微带天线馈电方法 [搬运]
本文旨在介绍几种微带天线的常用馈电方法。绝大部分内容搬运自国外网站 https://www.antenna-theory.com/。英文够用的朋友可以直接移步。感谢网站创始人Peter Joseph Bevelacqua教授无私的分享。
1.边沿馈电
边沿馈电是微带天线最早的一种激励方法。下图给出了这种方法的示意图 。其中宽度为Wf的微带馈线与长L宽W的矩形贴片直接接触。
边馈技术具有其他的馈电技术不具有的几个优点。
1.因为馈电单元和贴片可以蚀刻在同一块板上,‚故一个主要优点是制造工艺简单。因此大多数平面阵都采用边馈技术。
2.这种方式很容易控制输入阻抗:当馈线和贴片的接触点位于贴片的辐射边时,谐振阻抗可以调谐为高达150-250Ω,而当接触点位于贴片的中心时下降为只有几个Ω。
2.嵌入馈电(Inset Feed)
之前所述的馈电方法通常在末端馈电。由于这通常会产生高输入阻抗,因此我们想要修改馈电位置。由于在半波微带线的两端电流很低,并且朝向中心的幅度增加,因此,如果馈入更靠近中心的位置,则可以减小输入阻抗(Z = V / I)。实现此目的的一种方法是使用插入馈电(距末端的距离R),如图1所示。
由于电流服从正弦分布,因此从端部移动距离R将使电流增加cos(pi * R / L)-仅注意波长为2 * L,因此相位差为2 * pi * R /(2 * L)= pi * R / L。
电压的幅度也减小了与电流增加相同的量。因此,使用Z = V / I,输入阻抗的缩放比例为:在上式中,Zin(0)是从末端馈电的输入阻抗。因此,通过这种方式向微带天线馈电可以降低输入阻抗。例如,如果R = L / 4,则cos(pi * R / L)= cos(pi / 4),使得[cos(pi / 4)] ^ 2 = 1/2。因此,一个1/8波长的插入(inset)将使输入阻抗降低50%。此方法可用于将输入阻抗调整为所需值。
3.使用1/4阻抗变换段
微带天线也可以通过使用特征阻抗为Z1的四分之一波长传输线与特征阻抗为Z0的传输线匹配,如图2所示。目的是使输入阻抗(Zin)与传输线(Z0)匹配。如果天线的阻抗为ZA,则从四分之一波长线的起点看的输入阻抗变为可以通过选择Z1来更改此输入阻抗Zin,以便Zin = Z0且天线阻抗匹配。可以通过更改四分之一波长带的宽度来更改参数Z1。微带线越宽,该线段的特性阻抗(Z0)越低。
4.探针馈电(同轴线馈电)
微带天线也可以通过探头从下方馈入,如图3所示。同轴电缆的外导体连接到接地层,中心导体延伸到微带天线。可以像之前一样更改馈电的位置(与上述插入式馈电相同),以控制输入阻抗。
同轴馈电会在馈电中引入电感。如果高度h较大(大到波长的相当一部分),则该部分影响需要被考虑。另外,探针也会辐射,这会导致辐射沿不希望的方向传播。
5.耦合馈电
可以更改上面的馈源,以使它们不直接接触天线。例如,可以对图3中的探头馈源进行修整,使其不会一直延伸到天线。还可以在贴片天线之前截断插入馈送,如图4所示。
耦合馈电的优点是它为设计增加了额外的自由度。间隙将电容引入到馈源中,可以抵消探针馈源所增加的电感。
6.口径馈电
微带天线馈电的另一种方法是口径馈电。在该技术中,馈电电路(传输线)被带有孔(孔径)的导电平面与天线隔开,来将能量传输到天线,如图5所示。
可以用较低的介电常数制造上基板,以产生松散结合的边缘场,从而产生更好的辐射。对于不会产生杂散辐射的紧密耦合场,下部衬底可以独立地用高介电常数材料制成。该方法的缺点是增加了制造难度。
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