贴片天线 空腔模型 等效电路
研究手机天线的传输线等效模型及电场电流分布
研究手机天线的传输线等效模型及电场电流分布作者：李日辉姚明来源：《中国科技博览》2017年第04期[摘要]本文主要应用了传输线理论分析手机天线，从天线阻抗、Return Loss、天线表面电流和表面电场的角度对手机天线和传输线模型进行比对。
并针对几种常用的天线形式如单极、PIFA、LOOP总结出各自的传输线等效模型和表面电场/电流的分布规律。
可用于指导手机天线的设计。
[关键词]手机天线，天线之传输线等效模型，开路/短路传输线，表面电流/电场单极，PIFA，LOOP中图分类号：TP313 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）04-0148-01一、引言目前，手机天线领域没有成熟的设计理论，给从业者带来了很大的困难。
手机天线的设计一般是通过工程调试实现。
假设PIFA天线的天线辐射体离地高度只有2mm，宽度4mm，天线支架的介电常数Er=3.8，则辐射一般很差，完全可以视为50欧（特征阻抗）的有耗传输线。
那么是否可以借用传输线的理论去分析PIFA天线的这种特殊情况。
假设可行，是否可以通用于其他非特殊情况？这就是此理论最初的灵感来源。
仿真研究证明是完全可行的，单极天线和PIFA天线均可用开路型传输线等效；而LOOP 天线则可用短路型传输线等效，于是发展成为一种手机天线的分析理论（图1）。
本文主要应用了传输线理论分析手机天线，从天线阻抗、ReturnLoss、天线表面电流和表面电场的角度对手机天线和传输线模型进行比对。
并针对几种常用的天线形式如单极、PIFA、LOOP总结出各自的传输线等效模型和表面电场/电流的分布规律。
可用于指导手机天线的设计。
二、无耗传输线理论基础1.1 终端开路型以上是开路传输线随长度的电压/电流/阻抗的分布规律，也可以转化为固定长度的传输线随频率的变化规律。
以长*宽*高=40*4*2mm，介质的Er=3.3的开路无耗传输线（其特征阻抗为50欧）为例，用smith原图表述输入阻抗随频率0.7G～3Ghz的变化规律如下图。
微带天线
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
Gs
1 a
120 0
1
60 2
1 a
120 0
(a 0.350 ) (0.350 a 20 ) (a 20 )
矩形贴片天线的传输线模型
除辐射电导外，开路端缝隙的等效导纳 还有一电容部分。它由边缘效应引起， 其电纳可用延伸长度Δl来表示：
E面
FE
(
)
cos
1 2
k0b
sin
矩形贴片天线的传输线模型
半功率波瓣宽度近似值如下：
20.5H 2 cos1
1
21Leabharlann a 020.5E2sin1
0
4b
矩形贴片天线的E面方向图
矩形贴片天线H面方向图
矩形贴片天线的尺寸设计
W
c
r
11/ 2
2f 2
L 0.5g 2l
WG W 0.2g
Ms nˆ zˆEz 等效磁流源在远区产生的电矢位为
F h e jk0R
2R
S Mse jk0 xsin cos ysin sin dxdy
空腔模型理论
矩形贴片的本征函数和谐振波数
mn
cos m
a
x cos n
b
y
kmn
m
2
n
2
a b
空腔模型理论
圆形贴片的本征函数和谐振波数
w h
1.88
0.758
1
w/h<1
Zc
120
2( r 1)
ln
8h w
板状天线原理及分析
工学院课程考核论文课程名称：微波技术与天线题目：板状天线基本原理及分析专业：电子信息工程班级：08级1班*名：***学号：**********任课教师：***摘要本文主要介绍了板状天线的原理以及做出相应的分析。
由于微带天线具有重量轻、低剖面、成本低、易于制造、封装和安装等许多固有的优点，本文选用微带贴片天线作为天线单元。
首先采用传输线法和腔模理论对矩形微带天线进行分析，计算出矩形贴片的长，宽，并选择基板材料和高度。
