具有任意斜缝的微带缝隙天线研究

具有任意斜缝的微带缝隙天线研究 通信 OFCHINAINSTITUTEOFCOMMUNICATIONS Voi.2ONo.1 Jaauary19 再1 具有任意斜缝的微带缝隙天线研究' 要法和…………方 3GHz频段的设计曲线. 关键调至墨塞墨 分类号TN823.24 微带缝隙天线倾斜缝隙 StudyofPrintedSlotAntennawithArbitrarilyInclinedSlot GaoShichangZhongShunshi (ShanghaiUniversity,Shanghai201800) AbstractBasedonthespectraldomainmethodandthereciprocitytheoremtthegeneralequati ons forprintedslotantennaswitharbitrarilyinclinedslotarefounded,andsolvedbyusingthemeth od ofmoments.Numericalresuitsoftheinputimpedancevaryingwiththeslotinclinationanglea re presented,togetherwithdesignCUrVesat3GHzband. Keywordsreciprocitytheorem,printedsiotantenna,inclinedslot 1引言 微带缝隙天线利用开在接地板上的缝隙,由介质基片另一侧的微带线(或槽线.带 状线等) 对其馈电而向外辐射.与普通微带贴片相比,它具有低交叉极化,馈电阿络对辐射特性影响小, 易与有源电路集成等优点.国内岁卜对此研究已很多].文献E23中提出一种利用磁流和矢位 法计算外场的方法,但其中未能考虑馈线基片层的影响.文献[4]中利用反应原理和微带馈线 的等效波导模型求解,对介质基片的影响采用了一些近似处理,精度较差].利用并矢格林函 数的全波分析是比较可靠的一种方法,但计算量很大.文献[63中利用互易定理.导出了反射系 数的方程.从而避免了馈线上电流的复杂处理,简化了数值计算.以上的文献中都只考虑了馈 线与缝隙垂直的特殊情况.对倾斜缝隙的微带缝隙天线作严格的全渡分析的文章尚不多见. 本文基于文献[6]中方法,将其推广于具有任意倾斜缝隙的微带缝隙天线.下面建立一般 化求解方程,井利用矩量法进行数值计算.然后给出天线输入阻抗随缝隙倾斜角变化的数值结 果,井给出3GHz频段的设计曲线. 2理论分析 具有任意倾斜缝隙的微带缝隙天线的结构如凰1所示.由于缝隙很窄,故这里只考虑; .国家自然科学基金和电干部14所天线与徽渡技术点实盘查资助项目 通信 方向的电场.设其电场分布为 ;rE一;r三Nv(r,,) 一 兰些;?(~sin(k,h)一南,fie,+1 一一 图1 式中,,分别为缝隙的长度和宽度. ,Y,,)的不连续.分别为 E,Y,,)一 具有斜缝的微带缝隙天线 由于缝隙的存在引起馈线上电场,儿z)和磁场膏 f;(.)一+n廊)<o 【;(.2)Te一)>o 一 (,,)一一Feign)<o H(x,Y,,)一. )Te—m>0(3) ;(,)一;———1_=r0(一卢,正.)()d正+ ;——1_r0譬(一卢,,)()dk 正,,)()d正+ (,.)一;——r0(一卢, ;——广0(一卢,正,,)()dk, — 告d()? (等)一 其中,T分别为馈线上电压的反射和传输系数,J.()为零阶贝塞尔函数,,为馈线宽 度,考虑了馈线电流的边缘效应.馈线传播常数卢和特性阻抗五可由i-7]中方法求 出.基于互 第1期高式昌等:具有任意斜缝的微带缝辣天线研究 易定理,采用与[6]中类似的步骤,我们推导出具有任意倾斜缝隙的微带缝隙天线 的馈线电压 反射系数r为 r=y.3Vd(4) d=j一(一是s_n+.s,矗c.s+ino)/-2(一r9,矗)dk ^一m 2sin 膏(一卢,k)一————导=[cos口0(r9,)+singg~ffs(--卢,)] w出,『z 式中0为馈线电流方向与缝隙电场方向的夹角,0(一|9,k),0(一卢,k)为谱域并矢格 林函数,见文献[3,6].利用缝隙两侧切向磁场连续条件可得到另一方程,对其两边用缝隙电场 作反应,并转化到谱域,最后得 ]一{:]+?[口][如]}[](5) r一去[][](6) 一 壶J—J;(r,)0(,)cos[(m—n)h]dkdk [明一-v.,V.…,V[由]=[如,dvz,…,];[yi]=[y]? 这里r 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示矩阵的转置.0(,)见文献[6].由于缝隙可看作微带馈线上的串联阻抗,进 一 步推得输入阻抗为 Z一z(7) 式(1),(7)即为我们建立的用于分析具有任意倾斜缝隙的微带缝隙天线的方程.