关键字 |
| 厚底物,L-probe饲料,孔径饲料,同轴饲料,邻近饲料,饲料 |
介绍 |
| 在过去的几十年里,许多努力一直致力于微条天线带宽扩大技术,包括使用阻抗匹配[2],多个谐振器[3],和一个厚底物[4],低带宽(但可以通过各种技术的提高)。带宽提高几个百分点的典型。与其他天线效率可能会低于。由导体和介质损失效率有限,距离地波损失。导体和介质损失成为薄基片更严重。距离地波损失成为更厚更严重的基质(除非使用空气或泡沫)。带宽通常指定为频率范围的电压驻波比小于2(对应于一个回波损耗为9.5 dB或反射功率11%)。有时对于严格的应用程序,指定的电压驻波比的要求是小于1.5(对应于一个返回14 dB或4%反射功率损失)。带宽是衡量: |
 (1) |
相关工作 |
| 接近喂养本身患有低耦合的水平和阻抗匹配的难度。30%左右的阻抗带宽通常实现如果适当的U-slot是减少补丁[6]。CMSA BW(圆形微带补丁)是在适当的位置增加了切槽内的补丁,这些槽切CMSAs优化基质厚度超过0.09λo,邻近喂养以及L-probe喂养已经使用(4、9、16)。在此基础上,提出了各种有效的方法(5 - 8)为了解决这个问题,包括使用探针补偿[5]的U-slot [6], L-probe饲料[7],使用T-probe饲料[8]。的方法使用一个Lshaped探针馈电矩形贴片还发现产生阻抗带宽的35% [7]。达到T-probe-fed矩形贴片天线的阻抗带宽40% [8]。所有的U-slot、L-probe T-probe贴片天线的单层single-patch类型;较小的体积,但更大的带宽比设计利用寄生贴片哄饲料,很少超过20%。最近,以上带宽增强系统指出了短路贴片天线理解大阻抗带宽(12 - 14)。阻抗带宽的30%是通过使用两个堆叠空补丁[12]。 However, the stacked geometry may augment the complexity of the antenna. This problem can be solved up to a fine extent by using a slot in the ground plane. The slot in the ground plane helps to couple more power to the patch [13]. The size of the slot can be used for impedance matching. And with this wider bandwidths can be achieved. It has been shown in [11] that impedance bandwidth as high as 21% can be accomplished. |
能量饲料的方法 |
| 能量耦合的机理,讨论了等效电路图和优缺点。喂养技术管理等许多问题有效转移辐射之间的权力结构、供给结构和阻抗匹配以及阻抗匹配阻抗弯曲,存根函数过渡,消除杂散辐射和表面波损耗。这种辐射可能会增加旁瓣和交叉极化辐射模式的振幅。最重要的因素是消除杂散辐射,影响辐射模式是用来评估饲料。一些饲料结构倾向于更好的性能,因为没有可用的参数。 |
| 答:缺点微条天线(BW /阻抗匹配): |
| 饲养技术是由许多因素,如高效运输辐射之间的权力结构、供给结构和阻抗匹配技术。贴片天线的主要限制是窄频带宽度的5%左右,特别是如果美联储调查或微带换行补丁设计使用。带宽限制可以超越不同于经典的设计。元素引入寄生贴片或切割槽有分歧表面电流分布,包括使用高介电常数衬底和覆盖层[9],[10],短路和短针[11],可以进一步获得更好的带宽。距离和光圈反馈耦合的非接触模式,电磁场耦合的微条线之间的传输功率和辐射贴片。雷竞技网页版在接近喂养,下面放置一个耦合带辐射贴片,通过电磁耦合连接片和地带,实现宽带响应。一电厚衬底贴片天线的同轴供应通常使用。然而,调查电感限制了其阻抗带宽小于10%。 |
| b .饲养技术 |
| 微条贴片天线可以通过各种方法(Ojha等,2011)这些方法可以分为两categories-contacting和非接触在联系方法,功率是美联储直接辐射贴片使用如微条线连接元素。雷竞技网页版在非接触方案中雷竞技网页版,电磁场耦合微条线之间传输功率和辐射贴片。使用最普遍的四种饲料技术是微条线,同轴探针(包括联系计划)。雷竞技网页版 |
| 责任同轴探针馈电 |
