一个矩形微带贴片天线的调试

EETOP 2022-08-13 10:46

学个Antenna是以天线仿真和调试为主理论原理为辅干货天线技术专栏,包括天线入门知识以及各类天线的原理简介、仿真软件建模、设计、调试过程及思路如有想看到的内容或技术问题,可以在文尾写下留言。


摘要:

微带贴片天线是由介质基板、地板、贴片导体层等组成,通常采用微带线(侧馈)或者同轴线(背馈)馈电该类型天线因具有易于与平面电路集成以及制造成本低等特点而得到广泛应用。本次推文将简述如何调试一个矩形微带贴片天线。


0 1
两种理论分析方法



对于微带贴片天线,大部分教材都详细讲解了传输线分析法腔模理论分析法,前者将辐射源等效为相距L的两个辐射槽,这种分析方法主要适用于矩形贴片;后者假设贴片和地板之间的纵向场恒定(当基板厚度远小于工作波长时),将场求解问题简化为二维边值问题(贴片和地板为电臂,腔体四周为磁臂),因此可用于各种规则贴片的求解。

传输线分析法(左)

腔模理论分析法(右)

对于下面三种类型的微带贴片的求解,传输线分析法显然是无能为力的。如果不借助于电磁仿真软件,那么腔模理论分析法就可以派上用场了。


根据模型选择好合适的坐标系(直角坐标系,柱坐标系等),将电场和磁场分量用磁矢量位进行表示,找出边界条件。求解齐次波动方程的关键就是利用数学物理方程中的分离变量法求出通解,然后结合边界条件定波数,最后的场分布可由无数组正交基函数(常用的正交基函数有正余弦函数,贝塞尔函数或勒让德函数)叠加组成。

柱坐标系下的齐次波动方程

0 2
尺寸设计依据



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供使用,无外乎套用下面的计算公式(参考推文贴片天线的HFSS和CST仿真对比),输入天线的工作频率,基板的介电常数和厚度即可自动计算出矩形贴片天线的长、宽尺寸。



  • 对于背馈的矩形微带天线,我们为了避免激发其他模式影响交叉极化,一般馈电点的位置选取在沿着x轴方向的宽边中心。此时需要调试Probe_dy这个参量(即馈电探针与贴片中心的纵向距离)以及馈电探针的粗细(高频时对阻抗匹配比较敏感)。


对于主模TM010而言,由于其电场在中心处最小、两边最大,因此天线的输入阻抗从中心点到两侧会逐渐变大。输入阻抗等于50Ω的馈点位置(Probe_dy)则可由下面公式简单计算得到(右滑公式可看完整版)

理论公式并非万能,阻抗匹配最优位置可以在调参时用最经典的二分法去不断逼近,不过S11-10dB(即VSWR≤2)基本能满足实际工程需求

  • 对于侧馈的矩形微带天线,主要是调节1/4波长匹配枝节的宽度和长度

对于四分之一波长匹配枝节,其宽度取决于待匹配矩形贴片的输入阻抗,其对应的特性阻抗值满足:

假设工作频率为5.8GHz,该频点处微带天线的输入阻抗为150欧姆,则该匹配枝节的阻抗值为86.6Ω。枝节的长度可以用txline这个工具计算得出(输入基板介电常数和厚度,微带线的阻抗值,工作频率,并设置相位为90°,即代表1/4波长):

利用传输线分析法得出前面的等效电路导纳值如下所示:

若天线谐振时不考虑两条等效辐射槽之间的互耦因素等,可以将侧馈天线的输入阻抗简化为(为自由空间波长):

从上述公式也不难发现,宽边(非辐射边)W越大,其输入阻抗值越低;宽边尺寸过小时其输入阻抗与W呈现平方反比关系,较高的天线输入阻抗也不利于进行阻抗匹配的调试(高阻抗微带线工程实现困难)。
看到这里,很多人可能会问了,为什么优先来调试匹配,而不是频偏呢?这是因为利用公式计算的贴片尺寸虽然不一定刚好在带内谐振,但是不会偏离太多。除此之外,多次扫参将这种窄带天线的阻抗匹配特性调试好后,稍微修正一下贴片的长度,即可在不影响谐振频率处阻抗匹配性能的情况下,进行天线谐振频率的搬移。



0 2
实调修正手段



简单的微带贴片天线属于窄带天线,很容易因为仿真精度和加工误差导致频偏匹配恶化,因此天线实物往往需要工程师进行手动修正。这里我们简单介绍下背馈和侧馈的矩形微带贴片天线的几种实调修正手段。


背馈的矩形微带贴片天线


由于加工实物的馈电位置已经固定,因此实调时往往通过割铜皮(实际工作频率低于目标值)或者贴铜皮(实际工作频率高于目标值)的方法来进行频率修正。除此之外呢,还可以在贴片宽边边缘中心位置增加一个矩形长条(宽度为stub_W,长度为stub_L),后期用刻刀一点点割掉来修正谐振频率。


