矩形微帶天線---通信

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1、矩形微帶天線---09通信矩形微帶天線一.微帶天線簡介微帶天線的概念首先是有Deschaps于1953年提出來的，經(jīng)過20年左右的發(fā)展，Munson和Howell于20世紀(jì)70年代初期造出了實(shí)際的微帶天線。微帶天線由于具有質(zhì)量輕、體積小，易于制造等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)今已經(jīng)廣泛應(yīng)用于個(gè)人無線通信中。上圖是一個(gè)簡單的微帶貼片天線的結(jié)構(gòu)，由輻射元、介質(zhì)層和參考地三部分組成。與天線性能相關(guān)的參數(shù)包括輻射元的長度L、輻射元的寬度W、介質(zhì)層的厚度h、介質(zhì)的相對介點(diǎn)常數(shù)ε和損耗正切tanδ、介質(zhì)的長度LG和寬度WG。圖中所示的天線是采用微帶線來饋電的，本次我要設(shè)計(jì)的矩形微帶

2、貼片天線采用的是同軸線饋電，也就是將同軸線接頭的內(nèi)芯線穿過參考地和介質(zhì)層與輻射元相連接。對于矩形貼片微帶天線，理論分析時(shí)采用傳輸線模型來分析其性能。矩形貼片微1矩形微帶天線帶天線的工作模式是TM10模，意味著電場在長度L方向上有λg/2的改變，而在寬度W方向上保持不變，如圖所示，在長度方向上可以看成有兩個(gè)終端開路的縫隙輻射出電磁能量，在寬度方向的邊緣由于終端開路，所以電壓值最大電流值最小。從圖中可以看出微帶線邊緣的電場可以分解成垂直參考地的分量和平行于參考地的分量兩部分，兩個(gè)邊緣的垂直電場分量大小相等、方向相反，平行電場分量大小相等、方向相反；因此，

3、遠(yuǎn)區(qū)輻射電場垂直分量相互抵消，輻射電場平行于天線表面。假設(shè)矩形貼片的有效長度設(shè)為Le，則有Le=λg/2式中，λg表示導(dǎo)波波長，有λg=λ0/?式中，λ0表示自由空間波長；εe表示有效介電常數(shù)，且εe=??12???12(1?12hw)?12式中，εr表示介質(zhì)的相對介電常數(shù)；h表示介質(zhì)厚度；w表示微帶貼片的寬度。因此，可計(jì)算出矩形貼片的實(shí)際長度L，有L=Le-2ΔL=λ0/?e-2ΔL=式中，c表示真空中的光速；f0表示的長度，且有ΔL=0.412h矩形貼片的寬度W可以由下式計(jì)算，???1?W=??2f0?2?c?12c2f01?e?2ΔLΔL表示等

4、效的輻射縫隙?Wh?0.264????0.258??Wh?0.8????0.3?對于同軸線饋電的微帶貼片天線，在確定了貼片長度L和寬度W之后，還需要確定同軸線饋點(diǎn)的位置，饋點(diǎn)的位置會影響天線的輸入阻抗。在微波應(yīng)用中通常是使用50Ω的標(biāo)準(zhǔn)阻抗，因此需要確定饋點(diǎn)的位置使天線的輸入阻抗等于50Ω.對于如圖所示的同軸線饋電的微帶貼片天線，坐標(biāo)原點(diǎn)位于貼片的中心以（xf，yf）表示饋點(diǎn)的位置坐標(biāo)。2矩形微帶天線對于TM10模式，在W方向上的電場強(qiáng)度不變，因此理論上的W方向上的任一點(diǎn)都可以作為饋點(diǎn)，為了避免激發(fā)TM1n模式，在W方向上的饋點(diǎn)的位置一般取在中心點(diǎn)，

5、即yf=0在L方向上電場有λg/2的改變，因此在長度L方向上，從中心點(diǎn)到兩側(cè)，阻抗逐漸變大；輸入阻抗等于50Ω時(shí)的饋點(diǎn)可以由下式計(jì)算，xf=式中，??12L2(L)?(L)????12(1?12)lh?12上述分析都是基于參考地平面是無限大的基礎(chǔ)上的，然而實(shí)際設(shè)計(jì)中，參考地都是有限面積的，理論分析證明來了當(dāng)參考地平面比微帶貼片大出6h的距離時(shí)，計(jì)算結(jié)果就可以達(dá)到足夠的準(zhǔn)確，因此設(shè)計(jì)中參考地的長度LGND和寬度WGND只需要滿足以下條件即可，LGND≥L+6hWGND≥W+6h二.設(shè)計(jì)指標(biāo)和天線結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算我這次設(shè)計(jì)的矩形微帶天線工作于ISM頻段，其中

6、心頻率為2.45GHz；無線局域網(wǎng)（WLAN）、藍(lán)牙、ZigBee的無線網(wǎng)絡(luò)均可以工作在該頻段上。選用的介質(zhì)板材為RogersR04003，其相對介電常數(shù)εr=3.38，厚度h=5mm；天線使用同軸線饋電。微帶天線的三個(gè)關(guān)鍵參數(shù)如下：工作頻率f0=2.45GHz；介質(zhì)板材的相對介電常數(shù)εr=3.38；介質(zhì)厚到h=5mm。1.矩形貼片的寬度W把c=3.0×10m/s，f0=2.45GHz，εr=3.38帶入，可以計(jì)算出微帶天線矩形貼片的寬度，即W=0.0414m=41.4mm82.有效介電常數(shù)εr把h=5mm，W=41.4mm，εr=3.38帶入，可以

7、計(jì)算出有效介電常數(shù)，即εe=2.953.輻射縫隙的長度ΔL把h=5mm，W=41.4mm，εe=2.95帶入，可以計(jì)算出微帶天線輻射縫隙的長度，即ΔL=2.34mm4.矩形貼片的長度L3矩形微帶天線把c=3.0×10m/s，f0=2.45GHz，εe=2.95，ΔL=2.34mm帶入可以計(jì)算出微帶天線矩形貼片的長度，即L=31.0mm85.參考地的長度LGND和寬度WGND把h=5mm，W=41.4mm，L=31.0mm分別帶入，可以計(jì)算出微帶天線參考地的長度和寬度，即LGND≥61.8mmWGND≥71.4mm6.同軸線饋點(diǎn)的位置坐標(biāo)（xf，yf）

8、把εr=3.38，W=41.4mm，L=31.0mm分別帶入，可以計(jì)算出微帶天線同軸線饋點(diǎn)的位置坐標(biāo)（xf，