然后针对设计指标详细讨论了各种因素对微带贴片天线性能的影响，用背馈的方式完成了微带贴片天线单元的设计方案，从而简化馈电网络。
板状天线基本原理及分析一．板状天线基本原理板状天线的基本知识：无论是GSM 还是CDMA，板状天线是用得最为普遍的一类极为重要的基站天线。
这种天线的优点是：增益高、扇形区方向图好、后瓣小、垂直面方向图俯角控制方便、密封性能可靠以及使用寿命长。
板状天线也常常被用作为直放站的用户天线，根据作用扇形区的范围大小，应选择相应的天线型号。
图1-1板状天线的基本形式如图所示，板状天线是在阵列天线或者天线单元的下方加上一块反射板，使波束往前方发射，利用反射板可把辐射能控制到单侧方向，平面反射板放在阵列的一边构成扇形区覆盖天线。
下面的图1－2说明了反射面的作用，反射面把功率反射到单侧方向，提高了增益。
天线的基本知识全向阵（垂直阵列不带平面反射板）。
抛物反射面的使用，更能使天线的辐射，像光学中的探照灯那样，把能量集中到一个小立体角内，从而获得很高的增益。
不言而喻，抛物面天线的构成包括两个基本要素：抛物反射面和放置在抛物面焦点上的辐射源，基站天线可供设计的参数是天线的垂直波瓣和水平波瓣，垂直波瓣是通过阵列天线来实现的，而水平波瓣是由所采用的天线单元样式和相应的反射板所决定。
图1-2水平面方向图板状天线高增益的形成：1.采用多个半波振子排成一个垂直放置的直线阵，如图1-3图1-3直线阵的方向和模型2.在直线阵的一侧加一块反射板（以带反射板的二半波振子垂直阵为例），如图2-4图1-4带反射板直线阵的方向和模型板状天线是由徽带天线发展而来。
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
HFSS贴片天线仿真
目录引言 (I)1 绪论 (3)1.1 HFSS简介 (3)1.1.1 HFSS发展历程 (3)1.1.2HFSS仿真原理 (3)1.1.3HFSS的仿真过程 (4)1.1.4HFSS的功能 (5)1.2应用领域 (5)1.3HFSS的基本操作 (5)1.3.1HFSS的一般仿真操作 (5)1.3.2HFSS的一般操作界面 (6)2 微带天线理论 (8)2.1微带天线 (8)2.1.1传输线即微带天线 (8)2.1.2微带贴片天线 (9)2.2圆形微带贴片天线理论 (10)2.3极化理论 (12)2.3.1圆极化理论简述 (12)2.3.2左旋圆极化与右旋圆极化 (13)3 贴片天线的仿真过程 (14)3.1实验内容 (14)3.2HFSS贴片天线仿真 (14)3.2.1创建工程 (14)3.2.2创建模型 (15)3.3设置参量 (22)3.3.1设置变量 (22)3.3.2设置模型材料参数 (23)3.3.3设置边界条件和激励源 (24)3.3.4设置求解条件 (25)3.4创建参数分析并求解 (26)3.4.1添加参数设置 (26)3.4.2定义输出变量 (28)3.4.3求解 (28)3.5优化求解 (29)3.5.1选择优化变量 (29)3.5.2设置远区辐射场 (29)3.5.3添加优化设置 (29)3.5.4求解优化分析 (30)4 结果演示与分析 (30)4.1贴片天线的仿真结果 (30)4.1.1贴片天线的仿真结果 (30)4.1.2贴片天线的仿真结果分析 (30)引言发生多撒飞洒发多少我都发范德萨范德萨分到达发到付啊放大但是的但是上的放大放大飞机返回来烦你的经费户附近的看是否就安分点积分激发你觉得离开谁惹你北京网络法律能发奶粉就发觉你废物了南方vfjdklafnlfefjdalfn费劲儿了奶粉就为了你附近的少年富放你家里是南方金额女王1 绪论1.1 HFSS简介电磁场学科是围绕麦克斯韦方程组为中心展开的研究。
微带贴片天线的分析方法
设计与实现1 引言微带贴片天线是一种使用贴片作为辐射元的天线，具有剖面低、体积小、重量轻、易于加工、便于获得圆极化等优点，并且非常有利于集成，在天线应用中占有非常重要的地位，目前已在空间电子学、生物电子学和常规天线领域获得了广泛的应用。