| 优点:简单,容易获得输入匹配,饲料可以放置在任何期望的位置在补丁缺点:很难获得输入匹配厚底物,由于探针电感,重要的探测器辐射厚的基板。 |
| 同轴提要或探针提要是一个非常通用技术使用的内导体同轴电缆连接器通过电介质和扩展辐射贴片焊接,外导体连接到地面。为厚衬底增大探针的长度使输入阻抗更归纳导致匹配的不便。激发的补丁的发生主要是通过耦合提要目前生理的Ez字段补丁模式。耦合常数可以获得: |
 (2) |
| L是补丁的谐振长度和xo的抵消馈电点的补丁边方程(13)表明,耦合是最大的饲料位于辐射贴片的边缘(xo = 0或L)。产生的阻抗可以由一个等效电路如图1所示。电容器有限公司是由并联电路和电感探针Lo和电感的补丁Lp。 |
| B.2微条线边缘 |
| 优点:简单,允许平面喂养,容易获得输入匹配。缺点:重大辐射线厚底物,深级距,模式可能显示失真。它是由T形状电路电容器有限公司和地带和电感的电感Lo补丁Lp。但是所使用的介质衬底厚度的增加也使得表面波和伪饲料辐射也会增加,这妨碍了天线的带宽2 - 5%。该提要辐射也会导致不受欢迎的交叉极化辐射。耦合公式类似同轴探针馈电。edge-coupled微地带饲料可以模仿通过宽度或阻抗结的一步。图1所示的等效电路。 |
| B.3孔径耦合的饲料 |
| 优点:饲料辐射隔离片辐射和优越的带宽,因为探测器电感问题限制是根除和双共振可以生产,使用不同的基质来优化天线和供电电路性能,允许平面喂养, |
| 缺点:需要多层加工和对齐输入匹配是很重要的。 |
| 在这种类型的饲料技术辐射贴片和微观地带饲料线分离的地平面杂散辐射最小,如图3所示。补丁和饲料线之间的耦合是通过槽或孔在变化的地平面上的大小即长度和宽度不同孔径耦合。更好地优化结果更宽的带宽和回波损耗耦合孔径通常集中在补丁导致低交叉极化均匀度的配置。此外,孔径耦合喂养允许独立的天线和饲料优化网络通过使用基板不同厚度和介电常数。耦合槽几乎是集中对磁场的补丁的补丁是最大的。这样做是故意提高磁耦合磁场之间的补丁和等效磁流槽附近。 |
| B.4邻近几个饲料(电磁耦合方案) |
| 优点:允许平面喂养,更少的辐射线相比,微条饲料。 |
| 缺点:需要多层制造,对齐输入匹配是很重要的。 |
| 两介质基板使用的给水管路内部的两个基板和散热片的顶部更高的衬底和给水管路补丁下结束。它也被称为电磁耦合微条线.Coupling补丁和微地带之间的电容行为在本质上,该提要的等效电路图如图2所示。耦合电容器Cc与平行R-L-C串联谐振电路代表补丁。这种耦合是匹配阻抗的要求和调优的带宽。微的开口端带喂给存根,存根参数帮助受伤的带宽。通过使用这种喂养技术达到13%的额外的带宽。有效使用两层,因为它增加的带宽,降低杂散辐射,但很难形成正确对齐的补丁。优点是减少线表面比其他饲料和漏波辐射。 |
| 因此一个可以选择的饲养技术,微条贴片天线是一个至关重要的决定,因为它会影响带宽、反射系数、电压驻波比,补丁的大小和史密斯圆图。得出的参数是:微条贴片天线兴奋通过不同的励磁技术让不同的频带宽度,不同的增益和效率等同轴喂养技术给出了最小带宽,我们也可以得出这样的结论:通过改变饲料点匹配是完美的。可以实现高回波损耗在共振频率。 |
| 最大带宽可以通过孔径耦合。邻近耦合提供了最佳阻抗匹配和辐射效率。新微条贴片天线结合不同饲料技术存在的各种参数,如回波损耗,史密斯圆图、电压驻波比。优化维度的性能特性进行了分析并提出了天线工作在所需的(2.25 - -4.15)GHz频段。 |
| c .距离和插图饲料结构在文学 |
| 在接近喂养,下面放置一个耦合带散热片和通过补丁之间的电磁耦合和地带,实现宽带响应。proximity-coupled补丁的一个关键属性是它在本质上是电容耦合机制。这是在直接接触方法相比,主要归纳。雷竞技网页版耦合的差异显著影响获得阻抗频带宽度,因为边缘的电感耦合和probe-fed几何限制了可用的材料的厚度。因此,带宽的间接耦合的补丁天生就比直接接触饲料补丁。雷竞技网页版旁边的卖空饲料形成一个输电线路与它并添加一个电容组件的输入阻抗抵消补丁和饲料电感。做空是远离了饲料,电容减少和做空成为感应组件,因为它是在四分之一波长的补丁。L-probe喂养更广泛的带宽(BW)意识到由于电磁耦合连接水平截面L-probe地带和补丁的模式。也在L-probe喂理解BW还取决于垂直条长度的比率水平长度给定补丁衬底厚度 |
