(1)
一、微波传输线与微带天线
§1.1 微波传输线
传输线：同轴线(双导线)，波导，微带线
天线：线天线喇叭天线微带天线
所谓的传输线是传播微波能量的，天线是用来辐射能量的。只要能传播微波
能量，就能设计成专业的天线用来辐射能量！天线所辐射的能量就是来自于传输
线，因此，将微波传输线的形状改变就能够设计成为天线！也正因为如此，每种
传输线都对应于一系列的天线形式。例如：用双导线和同轴线设计的线天线；用
波导设计的喇叭天线以及抛物面天线；用微带线设计的微带天线，等等。
这里我们主要讲述微带天线的CAD。
§1.2 微带传输线
微带线由一条宽度为w的导体带和背面有导体接地板的介质基片构成(如图1—1所示)。导体带宽度为t，介质基片厚度为h，相对介电常数为rε。 ε=1 表示的是什么？空气介质！近年来，以空气为介质的微带天线在基r
站天线中得到了广泛的应用，例如：西安华天。
微带线是一种开放线路，因此它的电磁场可无限延伸。这样，微带线的场空间由两个不同介电常数的区域（由空气和介质)构成。我们知道，只有填充均匀媒质的传输线才能传输单一的纯横向场——TEM 模。现在由于空气—介质分界而的存在，使微带中的传输模是具有电场和磁场所有三个分量(包括纵向分量)的混合模。不过，当频率较高，微带宽度w 和高度h 与波长可相比拟时，微带中可能出现波导型横向谐振模。其最低模TEl0的截止波长为：
(1-1)
04h 是计入边缘效应后的等效宽度的延伸量。
（a ）
(b)
图1—1 微带传输线
最低次TM 模（TM01）的截止波长为：
（1-2）
此外，微带线中还存在表面波。最低次TM 型表面波（TM 0)的截止波长为∞，即其截止频率没有下限。最低次TE 型表面波TE 0的截止波长：
（1-3）
上述波导模和表面波模称为微带的高次模。为抑制高次模的出现，微带尺寸的选择需满足如下条件：
亦即对应于最高的工作频率。
（为什么要抑制微带中的高次模？作业一） 微带传输线传输的是准TEM 模，其有两个主要持性参数：特性阻抗（characteristic impedance ）Z 0和沿线传输相速（亦即电磁波在介质中的传播速度）p v 或有效介电常数(effective dielectric constant )re ε。其中：re p c v ε/=， c 为自由空间中光的传播速度，波导波长（电磁波在介质中的波长）re g ελλ/=，λ为电磁波在自由空间中传播时的波长。一般情况下，微带线的特性参数可有如下公式给出：
Ω==377120πη称为自由空间波阻抗。
当工作频率升高（一般情况下大于2GHz ）时，微带线的电磁场将更集中于介质基片内，因而波的相速将减小，即等效相对介电常数增大。显然，当频率f 无限升高时，与频率相关的等
效相对介电常数趋近于
基片的相对介电常数r ε
。
随频率的变化曲线如图
1—2所示。也正因为如此，在阵列天线
设计高频微带天线时，应该考虑
微带线的散特性，并给予以适
当的修正。
作为散特性的修正，格津杰（W. J. Getsinger ）给出频率)(GHz f 时的等数相对介电常数如下：
特性阻抗也随频率变化．哈默斯塔德（E. Hammcrstad)和詹森（O. Jenson ）建议利用下式作为相应的特性阻抗修正值：
在微带天线工程设计中一般都必须计入散特性的影响。
图1—2 等效介电常数随频率的变化
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议