MoM全波分析微带线馈电的缝隙天线
微带线-槽线馈电缝隙等角螺旋天线设计
微带线-槽线馈电缝隙等角螺旋天线设计方庆园;金铭;宋立众;韩勇;乔晓林【摘要】被动雷达导引头为探测与跟踪目标可采用宽带等角螺旋天线，针对降低等角螺旋天线剖面，该文提出一种低剖面背腔式微带线-槽线馈电缝隙等角螺旋天线。
微带线-槽线巴伦(Balun)中渐变微带线将同轴线激励的不平衡电场最终转化为槽线处平衡电场。
实测结果表明，该缝隙等角螺旋天线实现了1：9的电压驻波比(VSWR)带宽，良好的辐射方向图与圆极化特性。
在天线背面加入高度仅有0.05L (L为最低工作频率所对应自由空间中波长)的反射腔，腔内放置矩形环状吸波材料，有效拓展了天线低频段带宽。
测试结果表明带有反射腔的缝隙等角螺旋天线实现了1：6.4的电压驻波比带宽，天线增益大于4 dB，良好的圆极化与方向图特性。
平面化、一体化的馈电方式与低剖面反射腔有效降低了缝隙等角螺旋天线剖面，测试结果验证了该文所提出的微带线-槽线巴伦馈电缝隙等角螺旋天线设计方法的有效性。
%Wideband equiangular spiral antennas are typically applied to detection and tracing of passive radar seeker. In order to reduce the height of the equiangular spiral antenna, a low-profile slot equiangular spiral antenna fed by a microstrip to slotline and backed by a cavity is proposed. This microstrip to slotline Balun (unbalance to balance) transforms unbalanced electrical distribution produced by coaxial line into balanced electrical distribution to feed the slot equiangular spiral antenna. Measure results indicate that a wide band (1:9) of Voltage Standing Wave Ratio (VSWR), good radiation pattern and circular polarization are realized. The height of back cavity for a unidirectional radiation is 0.05L (L is the wavelength of lowest operation frequency). Lower working frequency bandis expanded by filling the back cavity with a ring-shaped rectangular absorber. Measured results show that a frequency band of 1:6.4 (voltage standing wave ratio VSWR below 2), better than 4 dB antenna gain, good circular polarization and radiation pattern are achieved. Planar feed structure and shallow cavity contribute to a low-profile slot equiangular antenna. Measured results verify the effectiveness of the microstrip to slotline Balun used to feed the slot equiangular slot antenna.【期刊名称】《电子与信息学报》【年(卷),期】2014(000)001【总页数】6页(P228-233)【关键词】宽带天线;被动雷达导引头;缝隙等角螺旋天线;微带线-槽线巴伦【作者】方庆园;金铭;宋立众;韩勇;乔晓林【作者单位】哈尔滨工业大学电子与信息工程学院哈尔滨 150001;哈尔滨工业大学威海威海 264209;哈尔滨工业大学威海威海 264209;哈尔滨工业大学威海威海 264209;哈尔滨工业大学威海威海 264209【正文语种】中文【中图分类】TN82被动雷达导引头为探测与跟踪目标一般采用宽带天线。
