應的波形，這樣各點相位滯後情況就可知道，代用式(1)便可求出各點的等效磁流的大小。由於測量的誤差，勢必造成計算結果的失真，嚴重時，可能導致所得到的天線參數與實際情況背離很遠。針對上述輻射源排列，現簡單的作一探討，列出其輻射方程，供大家討論。該情況下，天線方向圖的E面、H面上有水平和垂直兩種極化方式。求解時單獨考慮。
(1)φ=90°平面上，Im1-Im′1，Im6-Im′6，Im3-Im′3，Im5-Im′5組成的輻射陣，在該面上只有Eφ分量，Im2-Im ′2，Im4-Im′4組成的輻射陣，則只有Eθ分量。所以存在兩種極化方式。公式如下：上述式(5)、(6)、(7)、(8)描述了該型微帶天線輻射的情況。C語言編程實現該過程。由模擬出的方向圖可以較清楚地看到，φ=90°平面即垂直於彈軸的赤道面上，天線的方向圖呈兩個8字型，一個為豎8字型，一個為橫8字型，這一點與實測的天線方向圖相符合。φ=0°平面即平行於彈軸的子午面上，水平極化為一前傾的半圓形，這與實際也相符，但是垂直極化的方向圖與實測的方向圖不夠符合。其原因與尺寸測量誤差有關。
改變介質板的厚度，介電常數，微帶貼片的寬度等，就從根本上改變了微帶傳輸線上的波形(傳輸波長λR與上述參數有密切的關聯)。從對方向圖影響的角度來看，赤道面上影響不大，但在子午面上影響明顯，前傾的半圓形可能會變成橫8字型(當然這是在保證天線尺寸不變的情況下)。
微帶天線