33手机天线应用中的问题.DOC

单极子天线 单极子天线与对称振子天线的特性具有密切联系，实际应用中，由于单极子天线的馈电系统比对阵振子更简单，所以人们一般采用单极子天线【5】。 由前面的讨论知，半波长的对称振子天线或者的单极子天线可以调到谐振状态，并且其阻抗可以很容易与50的馈线匹配，方向性系数都比小的对称振子天线稍高。 平面单极子（monopole）天线是移动通信终端中常用的一种天线形式，它具有良好的阻抗特性和辐射特性。 对单极子天线而言，其有效高度表征了其辐射的强弱。因此有效高度是单极子天线的一个重要指标。当单极子天线高度较低时，输入阻抗呈现为阻容性，高容抗，低阻抗。若提高天线的电高度，辐射电阻将增大，损耗电阻也将下降，输入电容也会降低。单极子天线的电高度一般低于四分之一波长，辐射电阻也只有几个欧姆，所以为保证达到一定的辐射效率，在提高辐射电阻时还应设法降低损耗电阻。 2.4 微带贴片天线 图2-7 微带天线结构示意图 在通信、航空、航天、卫星和导弹应用中，天线的尺寸大小、重量、造价、性能、安装难易和空气动力学形态等都受到限制，常选用微带天线。 这种天线有薄的平面结构，通过选择特定的贴片形状和馈电方式或在贴片和介质基片间加负载以获得或调整所需的谐振频率、极化、模式、阻抗等各参量。 2.4.1微带贴片天线结构 图2-7所示为传输线馈电方式的微带天线结构，它由很薄的金属带以远小于波长的间隔h，置于接地导电板面上而成，贴片与地板之间填充有介质基片。辐射单元通常刻在介质基片上。 微带贴片这样设计是为了在贴片的侧射方向有最大的辐射，这可以通过选择不同的贴片形状激励方式来实现。贴片可以是方形、矩形、圆形、椭圆形、三角形等。 2.4.2 微带贴片天线辐射机理 微带天线的辐射是由其导体边沿和地板之间的边缘场产生的。其辐射机理实际上是高频的电磁泄漏。一个微波电路如果不是被导体完全封闭，电路中的不连续处就会产生电磁辐射。当频率较低时，因为电尺寸很小，电磁泄漏小；但随着频率的增高，电尺寸增大，泄漏就大。再经过特殊设计，即放大尺寸做成贴片状，并使其工作在谐振状态。辐射就明显增强，辐射效率就大大提高，而成为有效的天线。 图2-8 微带贴片天线辐射原理图 设辐射贴片与接地板间的介质基片中的电场沿贴片宽度a方向和厚度h方向均无变化。仅沿贴片长度b方向有变化，其结构可见上图2-8(a)。由贴片沿长度方向的两个开路端上的边缘场产生的，如图2-8(b)、(c)所示。将边缘场分解为水平和垂直分量，由于贴片长度，故两开路端的垂直电场分量反相，该分量在空间产生的场互相抵消（或很弱），而水平分量的电场是同相的。因此，远区的辐射场主要由水平分量场产生，最大辐射方向在垂直于贴片的方向。 由此分析可见，矩形微带天线，可用两个相距、同相激励的缝隙天线来等效。缝的长度为辐射片的宽度W,缝宽，两缝隙在空间产生辐射作用。这是微带天线的传输线模型分析方法的解释。 如果介质基片中的电场同时沿贴片天线的宽度和长度方向都有变化，这时微带天线可用贴片四周的缝隙的辐射来等效。 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。求得电磁场后，继而得出其方向图、增益和输入阻抗等特性指标【6】。 微带天线的分析有许多方法，如传输线模型法(transmission-line)，谐振腔(cavite)模型法，全波(full-wave)模型法即矩量法，有限元法等。 传输线模型法是最早出现也是所有方法中最简单的，主要用于矩形贴片。其物理意义清晰明了，但是精度不够高且不易于模式耦合。 谐振腔模型法相对于传输线模型法精度要高，但比较复杂，可用于各种规则贴片，但基本上限于天线厚度远小于波长的情况。同时它也清晰明了的表达了物理意义且也不易于模式耦合。 矩量法是积分方程法的一种，积分方程法与腔模理论的基本立足点不同，它讨论的是开放的空间。积分方程法是以开放空间的格林函数为基础的，因此基本方程是严格的。因此，一般全波模型法是非常精确的，也是非常通用的，但它是最复杂的模型且物理意义不明显。 另外，有限元法作为一种数值方法也越来越引人注目，它和分域基函数矩量法一样，不受天线形状的限制，而且都引用了变分原理，并且形式更为直接。但有限元法所涉及的场量、单元和基函数的选择乃至表达式都和矩量法不同。有限元法的突出优点是得到的代数方程矩阵是稀疏矩阵，并且矩阵元素易于计算，但它却只能得到纯数值解。 在微带天线分析中，较流行的求解辐射场的方法有面电流法和口径场法两种。 2.4.3.1 由贴片上电流分布求辐射场 该方法首先是建立含贴片上电流分布的积分方程，在积分方程中将含有微带结构的并矢格林函数，然后由矩量法解积分方程求出电流分布，再由如下过程计算远区辐射场 矢量位 （2-17） 远场 （