| 可以介绍插图削减在连接点改善阻抗匹配。inset-fed微带天线的阻抗控制提供一种方法平面提要配置[1 - 2]。实验和数值结果表明,inset-fed补丁的输入阻抗变化作为Cos4规范化嵌入深度的函数d发现Cos2转移函数适用于inset-fed补丁[4 - 5]。移位的余弦平方函数的参数依赖于切口宽度对于一个给定的补丁和衬底几何。分析表明,插图扰乱输电线路或空腔模型和增加阻抗随着距离的变化而同轴探针饲料贴片谐振长度和饲料x从中心位置 |
 (3) |
| 是一个近似解,因为x = 0时,阻力仍然有限的[7]。定位的饲料使用弧度角测量方程: |
 (4) |
| 插图提要介绍物理等级,进而引入了一个结电容。物理切口和其相应的结电容影响谐振频率。随着插图馈电点的边缘向中心贴片谐振输入阻抗降低单调和中心达到零。当插图馈电点的值接近中心的补丁,cos2(πA / L)方程阻抗变化非常迅速;因此,输入电阻还与馈电点的位置变化很快。厚底物的边缘饲料方法供料管线造成的杂散辐射。这不仅影响带宽,而且指南的交叉极化辐射。喂养匹配边饲料技术是具有挑战性的。 |
提出想法和设计 |
| 答:原型天线研讨: |
| 摘要微地带扩展厚衬底上天线的实现通过使用L-probe非接触式饲养技术与圆形贴片(CMSA) [14]。雷竞技网页版微的非接触式喂养雷竞技网页版技术带天线,即接近饲料与L-probe饲料中最简单的方法来实现厚基板的性能提出了在带宽和辐射模式的规定。这些技术来增加带宽包括引入多个共振结构[3]。这可能获得叠补丁的形式,共面寄生补丁或补丁,有新颖的形状如矩形形状的槽贴片天线。使用特殊的饲料网络或喂养技术[4]回馈自然阻抗变化的补丁是另一种方法。蚀刻槽的补丁是一个简单的设计。这个设计避免了使用堆叠或共面寄生贴片,其中提高厚度或横向尺寸的天线。因此,尽管改变微片贴片上的电流分布,通过提高阻抗带宽有时不止一个共振频率获得[5]。圆形微条贴片天线的衬底(εr = 1.1), (h = 1.1厘米)和共振频率(fr = 3.58 GHz)提供几乎相同的方向性(8分贝)和效率(96%)[14]。圆片及其等效矩形贴片图1所示。 For the equivalent rectangular patch of width W = 2A, the length L = (πA/2) is obtained by with the invariance of electrostatic energy under both the rectangular and circular patches [10]. |
| 天线设计和几何 |
| 本文两个槽微条天线设计实现上述事实实现宽的带宽。图1显示了几何插图饲料微条贴片天线有两个插槽。天线是泡沫塑料衬底上制作的相对介电常数(r) 1.1和厚度11毫米。L-strip水平长度的一部分,李在补丁保持小于四分之一波长(李<λ0 / 4)提供了一种抑制电感电容引进垂直L-strip的一部分。垂直部分L-strip = h2是电阻RS和电感LS系列安排。串联电阻RS出现由于有限使用的铜的导电性。整个结构L-strip充当一个系列的LC共振元素相连的串联与并联RLC谐振元件。上面的公式计算约束条件给出了[18]。 |
| 的贴片天线由一块金属的滞留介质衬底的厚度h .衬底厚度大于0.04到0.05λ0,天线BW由提要探针电感限制,因为相同的输入阻抗轨迹无法优化内部的电压驻波比(5、12)= 2圈。通过衬底厚度超过0.05λ0,天线BW是使用不同的饲养技术,增加了L-probe饲料和邻近提要,BW CMSA也增加了切槽在适当的位置在补丁和优化这些槽切MSAs衬底的厚度0.06到0.08λ0 [4 - 6]。贴片的边缘行为大约与完美的电导体空腔顶部和底部表面,和一个完美的“磁导体”。天线激动时在一定的共振频率,一个强大的电场产生表面的补丁,基本上是z z坐标的定向和独立。每个模式辐射,但它需要更多的能量存储模式扩大数量。补丁腔模式所描述的双指数(n, p)。TE模式的中断频率的圆波导的共振频率 |
 (5) |
| X 'np是贝塞尔函数的导数的零约(X) n, TE-mode圆波导的是正确的。Aeff这个词是一种有效半径的补丁 |
 (6) |
| 其中一个是物理半径和H衬底厚度。使用有效半径给出了共振频率在2.5%。我们结合方程如上写在确定半径给一个特定的共振频率: |
 (7) |
| TM01模式(X ' 01 = 3.83171)产生一个monopole-type模式从一个齐次边边缘。的辐射线与饲料放置确定线性极化的方向。非均匀辐射沿其边缘阻抗比广场补丁提供了更大的优势。经验表明,50Ω馈点位于中心大约三分之一的半径。 |
