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1、第31卷 第1期大连海事大学学报Vol.31,No.12005年2月JournalofDalianMaritimeUniversityFeb.,2005文章编号:100627736(2005)0120088203X小型双层微带贴片天线的理论分析栾秀珍,房少军,徐天赐,孙 渝(大连海事大学信息工程学院,辽宁大连 116026)摘要:对小型双层微带贴片天线进行理论分析,指出已有文献中的错误,并对其进行了改进,给出了天线输入阻抗的计算公式.利用改进后的计算公式所得计算结果与实测结果相吻合.对天线输入阻抗和谐振频率随馈电位置的变化情况进行了研究.结果显示天线输入阻抗随馈电位置变化,而天线谐振频率
2、基本不随馈电位置变化.关键词:微带贴片天线;输入阻抗;传输线法;谐振频率;理论分析中图分类号:TN817文献标识码:A度为h2,贴片两端用短路片短路;下贴片长为L,0 引 言宽为W,介质基片也为泡沫,厚度为h1,贴片两端为了解决微带贴片天线在低频应用时尺寸过开路,中间开有宽为l1的长缝,通过该缝上、下两大的问题,国内外学者做了大量的研究工作,并取贴片之间进行耦合.[1～4]得了一些研究成果.最近,文献[5]提出了一种小型双层贴片天线结构,该贴片天线上层贴片两端短路,下层贴片两端开路,其尺寸比传统的1/2波长贴片天线的尺寸减小50%,带宽可达5%,且具有较低的交叉极化水平.文献[5]对这种
3、天线进行了理论研究和实验研究.然而,利用文献[5]所给公式进行计算并不能得到与实测结果相吻合的结果.为此,本文对文献[5]的理论分析进图1 天线结构示意图行了改进,并得到了较为满意的结果.另外,文献该天线利用同轴探针进行馈电,馈电位置在[5]没有研究天线输入阻抗和谐振频率随馈电位贴片宽边的中心线上,且与下贴片左端间距为a.置变化的情况,本文对此进行了研究,并给出了研1.2 理论分析究结果.图1所示天线结构可等效成图2所示电路模型.由传输线理论可知,上贴片部分可看成是两段1 天线结构和理论分析宽为W,长为l/2的终端短路传输线.在缝处,两1.1 天线结构段传输线所呈现的输入阻抗分别为ZS1
4、和ZS2,且小型双层微带贴片天线的结构如图1所示.ZS1=ZS2=jZ0tan(βl/2).对于下贴片,缝的右其中,上贴片宽为W,长为l,介质基片为泡沫,厚边可近似看成是一段长为L/2、宽为W的终端开X收稿日期:20042072051作者简介:栾秀珍(1963-),女,山东青岛人,副教授.©1995-2006TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.第1期 栾秀珍,等:小型双层微带贴片天线的理论分析 89探针向左看的输入阻抗为RS+jZ0tan(βa)ZL=Z0(3)Z0+jRStan(βa)
5、 在馈电探针处,ZR与ZL并联,再与馈电探针引入的等效感抗jXL串联.于是,天线的总输入阻抗为图2 天线的等效电路模型ZLZR路线.若考虑到实际贴片开路端的边缘场效应,则Zin=+jXL(4)ZL+ZR需将这段传输线等效成终端接负载电阻RS(贴片[7]式中XL由下式确定:开路端的等效辐射电阻)、长度为c′=L/2+Δl120πfh1c的传输线,其中,Δl是边缘场效应等效的长度,XL=ln()(5)[6]cπfdPγεrRS由下式给出:其中:c为真空中的光速;dP为探针直径;γ为尤90λ)2W<0.35λ(W拉常数;εr为介质基板的相对介电常数.1W1-1文献[5]在进行上述分析时,在式
6、(1)处没有RS=(λ-2)0.35λ≤W<2λ12060π考虑边缘场效应的影响,故导致计算所得天线的λ谐振频率发生了偏移.另外,在式(2)处,文献[5]120W2λ≤W对缝处阻抗只取了下贴片部分的等效输入阻抗 于是,在缝处下贴片右边的等效输入阻抗为Z1,而漏掉了上贴片在缝处的等效输入阻抗ZS1RS+jZ0tan(βc′)Z1=Z0(1)和ZS2,而且,在式(4)中,文献[5]认为ZR与ZLZ0+jRStan(βc′)串联,但由此所得结果与实测结果相差甚远.笔者在缝处,ZS1、ZS2和Z1三者串联,故缝处的总输入认为ZR与ZL并联,于是得式(4)所示的结果.阻抗为ZF=ZS1+ZS2+
7、Z1.对于下贴片,馈电探针右侧可看成一段长为b、宽为W的终端接负载2 理论计算结果阻抗ZF的传输线,故从馈电探针向右看的输入阻利用上述公式,本文对一具体天线进行了计抗为算,天线参数为W=20mm,L=20mm,l=16ZF+jZ0tan(βb)ZR=Z0(2)mm,l1=2mm,h1=h2=2mm.所得天线输入Z0+jZFtan(βb)阻抗随频率的变化曲线如图3所示.图中,实线为 馈电探针左边可看成一段长为a、宽为W、计算结果,“
