微带天线贴片尺寸计算，如何调试一个矩形微带贴片天线

很多朋友对微带天线贴片尺寸计算，如何调试一个矩形微带贴片天线不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

摘要：微带贴片天线由介质基板、地板和贴片导体层组成，通常采用微带线(侧馈)或同轴线(背馈)馈电。这种类型的天线被广泛使用，因为它容易与平面电路集成并且制造成本低。这篇推文将简要描述如何调试矩形微带贴片天线。1、两种理论分析方法

对于微带贴片天线，大多数教材都详细讲解了传输线分析法和腔模理论分析法。前者将辐射源等效为两个距离为L的辐射槽，主要适用于矩形贴片。后者假设贴片和地板之间的纵向场是恒定的(当基片厚度远小于工作波长时)，将场解简化为一个二维边值问题(贴片和地板是电臂，腔体被磁臂包围)，因此可以用来求解各种规则贴片。

传输线分析法对以下三类微带贴片的求解显然无能为力。没有电磁仿真软件的帮助，腔模理论分析可以派上用场。

根据模型，适当的坐标系(直角坐标系、圆柱坐标系等。)选取，用磁矢势表示电场和磁场分量，找出边界条件。求解齐次波动方程的关键是利用数学物理方程中分离变量的方法求通解，然后结合边界条件确定波数。最终的场分布可以由无数组正交基函数组成(常用的正交基函数包括正弦和余弦函数、贝塞尔函数或勒让德函数)。

柱坐标系中的齐次波动方程2、尺寸设计的依据对于生活中常用的矩形微带贴片天线，网上也有相应的贴片天线计算器可用。无非是应用下面的计算公式(参考tweet贴片天线HFSS和CST的仿真对比)，输入天线的工作频率、介电常数和基板厚度，就可以自动计算出矩形贴片天线的长和宽。

对于带反馈的矩形微带天线，为了避免激励其他模式影响交叉极化，馈电点的位置一般选择在X轴宽边的中心。此时需要调试参数Probe_dy(即馈电探针到贴片中心的纵向距离)和馈电探针的厚度(在高频下对阻抗匹配比较敏感)。

对于主模TM010，电场在中心最小，两侧最大，所以天线的输入阻抗会从中心向两侧逐渐增大。输入阻抗等于50的馈电点位置(Probe_dy)可以用下面的公式简单计算(见右滑差公式完整版):理论公式不是万能的，在参数调整中可以用最经典的二分法逼近阻抗匹配的最佳位置，但S11-10dB(即VSWR2)基本可以满足实际工程要求。

对于侧馈矩形微带天线，主要是调整四分之一波长匹配分支的宽度和长度。对于四分之一波长匹配分支，其宽度取决于要匹配的矩形贴片的输入阻抗，其相应的特性阻抗值满足：

假设工作频率为5.8GHz，微带天线在该频率下的输入阻抗为150欧姆，则匹配支路的阻抗值为86.6 。通过工具txline可以计算出分支的长度(输入基板的介电常数和厚度，微带线的阻抗值，工作频率，设置相位为90，表示1/4波长):传输线分析法得到的等效电路导纳值如下：

如果天线谐振时不考虑两个等效辐射缝隙之间的互耦，则侧馈天线的输入阻抗可以简化为(自由空间波长):

从上式不难发现，宽边(非辐射边)w越大，输入阻抗值越低；宽度过小时，输入阻抗与W的平方成反比，较高的天线输入阻抗不利于阻抗匹配调试(高阻抗微带线工程难以实现)。看到这里，很多人可能会问，为什么优先调试匹配而不是频偏？这是因为公式计算出的贴片大小不一定只是在波段内共振，但也不会偏离太多。

此外，在多次调试这种窄带天线的阻抗匹配特性后，通过稍微修改贴片的长度，可以移动天线谐振频率，而不影响谐振频率处的阻抗匹配性能。

2、调整和校正手段简单的微带贴片天线属于窄带天线，由于仿真精度和加工误差，容易造成频率偏移和匹配恶化，因此工程师往往需要手动校正天线。这里简单介绍几种底馈和侧馈矩形微带贴片天线的实际调谐校正方法。反馈矩形微带贴片天线

由于被加工物体的进给位置已经固定，所以往往通过切割铜皮(实际工作频率低于目标值)或粘贴铜皮(实际工作频率高于目标值)来校正频率。此外，还可以在贴片的宽边中心加上一个长方形的长条(宽为stub_W，长为stub_L)，然后用切肉刀切掉一点，修正谐振频率。

从上面的扫描参数分析不难看出，贴片天线的谐振频率随着矩形条长度的减小而增大。因此，可以将加工前的模拟谐振频率调整到较低的频率，并在实际调试中使用铜切割技术将谐振频率校正到目标值。侧馈矩形微带贴片天线

对于侧馈矩形微带贴片，除了切割铜皮，还可以通过预留LC匹配位来校正频偏和匹配(类似下图所示的结构)。此时相当于地线-信号线-地线(GSG)布局，构成了共面波导传输线的馈电结构。

对于这种窄带天线，理论上一个L型匹配电路就可以完成很好的阻抗匹配。(串L再归并L，串L再归并C，串C再归并L，串C再归并C，归并L再归并L；归并L再串C，归并C再串L，归并C再串C，8种形式)。

实际使用的电容和电感元件不是连续的，需要根据测试结果选择合适的匹配方案。如果空间位置足够，可以选择双L匹配位，不需要的部分可以NC去除或者用0R电阻串连接，匹配方式更加灵活。审计刘清

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