| 据说这里基地CMSA循环结构(半径= 17毫米)没有任何槽和槽1一条线槽显示饲料和一个可选的位置显示在轴向长度的Pn距离从第一个槽(x4) 17日。作为可选的位置,因为它是在文学用于类似的维度。无论插图术语使用著名的微观结构是由于带换行的嵌入方法。插图提要是唯一的命名是由于几何对称的观点如果从顶部(对z方向)。图5显示了几何插图饲料微条天线有两个插槽的补丁。补丁使用50欧姆激励电磁微条给水管路。 |
结果与讨论 |
| 补丁是接近美联储的l型微条线,它是TM11-mode兴奋和有中心操作频率,3.58 GHz。天线的反射系数显示天线端口是如何匹配的源。良好的反射系数、电压驻波比本身并不是衡量一个好的天线,因为它并不告诉如何好辐射是发生在所需的方向和条件。 |
| 反射系数的结果变异和SWR由于不同的修正案的贴片天线图3和图4所示。S11的价值了(3.22 - -3.68 GHz阻抗BW) 13% CMSA,这是实现2.80 - -3.90 GHz(32.8%)通过槽给水管路和2.90 -3.75 GHz(28.7%)由于可选槽2和观察到当两槽测量阻抗带宽变得(S11 < -10分贝2.25 - 4.15 GHz),这是一个改善CMSA阻抗BW的59%。 |
| 测量SWR < 2频率范围2.22 - -4.18 GHz,对应于60.2%的阻抗带宽已经通过两槽结构。发现匹配源(1 < SWR < 1.5 2.75 -3.85 GHz,近34%)。 |
| 史密斯圆图设计复杂的反射系数平面上二维和归一化阻抗用于扩展问题涉及任何特性阻抗和系统阻抗,而到目前为止,最常用的是50欧姆。该天线设计提供更好的插图所示的天线阻抗匹配带宽系数绘制在50Ω频率范围的研究。由这个可以推断,天线是完全匹配和功率损耗最小。 |
| L-feed水平长度包含以下补丁介绍了电感电容抑制一些开始的垂直进给长度由于厚衬底,而另一个共振的共振附近可以创建补丁天线。输入阻抗的测量和计算结果如图6所示。这里的共轭匹配因素显示了不同的结构在线性范围内,什么%的活性成分是合理的(1 = 100%)。 |
| 探索辐射效率。天线的辐射效率被定义为功率辐射比权力给天线在天线端口没有回波损耗。然而,天线效率表示辐射功率比实际的电力提供给天线在港口(包括回波损耗)。基于上述模拟测量的辐射模式,更好为圆形类似的结果在文学微条天线[14]。 |
| 务实的仿真结果,通过增加di-electric常数BW进一步改善,但它会导致薄衬底材料,扰乱L饲料垂直维度的长度和形成的电感和串联电阻。可以看出,当薄介质用于高介电常数它减少了贴片天线的辐射效率,提高辐射进一步补充说在侧向总辐射可以被其他属性。总天线效率和辐射效率图7所示。天线效率仍然高于80%的整个范围。辐射效率仍然等于CMSA基地和CMSA与槽即等于85 - 98%的整个范围。 |
结论 |
| 在这个工作我们研究不同饲料的特性和等效电路结构,可用于贴片天线连接到它的源头。结果,输入阻抗图在图3.2显示所需的辐射频率、足够的电抗取消只能发生在一个狭窄的带宽。此外,需要将谐振电阻与饲料线的特性阻抗。可以调到一个小天线产生共鸣的一个适当的电抗,或者它可以使self-resonate这样电抗取消在天线共振发生的自然结构。自添加外部电抗为此增加了功率损耗也需要额外的空间,按照第二个是明智的选择。边缘场模式可能是信道化电磁耦合,这是由不同介电常数较低的层。使用泡沫层厚度11毫米支持衬底,在原始CMSA增强35%(总= 59%)为电阻抗带宽实现磁耦合的triple-layered双切口修补。因此对于许多应用程序,这个几何不需要必要的元素和薄的介电常数衬底寄生支持他们。 |
表乍一看 |
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| 表1 |
表2 |
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数据乍一看 |
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| 图1 |
图2 |
图3 |
图4 |
图5 |
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| 图6 |
图7 |
图8 |
图9 |
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引用 |
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