从式 (5)得到缝隙上的等效面磁流分布.由此可求出所有其他参数,如方向图等. 3数值结果 图2为本文程序对垂直缝隙的计算结果与文献[6]中结果的比较,可见其一致性较好.图 3给出了不同缝隙倾斜角时天线归一化输入阻抗的实部R和虚部x随频率变化的数值结果. 可以看出,当倾斜角0从O.增大到30.时,归一化谐振电阻由?.8迅速减少到9.7,当倾斜角 继续增到6O.时,归一化谐振电阻则减到4.2.当倾斜角为90.时,谐振电阻为零.这些 计算结果 表明,倾斜角0越大,缝隙与馈线的耦合程度越小,此与实际经验相符合.值得注意的是,在倾 斜角变化的整个过程中,谐振频率看不出明显的变化,这也是已为实践证明的设计规律从本 文数值结果可看出,当倾斜角约为7o.多时,归一化谐振电阻近似等于1,这证明适当调节缝隙 与馈线间夹角的大小,可以实现单缝的阻抗匹配.在天线阵列设计中,利用馈线与缝隙间倾斜 角的变化,可以使各单元在同一谐振频率下,具有不同的谐振电阻,从而实现一特定的激励幅 度分布,但具体设计中还应考虑缝隙间的互耦.为便于实际工程应用,图4进一步给出了 3GHz频段具有任意倾斜缝隙的微带缝隙天线的设计曲线,由图中曲线可得到不同谐振电阻 通信1999年 所对应的倾斜角值 R 12 l0 8 6 4 2. 圉3归一化措入阻抗随缝隙侦斟角的变化 12 月n 10 00200400600800900 目 匿4归一化谐撮电阻随齄辣倾斜角的变化(天线参数同匿2) 86420 工 第1期高式昌等t具有任意斜齄时徽带复隙天线研究 4结语 基于谱域方法和互易定理,本文建立了具有任意倾斜缝隙的微带缝隙天线的一般 化求解 方程,并利用矩量法得出了输入阻抗随倾斜角变化的数值结果,最后还给出了 3GHz频段的设 计曲线.本文的方法和结果可以直接用于实际工程中的天线设计.这里的理论还可 进一步推 广到口径耦合馈电方式的微带天线中,从而应用于有源微带天线阵列的设计 参考文献 YoshimureY.AmJerc~triplineslotaD.tanlla.IEEET? Mic~waveTheoryTech,1972.MTT.201760~762 叫IJ,BhartiaP.MicrostripARtenna~.ArtechH~Kl$e.1980 钟腰时.微带天线理论与应用.西安:西安电子科技大学出版社,1991 DasBN'"?Impedanceofaradiatingslotinthegroudplaneamierosttlpllne.IEEETra~sAnten nasPropagst. 198Z,AP-34:92Z~926 PozarDM, 越?Commentson"impedanceo{aradiatingslotinthegroundplanemicrosrrlpline'.IEEETra mAn- eenn;BsPopagatt1986,AP-34:958~959 PozarDM.Areciprocitymethodofanalys~forprintedslotandsloteoupledrnJcrc~tripantenl l,~f1.IEEE"Ira?An? Propaget-1986,AP-34:1439,1446 [MsNK-a/,AgeneralkedspectraldomainGreen'sfunctionformulK1ayerdielectricsuhatrat e$'happlicafio~Jto multiiayertransmissionlines.IEEETransMicrowaveTheoryTech-1987tMTT一35:326~335 (1997—08-07收到-1998?09-10改定) 《通信》征稿简则 《通信》是中国通信学会主办的学术性刊物.它的办刊宗旨是记载我国通信科学技术 水平,开展国内外通信科技领域的学术交流,促进通信科技进步和人才成长. 1.本刊选优刊载通信学科范围内如下各类文稿 (1)学术论文 对学科发展有积极意义并有创新的论文,有新的观点,见解,推动或丰富了该课 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 领域的 研究与发展. (2)技术报告 面向国民经济建设且有创新 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 的研究与开发成果报告,技术上先进,内容完整. 上述两类文稿每篇字数不超过7000字(包括摘要,图表及参考文献,下同). (3)综述 针对通信科学技术的新兴或活跃领域,对有关通信理论,方式,系统,设备,元器件等的国 内外发展状况及趋势的全面,系统的综合评述字数不超过8000字. (4)短文 有创造性或包含新的见解,但不要求是完整的工作(如阶段成果);对已有工作的较大改进 和提高.字数不超过4000字.