微带缝隙天线原理
微带缝隙天线原理微带缝隙天线是一种常见的天线结构，常用于微波通信和无线通信系统中。
它是一种紧凑、低剖面的天线设计，具有优异的性能和灵活的安装方式。
本文将从原理、结构和应用三个方面介绍微带缝隙天线。
一、原理微带缝隙天线的原理基于微带线的共振效应和辐射效应。
它由一块导电衬底、一层介质材料和一条导电缝隙构成。
当微带线处于共振状态时，导电缝隙处会产生电流分布，进而产生电磁波辐射。
微带缝隙天线的工作频率取决于导电缝隙的长度和宽度，并且可以通过调整这些参数来满足不同频段的通信需求。
二、结构微带缝隙天线的结构相对简单，一般由导电衬底、介质材料和导电缝隙组成。
导电衬底一般采用金属材料，如铜或铝，用于提供天线的支撑和导电功能。
介质材料一般采用绝缘材料，如FR4或聚酰亚胺，用于隔离导电衬底和导电缝隙，并提供电磁场的传输介质。
导电缝隙是微带缝隙天线的关键部分，它的长度和宽度直接影响天线的工作频率和辐射特性。
三、应用微带缝隙天线广泛应用于无线通信系统中，包括手机、无线局域网、卫星通信等。
由于微带缝隙天线具有紧凑、低剖面的特点，适合于集成在小型设备中。
此外，它的工作频率范围广泛，可以满足不同频段的通信需求。
另外，微带缝隙天线还具有较好的辐射特性和阻抗匹配能力，能够提供稳定的信号传输和接收性能。
总结微带缝隙天线是一种紧凑、低剖面的天线设计，具有优异的性能和灵活的安装方式。
它的原理基于微带线的共振效应和辐射效应，结构简单，由导电衬底、介质材料和导电缝隙组成。
微带缝隙天线广泛应用于无线通信系统中，适用于手机、无线局域网、卫星通信等领域。
通过调整导电缝隙的参数，可以实现不同频段的通信需求。
微带缝隙天线的应用将进一步推动无线通信技术的发展，为人们的通信需求提供更好的解决方案。
微带缝隙天线原理
微带缝隙天线原理微带缝隙天线是一种常见的天线结构，它利用微带线和缝隙的特性来实现辐射和接收电磁波的功能。
本文将介绍微带缝隙天线的原理以及其在通信领域中的应用。
一、微带缝隙天线的原理微带缝隙天线是一种基于微带线的射频天线，其结构主要由导体片、介质基板和接地板组成。
其中，导体片通过缝隙与接地板相连，形成一个闭合的电路环路。
当外界电磁波作用于导体片上时，导体片会受到激励并产生电流，从而实现电磁波的辐射和接收。
微带缝隙天线的工作原理可以用谐振模式来解释。
当微带缝隙天线处于谐振状态时，导体片上的电流会以特定的频率进行振荡。
这种谐振频率取决于导体片的几何形状、尺寸以及基板的电特性。
通过调整这些参数，可以使微带缝隙天线在特定的频段内表现出较好的工作性能。
二、微带缝隙天线的应用微带缝隙天线由于其简单的结构和良好的性能，在通信领域中得到了广泛的应用。
以下是几个常见的应用场景：1. 无线通信：微带缝隙天线可以用于手机、无线局域网、蓝牙等无线通信设备中，实现信号的传输和接收。
2. 卫星通信：微带缝隙天线可以用于卫星通信系统中，提供稳定的信号传输和接收能力。
3. 雷达系统：微带缝隙天线可以用于雷达系统中，实现目标的探测和跟踪功能。
4. 航空航天：微带缝隙天线可以用于航空航天领域，实现飞机和卫星的通信需求。
5. 军事通信：微带缝隙天线可以用于军事通信系统中，提供安全可靠的通信保障。
三、微带缝隙天线的优势与传统的天线相比，微带缝隙天线具有以下优势：1. 尺寸小巧：微带缝隙天线采用微带线作为辐射元件，具有尺寸小巧的特点，适用于对天线体积有限的场景。
2. 制作简单：微带缝隙天线的制作工艺相对简单，成本低廉，适合大规模生产。
3. 宽带性能：微带缝隙天线在一定频段内具有较好的工作性能，能够实现宽带通信需求。
4. 方向性辐射：微带缝隙天线具有一定的方向性辐射特性，可以实现特定方向的信号传输和接收。
微带缝隙天线是一种基于微带线的射频天线，利用导体片和缝隙的特性实现电磁波的辐射和接收。
分析微带馈电微带缝隙天线
i,
j,k )
(1)
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) (2) Eny+1/
2(i,
j,k
)
= εi,j−1,k εi ,j,k
Eny+1/ 2
i, j−1,k
− ∆y εi,l,k Enx+1/ 2 i, j,k ∆x
− εi−1, j,k Enx+1/ 2 i −1, j,k εi, j,k
