小型矩形微带贴片天线的理论分析64115

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1、第28卷　第2期大连海事大学学报Vol.28,No.22002年5月JournalofDalianMaritimeUniversityMay,2002文章编号:100627736(2002)0220066203X小型矩形微带贴片天线的理论分析栾秀珍,谭克俊,邰佑诚(大连海事大学信息工程学院,辽宁大连　116026)摘要:用未加载微带天线的(0,0)模分析了含短路针的矩形微带贴片天线,推导了输入阻抗的计算公式,给出了计算结果.结果表明,利用该法可以很好地解释短路针加载贴片天线降低未加载微带天线最低工作频率的现象,为这种小型微带天

2、线的设计及应用奠定了理论基础.关键词:微带天线;输入阻抗;贴片;短路针中图分类号:TN828.6文献标识码:A参数———输入阻抗并没有进行详细讨论.本文利0　引　言用未加载贴片天线的(0,0)模推导了含短路针矩目前,在许多应用场合(如移动通信手机中)形微带贴片天线输入阻抗的计算公式,并给出了都需要体积小、重量轻的小型接收天线.微带贴片计算结果.结果表明其谐振特性与文献[4]中所给天线以其剖面低、重量轻的优点而成为人们的首结果基本吻合.选.但是,这种天线在较低频率应用时尺寸太大,1　理论分析不能满足实际要求,从而影响了微带贴片天

3、线在低频频段的应用.文献[1]首次提出了在微带贴片图1所示为含短路针矩形微带贴片天线的结天线中加入短路针的方法,该法可以降低未加载构示意图.其中,矩形贴片尺寸为a×b,短路针坐微带贴片天线的最低工作频率,从而使天线尺寸大大降低.目前该法已经成为减少微带贴片天线[2,3]尺寸的主要方法,并得到了广泛的应用.对于这种天线的理论分析目前主要有传输线模型法和基于腔模理论的格林函数法.在这些方法中,将短路针等效为电感,并与未加载贴片等效的LC谐振电路并联.然而这种方法并不能很好地解释加短路针使贴片天线谐振频率降低的现象.最近,文献[4]

4、提出了一种全新的分析方法.该法基于腔模理论,用未加载贴片天线中的(0,0)模分析含短路图1　含短路针矩形贴片天线针微带贴片天线.该法可以很好地解释微带贴片标为(x1,y1),同轴馈电探针坐标为(x2,y2),介天线加短路针后谐振频率降低的现象,但是文献质基片厚度为d,相对介电常数为εr.对于时谐[4]只给出了含短路针微带贴片天线谐振频率的场,腔体区域的波动方程为计算方法,而对于含短路针微带贴片天线的重要X收稿日期:20012112271作者简介:栾秀珍(19632),女,山东青岛人,副教授,主要从事微带天线的研究1第2期　　　

5、　　　　　栾秀珍,等:小型矩形微带贴片天线的理论分析　　　　　　　　　　672(-Δ-k)Ez(x,y)=jωμ0·jz(x,y)(1)其中,本征函数其中,k=ωμ0ε.由腔的上、下壁为电壁,腔的σnσmnπxmπyΨnm(x,y)=cos()cos()侧壁为磁壁的边界条件可以惟一地确定方程(1)abab的解,其解可用格林函数表示为1i=0σi=2　　其他E(x,y)=jωμ0dx′dy′G(xy,x′y′)·j(x′,y′)∫∫k2(nπ/a)2+(mπ/b)2nm=(2)　　假设短路针和同轴馈电探针都具有方形横2由算子(-

6、Δ-k)的本征函数Ψnm和本征值εnm2(i=1,2),则电流密度j(x,截面,且截面积为Δii22=knm-k可将G(xy,x′y′)写成y)可表示为Ψnm(xy)·Ψnm(x′y′)G(xy,x′y′)=∑22n,mknm-k(3)IiΔiΔiΔiΔi2x∈[xi-,xi+],y∈[yi-,yi+]ji(x,y)=Δi2222(4)0　　其他　　考虑到短路针与同轴馈电探针之间的耦合,　　将式(8)代入式(6),并与式(5)比较得可将该结构看成二端口网络.两端口上的电压、电Eij·d1jωμ0dZij==+∑22·流满足Ij

7、jωεab/dn,m≠0,0knm-k0=Z11·I1+Z12·I2σn·σm(5)·fnm(xi,yi,Δi)·abV2=Z21·I1+Z22·I2fnm(xj,yj,Δj)(9)　　短路针和同轴馈电探针上的平均电压Vi(i　　于是,由式(5)可得同轴探针处的输入阻抗=1,2)与平均电场Eij(i=1,2;j=1,2)之间满为足以下关系V2Z11·Z22-Z12·Z210=E11·d+E12·dZin==(10)(6)I2Z11V2=E21·d+E22·d　　由式(2)可得j针在i针区域产生的平均电2　计算结果场Eij(i=

8、1,2;j=1,2)为利用以上理论计算了贴片尺寸a×b=18.2ΔΔΔΔiijjx+2y+2x+2y+22iijj×19.6(mm)的含短路针矩形贴片天线的输入jωμ0Eij=Δ2∫dx∫dy∫dx′∫dy′·阻抗,结果如图2所示.由图可见,天线的谐振频iΔΔΔΔiijjx-