微带天线馈电方法 [搬运]

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本文旨在介绍几种微带天线的常用馈电方法。绝大部分内容搬运自国外网站 https://www.antenna-theory.com/。英文够用的朋友可以直接移步。感谢网站创始人Peter Joseph Bevelacqua教授无私的分享。

1.边沿馈电

边沿馈电是微带天线最早的一种激励方法。下图给出了这种方法的示意图。其中宽度为Wf的微带馈线与长L宽W的矩形贴片直接接触。
在这里插入图片描述
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边馈技术具有其他的馈电技术不具有的几个优点。

1.因为馈电单元和贴片可以蚀刻在同一块板上，‚故一个主要优点是制造工艺简单。因此大多数平面阵都采用边馈技术。

2.这种方式很容易控制输入阻抗：当馈线和贴片的接触点位于贴片的辐射边时，谐振阻抗可以调谐为高达150-250Ω，而当接触点位于贴片的中心时下降为只有几个Ω。

2.嵌入馈电（Inset Feed）

之前所述的馈电方法通常在末端馈电。由于这通常会产生高输入阻抗，因此我们想要修改馈电位置。由于在半波微带线的两端电流很低，并且朝向中心的幅度增加，因此，如果馈入更靠近中心的位置，则可以减小输入阻抗（Z = V / I）。实现此目的的一种方法是使用插入馈电（距末端的距离R），如图1所示。

Figure 1. Patch Antenna with an Inset Feed.

由于电流服从正弦分布，因此从端部移动距离R将使电流增加cos（pi * R / L）-仅注意波长为2 * L，因此相位差为2 * pi * R /（2 * L）= pi * R / L。

电压的幅度也减小了与电流增加相同的量。因此，使用Z = V / I，输入阻抗的缩放比例为：在这里插入图片描述在上式中，Zin（0）是从末端馈电的输入阻抗。因此，通过这种方式向微带天线馈电可以降低输入阻抗。例如，如果R ＝ L / 4，则cos（pi * R / L）＝ cos（pi / 4），使得[cos（pi / 4）] ^ 2 ＝ 1/2。因此，一个1/8波长的插入（inset）将使输入阻抗降低50％。此方法可用于将输入阻抗调整为所需值。

3.使用1/4阻抗变换段

微带天线也可以通过使用特征阻抗为Z1的四分之一波长传输线与特征阻抗为Z0的传输线匹配，如图2所示。在这里插入图片描述目的是使输入阻抗（Zin）与传输线（Z0）匹配。如果天线的阻抗为ZA，则从四分之一波长线的起点看的输入阻抗变为可以通过选择Z1来更改此输入阻抗Zin，以便Zin = Z0且天线阻抗匹配。可以通过更改四分之一波长带的宽度来更改参数Z1。微带线越宽，该线段的特性阻抗（Z0）越低。

4.探针馈电（同轴线馈电）

微带天线也可以通过探头从下方馈入，如图3所示。同轴电缆的外导体连接到接地层，中心导体延伸到微带天线。 Figure 3. Coaxial cable feed of patch antenna. 可以像之前一样更改馈电的位置（与上述插入式馈电相同），以控制输入阻抗。

同轴馈电会在馈电中引入电感。如果高度h较大（大到波长的相当一部分），则该部分影响需要被考虑。另外，探针也会辐射，这会导致辐射沿不希望的方向传播。

5.耦合馈电

可以更改上面的馈源，以使它们不直接接触天线。例如，可以对图3中的探头馈源进行修整，使其不会一直延伸到天线。还可以在贴片天线之前截断插入馈送，如图4所示。 Figure 4. Coupled (indirect) inset feed.
耦合馈电的优点是它为设计增加了额外的自由度。间隙将电容引入到馈源中，可以抵消探针馈源所增加的电感。

6.口径馈电

微带天线馈电的另一种方法是口径馈电。在该技术中，馈电电路（传输线）被带有孔（孔径）的导电平面与天线隔开，来将能量传输到天线，如图5所示。 Figure 5. Aperture coupled feed.
可以用较低的介电常数制造上基板，以产生松散结合的边缘场，从而产生更好的辐射。对于不会产生杂散辐射的紧密耦合场，下部衬底可以独立地用高介电常数材料制成。该方法的缺点是增加了制造难度。