【正文】 (24) 注意到微帶 貼片 天線一般 1hk0 ?? ，故電納項是正值，即呈容性 ，并且此值電導項。容性電納的出現(xiàn)，其物理解釋為開口處出現(xiàn)邊緣電荷，等效為電容加大。輻射電導部分對應輻射的實際功率，可將縫隙的輻射能流密度在半球面上積分求出 θ dθtan2W c os θks i n120 π1G 20π0 2211 ??????? ? (25) 合肥師范學院 2021 屆本科畢業(yè)論文 (設計 ) 8 當 λW?? 時，上式化作2211 90λWG ? 此值通常比微帶傳輸線的特性導納小很多，接近開路狀態(tài)，因此限制了天線的阻抗頻帶。 由于微帶天線的輻射等效于二元縫隙陣，兩縫之間將存在互耦，故每個縫隙的輻射導納為 ? ?12111211 BBjGGjBGY ?????? (26) 此式中我們已經假定兩縫隙的磁流是相等的，故我們 可以通過求出縫隙陣在半球面的總輻射功率 rP ，然后除以 2，就得到陣中每個縫隙的總輻射功率，從而求出每個縫隙的總輻射電導 G 為 2r/V2PG? (27) 由圖 25 所示的等效電路，利用傳輸線公式可以立刻求得微帶天線的輸入導納。故輸入阻抗為 inZ =1/ 1Y +j LZ (28) 其探針阻抗為 ????????? 0rL λ2 ππtanε120 πZ (29) 傳輸線法簡潔明了 、 具有較強 物理直觀性 ，同樣缺點也很明顯 ： 首先，傳輸線 法理論模型只能用于 微帶 貼片天線而且對貼片的形狀也有嚴格的要求 ；另一個缺點是 存在很大的誤差， 除了諧振點外， 其它非諧振點隨頻率 變化的曲線都有一定的誤差 。微帶 貼片 天線的饋電方法有很多種， 微帶 貼片天線饋電除了微帶線饋電和同軸探針 饋電兩種基本方式 外，還包括臨近耦合微帶饋電、口徑耦合微帶饋電、共面波導饋電等 新的饋電技術。 。 表 22 幾種饋電 方式的 比較 特性 同軸饋電 微帶饋電 臨近耦合 口徑耦合 共面波導 合肥師范學院 2021 屆本科畢業(yè)論文 (設計 ) 9 結構 不是 平面 共面 是 平面 是 平面 是 平面 偽輻射 多 多 多 多 少 極化純度 差 差 差 非常 好 好 制作難度 很難 容易 較容易 較容易 需要調整 可靠性 較好 較好 好 好 好 阻抗匹配 較 容易 非常 容易 較 容易 容易 容易 帶寬 窄 窄 較寬 寬 寬 合肥師范學院 2021 屆本科畢業(yè)論文 (設計 ) 10 三 GPS 小型化 天線 技術 GPS 天線的 圓極化 所謂極化反映的是：電磁波 在空間傳播時， 時變電磁矢量的幅 度大小和 方 向 在 傳播方向的變化的情況 [16]。 圓極化：電場矢量端點的軌跡在垂直于 電磁波 傳播方向的平面上投影是一個圓。 GPS 小型化天線要實現(xiàn)圓極化的最重要因素是在滿足 實際應用 的需求 ，圓極化 電磁波具有 一些 重要性質 [17]： (1)圓極化 電磁 波是 電場和磁場方向幅度相等的旋轉 場， 利用切角實現(xiàn)的圓極化，因為可以產生 兩正交等幅相位相差 90 度 或 270 度 的線極化波 ； (2)實現(xiàn)何種方式的圓極化只能輻射和接受特定方式的圓極化波 ，正是圓極化波的特定性質， 圓極化才會在實際 生成 中得到廣泛的應用。 圓極化天線的電參數 反應就 是最大增益方向上的軸比。 所以 得出實現(xiàn) 天線的 圓極化 基本 方法 ： 通過不同實現(xiàn)圓極化方式，從而 產生 在 空間 相互 正交的線極化電場分量， 而且 二者 振幅相等 (簡并模 )，相位相差 90 度。 GPS 天線的 小型化 下面先簡要探討一下微帶貼片天線小型化的具體方法，包括：增加介電常數、加載、曲流、采用平面倒 F以及平面倒 L結構、采用分形結構等。 