微带天线报告

微带天线 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 精品 目录 一、微带天线简介...................................................2 1.1微带天线的概念与分类........................................2 1.2微带天线的激励方法..........................................4 1.3微带天线的工作原理——辐射机理..............................5 二、微带天线的分析方法.............................................8 2.1传输线模型..................................................8 2.2格林函数法.................................................10 2.3腔体模型...................................................11 2.4积分方程法.................................................11 三、微带天线宽频实现..............................................12 3.1采用厚介质基片.............................................12 3.2采用介电常数较小或有耗的介质基片...........................12 3.3附加阻抗匹配网络...........................................12 3.4采用楔形或阶梯形基片.......................................12 3.5采用非线性基片材料.........................................13 四、微带天线的多频技术............................................13 4.1开槽加载...................................................13 4.2销钉加载...................................................14 精品 微带天线 摘要,随着社会和经济的发展,通信技术在社会中变得越来越重要,人们的生活也越来越离不开通信。与此同时,对于接受外来信号的天线的设计也越来越多样化。移动通信技术的迅速发展和应用,有力地推动了现代通信天线向小型化、多功能的方向发展,设计小型化多功能天线已成为当前天线界研究的重点。微带天线以其体积小,重量轻,低剖面,能与载体共形,易于制造,成本低,易于与有源器件和电路集成为单一的模件,便于实现圆极化、双极化和双频段等优点得到日益广泛的关注和应用。本文应老师要求,对微带天线进行简单介绍。 关键字,分类 激励 工作原理 分析方法 宽频 多频 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 , 一、微带天线简介 1.1微带天线的概念与分类 概念: 微带天线(microstrip antenna)在一个薄介质基片上，一面附上金属薄层作为接地板，另一面用光刻腐蚀方法制成一定形状的金属贴片，利用微带线或同轴探针对贴片馈电构成的天线。 分类: 精品 微带天线的特征之一就是相对于普通的微波天线有更多的物理参数，可以有任意的几何形状和尺寸。微带天线可以分为三种基本类型:微带行波天线、微带缝隙天线和微带贴片天线。 ?、微带行波天线 微带行波天线 由基片、在基片一面上的链形周期结构或普通的长TEM波传输线(也维持一个TE模)和基片另一面上的接地板组成。