R and X
10 8 6 4 2 0 -2 -4 2.0
R X
2.5
3.0
3.5
4.0
Frequency(GHz)
0.0000
120
-0.0001
-0.0002
-0.0003
150
-0.0004
-0.0005
-0.0006
-0.0007 180
-0.0007
-0.0006
-0.0005
-0.0004
n zf
−
E
(n zf
−i
) / nf
+
v2 ( i∆t f δ2
)2
D
n f
i ∈ (1, n f )
6
将式 5 离散差分 可得
Dn
(
i,
j,
k
)
=
Ezn
(
i
+
1,
j,k
)
+
Ezn
(
i
−1,
j,k
)
+
Ezn
(
i,
j
+
1, k
)
+
E
n z
缝隙天线和微带天线教育课件
(a)
(b)
(a)圆突—矩形波导缝隙天线； (b)扇面波导缝隙天线
其主要的研究热点为精确地计算相应缝隙的等效阻抗。
5.2 微带天线(Microstrip Antennas)
沿每条b边的磁流都由反对称的两部分构成， 它们在H面（yz平面）上各处的辐射相互抵消； 而两条b边的磁流又彼此呈反对称分布，因而 在E面（xz平面）上各处，它们的场也都相消， 在其它平面上这些磁流的辐射不会完全相消， 但与沿两条a边的辐射相比，都相当弱。
微带天线工作原理—辐射机理
矩形微带天线的辐射主要由沿两条a边的 缝隙产生，该二边称为辐射边。由于接 地板的存在，天线主要向上半空间辐射。 对上半空间而言，接地板的效应近似等 效于引入磁流 M s 的正镜像。由于 h<<0 ， 因此它只相当于将 M s 加倍，辐射图形基 本不变。
g/2
图示的波导宽壁上的匹配偏斜缝隙天线阵，适当地调整缝隙对中线的偏移x1和 斜角δ，可使得缝隙所等效的归一化输入电导为1，其电纳部分由缝隙中心附近 的电抗振子补偿，各缝隙可以得到同相，最大辐射方向与宽壁垂直。
带宽
匹配偏斜缝隙天线阵能在较宽的频带内与 波导有较好的匹配，带宽主要受增益改变的 限制，通常是5%~10%。其缺点是调配元件 使波方导向图功率容量降低。
缝隙两端间有一辐射电导Gs，利用级数 展开式表示，略去高阶项后可得近似结 果如下：
1
90
a 0
2
G
s
1
120
a 0
1 60
2
1 a 120 0
MoM快速全波分析微带天线阵
2 j K zm
( 7)
式中 A 是某个常数 。 则利用 DCIM 复镜像求解空域格林函数可以 分为如下几步 : 1) 当源点和场点在同一层时 ,提取直接项 Fpr ;
2) 提取准静态项 Fst , 这使得 kρ 足够大时 , 剩余
克服了数值积分的这
一缺点 。原始的 DCIM 首先提取谱域格林函数的 准静态项和表面波项 , 然后对剩余部分采用复指数 近似 ,最后利用 So mmerfeld 恒等式就可以得到空
A ( r) =
i
( 1)
为了找出所有的极点 , 需要将复平面采用均匀 网格剖分 ,然后将这些网格点的值作为该两步算法 的初值进行搜索 。搜索出的新极点需要与已有极点 比较 ,以判断是否真的是新极点 。 采用两步算法的原因是 Newto n2Rap hso n 算法 要求初值就在根的附近 。因此 , 为了求解出所有的 根 ,直接采用 Newto n2Rap hso n 算法 ,必须要求精细 网格 ,从而搜索效率很低 。另一方面 , Powell 算法 虽然 对 初 值 不 敏 感 , 但 所 能 达 到 的 精 度 又 不 如 Newto n2Rap hso n 算法高 。因此 , 采用两步搜索算 法正好利用了二者的优点 。 求解出所有极点以后 , 就可以对围绕每个极点 的小圆周或者矩形分别进行围线积分 , 然后利用留 数定理求解出每个极点的留数 。然而直接积分是无 效的 ,这是因为大多数自动的数值积分需要精练采 样点 ,使得支割线在精练过程中被频繁和不规则的 交叉 。为了克服这个难点 ,可以执行替代支割线 ,在 程序中 ,简单定义 γ i :
2 2 γ ρ) = ±j SQ R T ( k i - k ρ) i (k
<( r)
快速PO-MoM技术分析电大载体线天线宽带特性
快速PO-MoM技术分析电大载体线天线宽带特性王文博;徐金平;牛臻弋【期刊名称】《微波学报》【年(卷),期】2007(23)1【摘要】PO-MoM混合方法是研究电大尺寸载体上天线特性的有效方法。
在应用PO-MoM分析复杂载体上天线宽频带电磁辐射问题时,由于需要在间隔很小的多个频率点进行填充阻抗矩阵的运算,计算过程耗时多,效率低。