電磁波在均勻介質中的傳播速度依賴于介質材料的介電性能，也就是材料的相對介電常數。通過 (31)可以看出如果增加 r? 的值，在其它參數不變的情況下就可以減小電磁波在介質 中的波長。 合肥師范學院 2021 屆本科畢業(yè)論文 (設計 ) 11 高的介電常數使輻射貼片和接地面間的耦 合增大，儲能也會 增加，天線的阻抗帶寬變窄，進一步造成天線的輻射效率下降。 然后，介紹短路加載技術 [20]來實現(xiàn)天線的小型化。根據駐波的特點，在貼片上，沿輻射電流分布的方向會有一個電壓零點，如果我們直接把這一點接地，也就是人為設置一個零點，則天線可以不改變諧振頻率，而天線尺寸則減小了一半，也就是輻射貼片的尺寸從 0/2? 縮減為 0/4? ，達到了減小天線一半尺寸的目的。根據短路加載的結構和尺寸的不同，對天線尺寸的縮減比例也有很大的差別。 PIFA是目前短路加載應用最多的技術，通過在貼片的不同位置加載短路墻或短路 探針等實現(xiàn)不同程度的縮減微帶天線尺寸的目的，由于輻射單元與接地面直接是以空氣做為介質，介電常數較低，且通過調整短路和饋電部分的高度可以實現(xiàn)厚基片的目的，對改善天線的輻射特性有較大的好處，但饋電探針引入的感性會減小 PIFA天線的帶寬。 PILA天線是另外一種短路加載類天線。一樣是通過人為設置零點來縮減一半或更多的 天線尺寸。 通常的貼片微帶天線都是駐波型的，根據饋電點和饋電方式的不同，特定模式輻射電流路徑約為半個波長，所以貼片的尺寸也約為半個波長。貼片表面開槽主要有兩種形式，一種是在貼片上開槽，一種是在接地面上開槽。 矩形微帶天線的各參數通過下列公式計算： 21rr 21ε2fcW ??????? ?? (41) c 為光速， W 為貼片的寬度， rε表示介質的相對介電常數； ? ?? ?? ?? ? 58ε 12 hΔlee ????? (42) Δl為等效延伸長度； l22λL g ??? (43) L 為貼片長度； 21rre ]Wh10[12 1ε2 1εε ?????? (44) eε為等效介電常數； r0 fcλ ? (45) 0λ為電磁波波長； e0g ελλ ? (46) gλ為等效電磁波波長； 設輻射邊界的長寬略大于介質板與接地板的長寬，其頂部高于貼片0λ/4； GND 的尺寸： gc ?? (47) cL為接地板的長度； gc ?? (48) cW為接地板的寬度； 建立坐標系，其中 X 軸代表微帶天線的貼片長度， Y 軸代表微帶天線的貼片寬度， Z 軸代表微帶天線的貼片高度 ,則同軸饋線的位置為 (0,pX,0)。 其 GPS 天線的技術指標如下： (1) 工作頻段： 1220～ 1235MHz。 (3) E/H3dB： ≥ 60176。 (4) 極化：右旋圓極化 。 由于圓極化天線的波形與線極化天線的波形不同，因此對于圓極化矩形微帶天線的饋電方式也有所不同，主要的饋電方式有兩種：即一點式饋電和正交式饋電。的線極化波；而一點饋電方式則是由一個饋點產生幅度相等且極 化正交的兩個簡并模，因此對于天線單元本身，就需要它引入一定的 “微擾量 ”，一般來說，人們都是稍微的增加或者減少輻射單元的面積以達到目的。 在設計 GPS 小型化天線時選擇一點式饋電， 如圖 41 所示是一點式饋電 的矩形微帶天線， 對于一點式饋電矩形微帶天線來說，饋電點選取在 X 或者 Y 軸上稱為 A 型天線 。在實現(xiàn)天線的右旋極化時采用 A 型天線。 實心點為饋電點。對于一點式饋電矩形圓極化微帶天線，當它正常工作時，需滿足以下條件： (1)對于 A 型 ： |Δs/ S| Q0 = 1/2