原则上，任何一个TEM波传输体都可以改造成一个行波天线。对微带线而言，TEM波传输线天线分为两种:微带线终端接匹配负载的行波天线和微带线终端为开路或短路的驻波天线。通常驻波天线为边射，而行波天线的辐射则可设计成从后射直到端射之间的任一方向上。因此，当波瓣指向边射方向时，行波天线就成为驻波天线。微带行波天线一般为周期性结构，可预先计算其辐射特性。同其它行波天线一样，可以用频率来控制主辐射方向。 图1.1 ?、微带缝隙天线 微带缝隙天线 由微带馈线和开在接地板上的缝隙组成。其概念是由带状线缝隙天线发展而来的，更确切地说，是由三板传输线发展过来的。带状线缝隙天线的研究和应用都已比较成熟，但要注意抑制在“开槽”的接地板和外导体之间产生电位差的那些不希望的模。 精品 图1.2 MSA的优点是能产生双向或者单向方向图。在微带天线的设计中，采用贴片和缝隙的组合结构，可以额外增添一个自由度。沿着微带馈线一边排列的导带和缝隙的组合可以产生圆极化辐射场。微带缝隙天线能产生所希望获得的极化，且对制造公差的敏感度比微带贴片天线要低。 ?、微带贴片天线 微带贴片天线 (Microstrip paste Antenna，MPA)由介质基片、在基片一面上形状任意的导电金属贴片和基片另一面的接地板构成。实际上，能计算辐射特性的贴片图形是有限的(仅限于矩形、三角形、圆形和五角形等几种图形)。而另外几种可能的形状如下图所示。 图1.3 1.2微带天线的激励方法 大多数微带天线在介质基片的一面上有辐射贴片，因此多采用微带馈电或同轴线馈电。因为天线输入阻抗通常不等于50传输线阻抗，所以需要匹配。匹配 精品 需要恰当选择馈电的位置，同时馈电的位置也会影响辐射特性。 图1.4 ?、微带馈电 微带馈电分为中心微带馈电和偏心微带馈电。馈电点的位置将决定激励出哪种模式。如果天线的几何图形只维持主模，则微带馈电可偏向一边以得到良好匹配。如果场沿矩形贴片的宽度变化，则当馈线沿宽度移动时，输入阻抗随之改变，进而使馈线和天线之间的藕合发生改变，使天线谐振频率产生一个小的漂移，而辐射方向图仍保持不变，可以稍加改变贴片尺寸或天线尺寸，补偿谐振频率的漂移。 对于微带馈电，如图1.4(a)所示，利用惠更斯原理可以把馈源模拟成贴在磁壁上沿特定方向的电流带。在薄的微带线中，除了馈线的极邻近区域外，在贴片边界上的任何地方，这个电流都很小。在理想情况下，可视馈源是一定电流的均匀电流带，以此来为天线提供激励。 ?、同轴线馈电 一般情况下，同轴线的外 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 插座安装在接地板(印刷电路板)的背面，而同轴线内导体接在天线导体上。对指定的天线模式，同轴馈电点的位置可由经验去找，以便产生最好的匹配。如图1.4(b)示，根据惠更斯原理，同轴馈电可以用一个由底面流向顶面的电流圆柱带来模拟。如果忽略磁流的贡献，并假定电流在圆柱上是均匀的，则可进一步简化。简化到最理想的情况是，取出电流圆柱，用一 精品 电流带代替，类似微带馈电的情况。该带可认为是圆柱的中心轴，沿宽度方向铺开并具有等效宽度的均匀电流带，对于给定馈电点和场模式，等效宽度可以根据计算与测量所得的阻抗轨迹由经验确定。 1.3 微带天线的工作原理——辐射机理 微带天线的辐射是由微带天线导体边沿和地板之间的边缘场产生的。以图五所示的矩形微带贴片天线为例，可以简单说明其辐射机理。 图1.5 矩形微带贴片天线由介质基片、在基片上面的矩形导电贴片(辐射器)和基片下面的接地板构成。假定电场沿微带贴片的宽度与厚度方向没有变化，则辐射贴片上的电场仅沿贴片长度(,/2)方向变化。辐射基本上是由贴片开路边沿的边缘场引起的。在两端的场相对于地板可以分解为法向分量和切向分量，因为贴片长为,/2，所以，法向分量反相，由它们产生的远场区在正面方向上互相抵消。平行于地板的切向分量同相，因此，合成场增强，从而使垂直于结构表面的方向上 ,辐射场最强。所以，贴片可表示为相距/2、同相激励并向接地板以上半空间辐射的两个缝隙。 