微带贴片天线分析的目的是预测天线的辐射特性及近场特性，天线分析可以与设计过程相结合，从而更简单高效地设计出所需天线。
天线分析的基本问题是求解天线在周围空间建立的电磁场，进而得出方向图、增益和输入阻抗等特性指标。
本文首先简要地阐述了微带贴片天线的馈电方式，然后总结了当前微带贴片天线常用的分析方法，并用基于相关分析方法的仿真软件对一种平面倒F天线作了仿真。
2 微带贴片天线的馈电方式微带天线有多种馈电方式，有两种常用的基本方式：微带线馈电和同轴线馈电。
下面主要介绍这两种馈电方式。
2.1 微带线馈电微带馈电也称为侧面馈电，就是馈电网络与辐射元刻制公茂进北京电铁通信信号勘测设计院有限公司在同一平面。
用微带线馈电时，馈线与微带贴片是共面的，因而可方便地光刻，制作简便。
但这时馈线本身也会引起辐射，从而干扰天线方向图，降低增益。
为此，一般要求微带线宽度W 不能宽，W <<λ，这要求微带天线特性阻抗Z C 要高些或基片厚度h 减小，介电常数εr 增大。
当处在高频情况时，还需考虑另一个参量即每单位波长的损耗。
宽度为W 厚度为h 工作频率为f 的微带线的特性阻抗和相位常数可表示为[1]：上式中馈线有效宽度和介质有效介电常数分别为：2.2 同轴线馈电同轴线馈电又称为低馈，就是以同轴线的外导体直接与接地板相接，内导体穿过接地板和介质基片与辐射元相接。
用同轴线馈电的优点是：馈点可选在贴片内任何所需位置，便于匹配；同轴电缆置于接地板上方，避免了对天线辐射的收稿日期：2008年10月27日微带贴片天线的分析方法设计与实现影响。
缺点是结构不便于集成，制作麻烦。
这种馈源的理论模型可表示为z向电流圆柱和接地板上同轴开口处的小磁流环，其简化处理是略去磁流的作用，并用中心位于圆柱中心轴的电流片来等效电流柱。
单馈圆极化天线等效电路轴比与反射系数关系研究
１ ５９
科 技 和 产 业
第 １ ３卷
第 ６ 期
的产 生 机 理 即 同时 激 励 等 幅 同相极 化 正 交 的 Ｔ Ｍｅ 、
＿ 、
ａ
＝
。
一
一
。
一
＋ （ 一 一 ）
０ ０ ｒ
０
式 中：ａ 一
ｃｏ ｔ ａ ｎ
—
—
（
整微 扰单 元大 小 ， 这个 过 程 反 复 调整 ， 直 到 在工 作 频
点处 驻波 比和 轴 比都 满 足 指 标 要求 。而 且 反射 系 数 的测 量和 轴 比的测 量一 般来说 不 能 同时进行 ， 测试 方
根据 空腔模 型 理论 ， 基于 薄微带 天 线 （ ｈ ＜ ＜ 。）
线 由一 点馈 电可 产 生极 化 正 交 幅 度 相 等 的两 个 简 并
模， 但不能形成 ９ Ｏ 。 相 位 差 。 为 在 简 并 模 之 间 形 成 ９ ０ 。 相位 差 ， 可 以在 规 则 形状 的微 带 贴 片上 附加 一 简
样 就形 成 了 圆极 化 辐 射 ］ 。这 种 方 式 只需 一 个 馈
出， 天线 输入 阻抗 可根 据空腔 内场 和馈 源边界 条件来 求得 ： 令 ～ 一 叫 。 ￡ ０ ￡ ， 则 可 以得 出 ：
一如 耋 。
．
恩 一
、 ¨ ） ， ； Ｇ ＝ ＝ ＝
模 的效 应 可 用 一 个 合 成 小 电 感 来 表 示 。 根 据 圆 极 化
ｌ 等 效 电路 轴 比表 达 式
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ —４ —１ ５
基金项 目： 航 空 科 学基 金 资 助 项 目（ ２ ０ １ ２ ０ １ ９ ６ ０ ０ １ ）
单馈点圆极化GPS微带天线
1 引言
双馈点圆极化微带天线由于需要外加 3dB 90°相移网络, 使天线结构与组成复杂, 不便 于实现微波集成设计。 微带天线理论分析一般采用以下三种方法: 传输线模型、 腔模理论 和积分与微分方程模型 (即矩量法)。 本文主要是在腔模理论的基础上通过微扰变分方法, 给出单馈点圆极化微带贴片天线的分析和设计。介绍一种用于 GPS 系统的单馈点圆极化微 带天线, 其测试结果与设计预估十分一致。 无需反复调试, 做到一次设计、 一次加工、 一 次成功。 该天线除结构紧凑, 易于微波集成外, 还具有十分优良的圆对称半球波束、 良好 的广角圆极化和阻抗匹配特性。 对 GPS 应用来说是一种性能优良的天线。