本文采用阻抗插值技术,通过构造有理插值函数来快速计算PO-MoM中的阻抗矩阵,并在迭代求解方程过程中采用了一种近场预条件技术,节省了计算时间,提高了计算效率。
采用上述快速技术计算了垂直安装于平板的单极子天线和星载螺旋天线的宽带特性,并探讨了阻抗矩阵插值技术实现过程中一些参数的选取的问题。
数值结果表明,结合阻抗插值矩阵插值技术并使用预条件技术的PO-MoM可以快速有效地分析大型复杂载体上天线的宽频带特性。
【总页数】5页(P1-5)【关键词】PO-矩量法;阻抗矩阵插值;宽频带;预条件【作者】王文博;徐金平;牛臻弋【作者单位】东南大学毫米波国家重点实验室【正文语种】中文【中图分类】TN822.8【相关文献】1.电大尺寸导体附近线天线的辐射方向图快速计算 [J], 项铁铭;梁昌洪2.电大尺寸载体天线间宽带干扰耦合快速分析 [J], 袁军;邱扬;刘其中;郭景丽;谢拥军3.利用FEKO仿真分析复杂载体对线天线阵辐射特性的影响 [J], 孟雪松;陈爱新;王亚洲;刘天舒;苏东林4.多根细线天线对超宽带信号的瞬态响应特性 [J], 于哲峰;周乐柱;王湃;班永灵5.PO-MoM结合近场预条件技术分析复杂载体上线天线辐射特性 [J], 牛臻弋;王文博;徐金平因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
一种波导缝隙馈电的圆极化微带天线
一种波导缝隙馈电的圆极化微带天线杨国伟张厚王剑（空军工程大学导弹学院，陕西三原，713800）摘要：本文设计了一种利用波导缝隙对微带天线直接激励的馈电结构，结合十字缝隙耦合实现了微带天线的圆极化。
该结构与传统结构相比具有结构简单、制造方便的特点。
由于是波导直接激励，避免了传统微带阵列天线由馈电网络引起的衰减。
并且，由于波导本身的宽频带特性，消除了由于馈电网络引起的天线带宽窄的现象。
关键词：波导微带天线圆极化中图分类号：TN823The Circle-polarized Microstrip Antenna feeding with WaveguideSlotYANG Guo-wei , ZHANG Hou, WANG Jian(The missile institute, air force engineering university, Sanyuan, Shanxi 713800, China) Abstract:A microstrip-antenna feeding structure used waveguide slot is designed in this article, and the cross aperture coupling is used to realize the circle-polarized. This feeding structure is simpleness、convenience compared to the traditional structure. The antenna is feed by the waveguide directly and the loss begot by the feeding network which is used by traditional antenna array is reduced, and the narrowband characteristic of feeding network is avoided because of the waveguide broadband characteristic.Key words:Waveguide Microstrip-antenna Circle-polarized1 引言随着通信技术的飞速发展，对天线的要求也越来越高。
一种新型小型化微带天线的全波分析
一种新型小型化微带天线的全波分析
崔俊海;钟顺时
【期刊名称】《电子学报》
【年(卷),期】2001(029)006
【摘要】本文介绍了一种新颖的小型化微带天线.利用在贴片上面开一个C型缝隙，使得谐振频率明显降低，尺寸仅是传统的半波长微带天线的33%，阻抗带宽略有
增加，并且加工相对简单.利用时域有限差分法（FDTD）对这种天线进行了较为全面的理论分析，给出了输入端反射损耗特性和辐射特性.同时给出了矩量法（MoM）分析结果和测量结果，具有较好的一致性.此种天线可应用于对天线尺寸有严格限
制的场合.