微带天线的辐射场是由各种假定的电流及其沿天线结构的分布得来的。为了求解微带天线辐射场中的远场值(方向图等)，必须知道贴片表面精确的电流分布。如果介质材料各向同性、均匀且无损耗，微带导体和地板导体的电导率为无限大，则面电流和面磁流可以分别用切向电场和切向磁场表示为: 精品 ˆ式中:n-----面法向单位矢量 图1.6就是微带天线辐射边沿的场态和电流密度分布(侧面图)。由图中可以清晰地看出，微带天线的向外辐射是由边缘缝隙实现的。实际应用中，为简单起见，可以认为贴片单元上、下表面的面电流和面磁流相同。然后，就可以使用位函数由面电流和面磁流求解辐射场。 图1.6 p(,,),,,假定只有电流存在，则微带天线外部任意点的电场和磁场为: ,式中: -----介质的介电常数，F/m , -----磁导率，H/m -----角频率，rad/s , 上标e表示由电流产生的场，磁矢量位函数: ,1k式中:-----自由空间波数， cm0 2,-----距离原点为日的点上的面电流密度， Kr()Am/ 同理，使用电矢量位函数F，磁流产生的场为: 精品 上标m表示磁流产生的场，电矢量位函数F为: 2,,r式中:-----距离原点为的点上的面磁流密度， Mr()Hm/ jt,e为简单起见，所有场和电流的时间因子均略去。总场为: 电矢量位函数F和磁矢量位函数A都是下列波动方程的解: 在远场中，有意义的场分量只是相对于传播方向的横向分量。只考虑电流时， 式可以写为: 而在自由空间中 只考虑磁流时，式可以写为: ,式中:-----自由空间波阻抗， ,0 精品 二、微带天线的分析方法 目前己经出现了许多分析微带天线的方法，如传输线法、腔模理论、格林函数法和数值计算法等。这些方法互相补充、各有长短，不同形状、不同配置的矩形微带天线都可以找到适当的方法进行理论分析，对于微带天线的设计和分析十分有利。 2.1传输线模型 假设:(1)微带贴片和接地板构成一段微带传输线，传输准TEM波，波的传输 L,,/2,方向决定于馈电点。线段长度，为准TEM波的波长。场在传输方mm 向上是驻波分布，而在其垂直方向(图中的宽度方向)上是常数。(2)传输线的两个开口端(始端和末端)等效为两个辐射缝，长为L，宽为W，缝口径场即为传输线开口端场强。缝平面看作位于微带贴片两端的延伸面上，即将开口面向上折转90，而开口场强也随之折转。 L,/2,由上述两条基本假设可以看出，当时，两个缝隙上的切向电场均为m x方向，且等幅同相，等效为磁流。由于接地板的作用，相当于有两倍磁流向上半空间辐射，缝上等效磁流密度为: 式中:V-----传输线开口端电压，V 图2.1 由于缝已放平，在计算上半空间辐射场时，就可按照自由空间处理，这 正是该法的方便之处。 精品 图2.2 Y图2.2是按照传输线法建立的微带天线等效电路。图(a)为微带馈电方式，S Y为缝隙辐射导纳，为微带贴片特性导纳;图(b)为同轴馈电方式，探针从接地板0 穿孔引出(称为“底馈”)，该等效电路与图(a)的不同之处在于:(l)它在微带贴 Y片开口端馈电，激励源离始端距离。(2)探针本身要引入感抗，用表示。 XP1 利用上述等效电路可以求出缝隙的辐射导纳，然后利用传输线公式变换得到输入导纳。当变换后的阻抗为实数时，表明天线发生了谐振，即可求得天线的谐振频率。 对于图2.2(a)的微带馈电方式，输入导纳为: ,lB用等效伸长表示: ,式中:-----传输线的等效介电常数，F/m e YG,2谐振时，，在式中令总电纳等于零，即可得到: in 精品 由上式便可求出丸或谐振频率。 传输线法简明、物理直观性强。但仍由于一些缺陷使其应用范围受到很大限制。(1)传输线模型限制它只能用于矩形微带天线及微带振子。(2)除了谐振点外，输入阻抗(导纳)随频率变化的曲线不准确。(3)缝导纳计算不准确，它的电纳部分通常按准静法计算，所得到的等效伸长在高频条件下不够准确。 2.2格林函数法 众所周知，知道并矢格林函数，任意源分布的场可由重积分求出。