分布在周边 x = ± a 2, y = ± a 2; 相应的 E z 的基模标量特征函数为
Ω10 = V 0 sink x x , V 0 = 2 a Ω01 = V 0 sink x y , k x = k y = Π a 一个形状规则的矩形微带天线由一点馈电可产生极化正交幅值相等的二简并模, 但不 能形成 90°的相位差。为使二简并模间形成 90°的相位差必须在规则形状单元上附加一简并 模分离单元, 使简并模谐振频率产生分离。当矩形微带贴片天线附加分离单元 ∃S 之后 (如 图 2 所示) , 其波数就不同了。 当只考虑基模激励 时, 新模的特征函数可写为原来二特征函数的线 性叠加: Ω′= p Ω10 + qΩ01 式中 p , q 为待求常系数。利用变分理论, 新波 数写成
中 3 0 国 空 间 科 学 技 术 2002 年 4 月
CH IN ESE SPA CE SC IEN CE AND T ECHNOLO GY 第 2 期
单馈点圆极化 GPS 微带天线
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
贴片天线空腔模型等效电路
贴片天线是一种常见的无线通信天线，其结构紧凑且方便安装。
为了更好地理解贴片天线的工作原理和特性，研究人员发展了空腔模型来描述其等效电路。
本文将以贴片天线空腔模型等效电路为主题，讨论贴片天线的原理、特点以及等效电路的应用。
一、贴片天线的原理和特点
贴片天线是一种表面贴装的天线，常用于无线通信设备中。
相比传统的杆状天线，贴片天线具有体积小、重量轻、安装便捷等优点。
贴片天线的工作原理是利用电磁波在导体上的传播，通过天线的结构和尺寸来实现特定的频率响应。
贴片天线的结构通常由导体片和地平面组成。
导体片是天线的发射或接收部分，而地平面则提供天线的基准参考。
贴片天线的导体片可以采用不同的形状，例如矩形、圆形或其他几何形状，以适应不同的应用需求。
贴片天线的特点主要包括工作频率范围、增益、辐射方向性和带宽等。
工作频率范围决定了贴片天线可以覆盖的频段，增益表示天线的辐射功率与输入功率的比值，辐射方向性描述了天线的辐射模式，而带宽则表示天线在频率上的容忍度。
二、贴片天线的空腔模型
为了更好地理解贴片天线的工作原理，研究人员提出了空腔模型来
描述贴片天线的等效电路。
空腔模型假设贴片天线的导体片和地平面之间存在一个空腔，该空腔可以看作是一个具有一定电容和电感的LC回路。
在贴片天线的空腔模型中，导体片和地平面之间的空腔被等效为一个电容。
这个电容可以通过贴片天线的尺寸和导体片与地平面之间的距离来调节。
同时，贴片天线的导体片和地平面之间的电感也被考虑在内，它们可以通过贴片天线的结构和材料来调节。
三、贴片天线空腔模型等效电路的应用
贴片天线空腔模型的等效电路在无线通信系统的设计和优化中具有重要的应用价值。
通过该模型，我们可以更好地理解贴片天线的频率响应和性能特点，从而选择合适的贴片天线来满足实际需求。
在无线通信系统中，贴片天线的等效电路模型可以与其他电路元件进行组合，例如射频放大器、滤波器等。
通过将贴片天线的等效电路与其他电路元件相连，可以分析和优化整个系统的性能，提高通信质量和可靠性。
贴片天线空腔模型的等效电路还可以用于天线参数的测量和仿真。
通过测量和仿真贴片天线的等效电路参数，可以更准确地预测其工作频率范围、增益、辐射方向性和带宽等特性，为天线设计和优化提供参考依据。
总结：
贴片天线是一种常见的无线通信天线，其结构紧凑且方便安装。
通过研究贴片天线的空腔模型和等效电路，我们可以更好地理解贴片天线的工作原理和特性，并应用于无线通信系统的设计和优化。
贴片天线的空腔模型等效电路在天线参数测量、系统仿真和性能优化等方面具有重要的应用价值。
通过不断的研究和改进，贴片天线在无线通信领域将发挥更大的作用。