【总页数】3页(P785-787)
【作者】崔俊海;钟顺时
【作者单位】上海大学通信工程系,;上海大学通信工程系,
【正文语种】中文
【中图分类】TN822.4
【相关文献】
1.一种小型化微带天线的分析与设计 [J], 翟助群;赵晶;董向华;陈勇
2.一种新型的小型化微带天线的分析与设计 [J], 龙小专;潘锦;聂在平
3.一种新型的小型化微带天线的分析与设计 [J], 刘丹;史小卫;尹应增
4.小型化蝶形微带天线的全波分析 [J], 张需溥;钟顺时
5.一种新型小型化三频微带天线的设计 [J], 牛雪彬;梁建刚;吴国成;林永范;吴瑞
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13-缝隙天线与微带天线 天线原理
South China University of Technology
电磁场等效原理
考虑下图a所示的原问题。如果把v1中的场变为Eb、
South China University of Technology
Love场等效原理
令等效问题v1中的场为零场，则S面上的等效面流为
Js nˆ H a，Ms nˆ E a
情况1：设v1中媒质分布与v2中相同，则等效问题
就是自由空间中源辐射问题。 情况2：设v1中填充理想导体。因为理想导体表面
r
2M 2nˆ E
缝隙天线
等效磁流
对偶的导体 对称振子
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
电磁场巴比涅原理
South China University of Technology
J M /
M J E H
波阻抗
H E /
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
于是，互补关系为
Ete
H
e t
H 1
d t
Etd
Ei Hi
South China University of Technology
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#- 和 ;# 分别为电流源和电荷产生电矢位和电标位格林函数 ! #YZ 为电流源产生磁矢位格林函数 , 式中 ; ;
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#- $ #( $ #YZ 和 ; #[A 的谱域具体表 达式 参见文 献 % 有关式中格林函数和 ; $ 其空域格林函数采用 ;# $ ; ;#3 $ ; % "&
离散复镜像 ! 求解 , S M T A" ! " %!& ’ ( ) 求解空域格林函数 空域格林函数有着 4 空域格 林 函 数 的 计 算 是 A < A 在 空 域 分 析 微 带 结 构 的 关 键, < OO 7 D = 7 H @ 积分的形 式$ 具有高振荡 ) 收敛慢的特点 $ 因此数值积分非 常 耗 时 , 对于平面多层 S M T A 克 服 了 数 值 积 分 的 这 一 缺 点,
B > ! 式中 $ 表示激励电场 & $! $ 3 表示下半空间口径上磁流 "! 在馈线处产生的电场 & 1 表示下半空间馈线上电流
# % 在馈线处产生的电场 ,
! " #! 场的求解 %电流产生的电磁场 %
#- ’ & (; $ % :% %! % &% @ < :7 $ ! #’ X 1 87 9 % #YZ’ (; !1 8 #’ % :% %! % :% @ < :! ! ’ 9
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此时馈线和口 径 上 分 别 存 在 电 流 和 磁 流 ! 为 了 模 型 的 通 用 性! 对馈线和口径采用 A < A 结合等效原理分析 ! 三角形面片剖分 ! 可应用 -./ 基函数来模拟馈线上电流分布和口径上磁流分布 , 最后根据馈线 和口 径上的 进而利用 A 而 口 径 天 线 的 回 波 损 耗! 辐射方向图 边界条件建立积分方程 ! < A 就可求解 出 这 些 电 流 和 磁 流 ! 等也就随之求出 ,
%口径上切向电场分量连续即此时口径上下区域磁流应数值相等 ! 流向相反 & % ! ! ) 4 %口径上切向磁场分量连续即 ’ 5 ’ ! !3 6 !1 7 !3 %8 "! !