Alexopoulos等人研究了印制在带地板的基片赫兹偶极子的并矢格林函数: 式中: 在一定假设下，贴片天线可认为是二维传输线。应用边界条件、麦克斯韦 JJ方程和连续性方程可求出电流密度分量和。但和矢量位法的情况一样，这XY 种方法在数学上的计算也很麻烦，不易于分析。 2.3腔体模型 腔体模型分析是在微带谐振腔分析的基础上发展而来的。实际上，谐振式微带天线的形状和微带谐振腔并无显著区别。分析微带谐振腔的一般方法是:规定腔体的边界条件，找出腔中的一个主模，从而计算出谐振频率、品质因数和输入阻抗等。把这种方法移植到微带天线中来，称为“单模理论”。但是这种简单的方法也如传输线法一样，在一些情况下难以得到满意的结果。作为此法的改进，发展了“多模理论”。它把腔内场用无限正交模表示，因而可以比较准确的代表 h,,腔内场。该理论假设微带天线，在贴片的内层区将微带贴片与接地板之间0 的空间看作四周是磁壁和上、下两面为电壁的腔体。天线中的场可假定为腔体的 精品 场，从而可求出辐射方向图、辐射功率和馈电点在任何位置的输入导纳。 腔体模型是对传输线法的发展，尤其是应用于计算介质厚度不超过介质波长的百分之几的微带天线。腔体模型分析法可用于多种形状的贴片天线的理论分析，得到比较满意的结果，计算也不很复杂，因而为工程界广泛采用。 2.4积分方程法 传输线法和腔体模型，都没有考虑场在贴片垂直方向上的变化，对于大多数“薄”微带天线来说，这种简化不致引入较大的误差，但是对于“厚”微带天线，即介质层厚度与波长可比拟时，这种简化就不准确了。此外，上述方法对微带贴片的形状有要求，不符合规定形状就得不到解。与之相比，积分方程法除了不受这些限制外，还有如下特性:(l)准确性:积分方程法可以给出阻抗和辐射特性最精确的结果。(2)完整性:积分方程法对大多数效应的分析是完整的，包括介质、导体损耗、空间波辐射、表面波效应和单元间的互祸现象等。(3)通用性:积分方程法可用于分析任意形状的微带天线单元和阵列，各种类型的馈电技术，多层几何图形。(4)计算复杂性:积分方程法需要极大的计算量。因此此法虽然发展较晚，仍以其严格性和灵活性得到了国内外众多研究者的关注。 积分方程法通常先求出在特定边界条件下单位点源所产生的场，即源函数或格林函数，然后应用叠加原理，求得源函数和源分布的乘积，最后在源所在区域进行积分而得出总场。因为源通常未知，因而要先利用边界条件得出源分布后的积分方程，在解出源分布后再由积分算式来求出场。积分方程法的解是严格的解析解，可以借助计算机进行大量复杂繁琐的推导。直接以数值的、程序的形式代替微分或积分方程等解析形式，通常以差分代替微分，用有限求和代替积分，从而将问题化为求解差分方程或代数方程，利用数值结果解决问题。目前此法己经发展成为电磁领域独立的一门新型学科--一计算电磁学。 三、微带天线宽频实现 3.1采用厚介质基片 从物理意义上讲，增大介质基片厚度，辐射电导随之增大，使辐射对应的品 QQ质因数及总的品质因数下降，进而使频带加宽。在一些空气动力性能及重rT 量不苛刻的场合，这种方法行之有效。 精品 3.2采用介电常数较小或有耗的介质基片 ,,当减小时，介质对场的“束缚”减小，易于辐射，且天线的贮能也因的rr Qtan,减小而变小，这样将辐射对应的下降，从而使频带变宽。的增加使介质r Q,损耗加大，下降，也使频带展宽。但的变小将使所需的基片尺寸加大，而dr tan,tan,的增加会使天线的效率降低，设计中应根据实际需要选用不同的的基片。 3.3附加阻抗匹配网络 工作于主模的矩形微带贴片天线，其等效电路可以用一个甩C并联谐振电路来描述。馈电探针的电感作用与上述并联谐振电路形成天线的输入阻抗，为了使这个阻抗与50Q的馈线在最大的频带范围内相匹配，需要进行网络综合。简单讲就是串联一个电容，使天线在工作频率上这个电容能与馈电探针等效电感大致构成串联谐振。串并联谐振电路在谐振频率附近的电抗趋于抵消，使之避免了偏离谐振时电抗的迅速变化，从而展宽了频带。 3.4采用楔形或阶梯形基片 采用楔形或阶梯形基片是展宽微带天线频带简单而有效的方法。