微带天线分析

在微带天线的工程设计中，天线的性能参数(如方向图、方向性、效率、输入阻抗、极化和频带等。)要提前预估，这样会大大提高天线开发的质量和效率，降低开发成本。这项理论工作的发展带来了许多分析微带天线的方法，如传输线、腔模理论、格林函数法、积分方程法和矩量法。用上述方法计算了微带天线的方向图，结果是一致的，尤其是主波束。本部分将对一般的矩形微带天线进行分析和讨论，为具有特殊形状要求的微带天线奠定理论基础。利用传输线模式分析微带天线是一种早期且简单的方法，其精度可以满足一般工程设计的要求。将以传输线法图1所示的基本矩形微带天线单元为例，说明其工作原理和主要电气参数。

物理模型

传输线法的基本假设是(1)微带贴片和接地板构成一条通用的微带传输线来传输准TEM波。波的传输方向取决于馈电点。线段长度为1≈λg/2，λg为准TEM波的波长。场的透射方向是驻波分布，但在其垂直方向(图中宽度W方向)是恒定的。(2)传输线的两个开口端(a-a，b-b)相当于两个辐射槽，长为w，宽为h，槽的径向场就是传输线开口端的场强。缝隙平面作为微带两端的延伸平面，即开口面向上翻转90度，开口场强也随之翻转。

辐射原理分析

微带天线的一个维度远小于波长，所以天线截面很低(天线很薄)，有利于* * *外形设计，保证优良的气动特性。图1所示的长为L，宽为W2的矩形微带天线单元，可以看作是连接两个辐射缝隙的一般传输线。低特性阻抗的传输线是将微带馈线W1的宽度延长到W2形成的，其长度L为微带波长的一半，即λg/2。在低阻传输线两端形成两个缝隙(a-a，b-b)，在此处电场分解为两个分量，其中En垂直于接地板；另一个与接地板平行，记为E1”。因为L=λg/2，垂直分量同相，平行分量同相，所以在垂直于辐射源的方向上，水平分量的辐射分量最大，而垂直分量相互抵消。实验表明，电场的水平分量存在于辐射源的两端，每端向外延伸一个介质板厚度h。这样，可以近似地认为微带天线单元的辐射等于由两个长W2、宽h、间距l的缝隙组成的二元阵列的辐射

图2显示了其中一个裂纹的几何关系。

图2单裂纹的坐标关系

裂缝的平面平行于地平面，裂缝由水平电场Ey激励。Ey沿裂纹均匀分布(即沿X均匀分布)。裂纹的激励场Ey可以等效为沿x方向的磁流。磁流密度，其中是断裂面的法向单位矢量(沿z方向)。考虑到接地板的反射效应，由于裂缝宽度h

微带线的特性参数

特性阻抗；传播波长；传播常数

其中εe为等效相对介电常数，εr为介质板的介电常数。

空气微带天线的特性阻抗Z0