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’ % %
式中 ! 表示上半空间口径上磁流 7"! 在口径处产生的磁场 & ! 表示下半空间口径上磁流 "! 在口径处产 生的磁场 & !! % 在口径处产生的磁场 & 3 表示下半空间馈线上电流# B > ! ! %馈线上切向电场分量连续即 4 & ’5 ’ $ 6$3 6$ 8 "! ! 1% ’ % !
图 %! 带状线馈电的口径天线 ! 原问题 "
图 ! 带状线馈电的口径天线 ! 等效问题 "
! " !! 边界条件 原问题可以利用等效原理转化为图 ! 所示的等效问 题 , 此时! 口 径被理 想 导 体 板 所 替 代 ! 并假设馈线和
’# 原口径处分别存在电流和等效磁流 ! 它们满足如下边界条件 " $
用于分析口径耦合的微带天线 , 然而屋顶基函数需要较多的单元才能精确模拟任意形状复杂结构 # 而且旋度 算子的微分也是在空域进行的 , 笔者采用 -./ 基函数 和 考 虑 微 带 与 口 径 间 互 耦 的 混 合 位 积 分 方 程 来 分 析
2# )( 任意形状印制口径天线 , 采用离散复镜像法 ’ 来获 得 空 域闭 式格林函数 # 避 免了费 时的 4 < OO 7 D = 7 H @积 分,
! ! ) ’3 ) 8 "! ! ( !3 6 !1 7 !3 ! B > ! ! ’3 ) 8 "! = 1! ( $ 6$3 6$
’ % # ’ % ’
将式 ’ % ! ’ % 代入式 ’ % ! ’ % 并整理可得矩阵方程为 & ( # ’
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式中矩阵元素分别为
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收稿日期 ! ! " " # $ % ! $ & " 基金项目 ! 国家部委预研基金资助 ! " % " % ! ’ % ( 作者简介 ! 雷 ! 娟! " # 女# 西安电子科技大学博士研究生+ % ) * ) $
第 ’ 期 !!!!!!!!!!!!!! 雷 ! 娟等 # A < A 全波分析微带线馈电的缝隙天线
! " " ’年% !月 第& &卷!第’期
!
西安电子科技大学学报 （自然科学版） # $%&’( )!$ *!+ , , (’!%’ , . /& 0 , 12
!
S 7 C , ! " " ’ W < H , & &!1 < , ’
! " ! 全波分析微带线馈电的缝隙天线
雷 ! 娟! 傅 ! 光! 杨 ! 林! 傅 德 民
! 西安电子科技大学 天线与微波技术国家重点实验室 " 陕西 西安 !* # % " " * % 摘要 ! 给出了一种分析微带线馈电的缝隙天线的有 效 数 值 方 法 , 首先利用等效原理将原问题转化为不 然后采用 -./ 基函数结合离散复镜像法在空 域 对 等 效 问 题 进 行 全 波 分 析 , 闭式格 同区域的等效问题 ! 林函数不仅考虑了各种辐射 " 表面波和互耦效应 ! 而且避 免 了 费 时 的 数 值 积 分, 三角形剖分也使得文中 方法适合分析任意形状的复杂结构 , 关键词 ! 等效原理 # 离散复镜像 # 格林函数 " # 中图分类号 ! 01 2 ! %!! 文献标识码 ! 3!! 文章编号 ! % " " % $ ! ( " " ! " " ’ " ’ $ " ) ’ " $ " #
旋度算子 的 微 分 在 谱 域 进 行 # 并 可 给 出 它 们 的 解 析 表 达 式# 其对应的空域格林函数可通过高阶的 避免了数值微分 , 4 < OO 7 D = 7 H @ 恒等式获得 #
<! 基本理论
为了说明微带和缝隙混合结构的分析方法 # 这里以带状线馈电的任意形状口径天线为例作以介绍 # 其结 构如图 % 所示 # 馈线位于上 下 接 地 板 之 间 的 均 匀 媒 质 中 # 在 上 接 地 板 上 印 制 任 意 口 径 作 为 辐 射 单 元, 采用
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