这两种基片形状的变化导致频带展宽的物理原因是:两辐射端口处基片厚度不同的两个谐振器经阶梯电容祸合产生双回路现象，从而形成多点谐振。 3.5采用非线性基片材料 在各种典型的微带贴片天线中，其贴片的线性尺寸都与工作波长相比拟。频率低时对应的天线尺寸大，这就使得在饥王F波段的低端以一下采用微带天线十分困难。对于一定的贴片尺寸及介质性能，这些天线都呈现窄频特性，因此提出了用“铁氧体”作为基片材料。铁氧体的电磁特性可以显著地缩小天线尺寸，它具有非线性的色散特性，其有效磁导率随频率的升高而降低，使得在几个倍频程内用一个铁氧体可以得到接近理想的色散特性，即可以在不同频率上对应同一贴片尺寸，这不能不说是一种理想的展宽频带的方法。 四、微带天线的多频技术 目前移动终端手机天线的多频技术的研究热点就是三频或多频手机天线。从 精品 实现双频或多频段工作的贴片结构以及基片等物理结构上来分类，实现多频工作可采用单片或双片两种方式。 采用单贴片:(l)利用几种不同的自然模式(矩形贴片如模和模)。TMTM1001(2)通过加载或开槽的方法改变贴片各种自然模的场分布，进而使谐振频率受到干扰。这两种方法都可以实现双频或多频工作。 采用多贴片:(1)单层介质。利用谐振频率不同的贴片形成双谐振，或采用各个辐射单元构成多频点谐振。(2)利用多层重叠贴片结构形成多个谐振器，从而产生多频段工作特性;采用多层贴片重叠、各自馈电的贴片结构，形成双频段工作特性。 多贴片结构比较复杂，近来微带天线的发展方向是小型化，易集成。单贴片方法中，通过销钉加载或开槽改变贴片自然模场分布的方式，具有原理简单、易于实现的特点，应用极广。 实际设计的天线在实现多频的同时，一般都要综合采用其它技术来实现别的性能指标(如极化等)，但结构比较复杂。本文从实现双频的角度，介绍两种常见的多频天线的实现方法。 4.1开槽加载 通过在贴片表面加载细而小的裂缝来改变电流分布，从而改变天线谐振的自然模，实现双频的目的。不同的贴片形状、不同的槽的形状(L形，U形，十字形，T形等等)使得多频技术具有极大的发展空间。 如图4.1是一矩形微带天线结构图。主要参数如下(单位:mm):介质层相 ,ll，对介电常数:=2.65，高度h=1.6;方形贴片边长a=50;外围槽=103.4,，rmn ll，宽度=1;中间槽=103.4，宽度=0.5。 W，Wxy12 精品 图4.1 图4.2 在贴片上开了五个十字槽，其中外围的四个实现双频谐振，中间的十字槽用来实现圆极化，采取同轴馈电。图4.2给出谐振时的回波损耗，通过改变外围四个十字槽的长度，可以对频率和带宽进行调节。 4.2销钉加载 销钉加载也是比较常见的一种实现双频的方法。它占用面积小，实现方便，还能在一定程度上改善频带的宽度。 如图4.3是一结构比较简单的平面倒F天线。主要参数如下(单位:mm):辐射 ll，贴片LW=4825，高度h=10;细槽=120;短路壁宽度w=2;同轴探针及短路，，，xy 销钉位置分别为(，)=(-20，10.5)，(，)=(20，10.5);接地板8060。 XXY，Y1122 销钉和馈电圆柱对称分布，为了得到足够的频率衰减和拓宽频带，在天线的一边上加载了短路壁，并且在表面加载了一条细槽来降低谐振频率。如图6.4可见，由于销钉的作用，天线实现了双频工作。 图4.3 图4.4 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf , 精品 通过这次的报告，让我对微带天线有了清晰的了解。其具有体积小、重量轻、低剖面、可共形、易于加工、易与有源器件和电路集成为单一模块等诸多优点，其中的典型代表平面倒F天线(PIFA)又兼具结构紧凑、造型简单的特点，在手机内置天线领域获得了极为广泛的应用。我相信，随着微带天线的研究和探讨会继续深入，微带天线将会在无线通信领域焕发出耀眼的光彩。 参考文献, [1] I.J.鲍尔，P.布哈蒂亚著，梁联悼，寇廷耀译.《微带天线.第一版》.电子工业出版社 [2] 张钧，刘克诚，张贤铎，赫崇俊.《微带天线理论与工程.第一版》.国防工业出版社