从上面的扫参分析不难看出,贴片天线的谐振频率随着矩形长条的长度减小而升高。因此可以将加工前仿真的谐振频率调试到偏向低频,实际调试时发挥割铜皮手艺,修正谐振频率至目标值即可。


侧馈的矩形微带贴片天线

对于侧馈的矩形微带贴片而言,其除了可以用割铜皮方法之外,还可以通过预留LC匹配位的方式来修正频偏和匹配(类似下图所示结构)。此时相当于是地线-信号线-地线(GSG)布局,构成了共面波导传输线馈电结构。

对于这种窄带天线而言,理论上一个L型匹配电路即可完成良好的阻抗匹配。(①先串L再并L,②先串L再并C,③先串C并L,④先串CC,并L串L;⑥并LC,⑦先并C串L,⑧并CC,8种形式)。


实际使用的电容电感元件不是连续的,因此需要根据测试结果来选定合适的匹配方案。如果空间位置足够,可以选用双L匹配位,不需要的地方NC掉或者用0R电阻串过去即可,使得匹配方法更加灵活。


END


超值!射频芯片设计精品课:《CMOS射频芯片仿真设计》
射频IC设计必备!《搞定锁相环以及VCO设计》
射频IC高薪职位推荐|创芯人才网
EETOP EETOP半导体社区-国内知名的半导体行业媒体、半导体论坛、IC论坛、集成电路论坛、电子工程师博客、工程师BBS。
评论
  • 本文介绍瑞芯微RK3588主板/开发板Android12系统下,APK签名文件生成方法。触觉智能EVB3588开发板演示,搭载了瑞芯微RK3588芯片,该开发板是核心板加底板设计,音视频接口、通信接口等各类接口一应俱全,可帮助企业提高产品开发效率,缩短上市时间,降低成本和设计风险。工具准备下载Keytool-ImportKeyPair工具在源码:build/target/product/security/系统初始签名文件目录中,将以下三个文件拷贝出来:platform.pem;platform.
    Industio_触觉智能 2024-12-12 10:27 179浏览
  • 铁氧体芯片是一种基于铁氧体磁性材料制成的芯片,在通信、传感器、储能等领域有着广泛的应用。铁氧体磁性材料能够通过外加磁场调控其导电性质和反射性质,因此在信号处理和传感器技术方面有着独特的优势。以下是对半导体划片机在铁氧体划切领域应用的详细阐述: 一、半导体划片机的工作原理与特点半导体划片机是一种使用刀片或通过激光等方式高精度切割被加工物的装置,是半导体后道封测中晶圆切割和WLP切割环节的关键设备。它结合了水气电、空气静压高速主轴、精密机械传动、传感器及自动化控制等先进技术,具有高精度、高
    博捷芯划片机 2024-12-12 09:16 313浏览
  • 一、SAE J1939协议概述SAE J1939协议是由美国汽车工程师协会(SAE,Society of Automotive Engineers)定义的一种用于重型车辆和工业设备中的通信协议,主要应用于车辆和设备之间的实时数据交换。J1939基于CAN(Controller Area Network)总线技术,使用29bit的扩展标识符和扩展数据帧,CAN通信速率为250Kbps,用于车载电子控制单元(ECU)之间的通信和控制。小北同学在之前也对J1939协议做过扫盲科普【科普系列】SAE J
    北汇信息 2024-12-11 15:45 159浏览
  • 全球知名半导体制造商ROHM Co., Ltd.(以下简称“罗姆”)宣布与Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited(以下简称“台积公司”)就车载氮化镓功率器件的开发和量产事宜建立战略合作伙伴关系。通过该合作关系,双方将致力于将罗姆的氮化镓器件开发技术与台积公司业界先进的GaN-on-Silicon工艺技术优势结合起来,满足市场对高耐压和高频特性优异的功率元器件日益增长的需求。氮化镓功率器件目前主要被用于AC适配器和服务器电源等消费电子和
    电子资讯报 2024-12-10 17:09 125浏览
  • 全球智能电视时代来临这年头若是消费者想随意地从各个通路中选购电视时,不难发现目前市场上的产品都已是具有智能联网功能的智能电视了,可以宣告智能电视的普及时代已到临!Google从2021年开始大力推广Google TV(即原Android TV的升级版),其他各大品牌商也都跟进推出搭载Google TV操作系统的机种,除了Google TV外,LG、Samsung、Panasonic等大厂牌也开发出自家的智能电视平台,可以看出各家业者都一致地看好这块大饼。智能电视的Wi-Fi连线怎么消失了?智能电
    百佳泰测试实验室 2024-12-12 17:33 261浏览
  • 应用环境与极具挑战性的测试需求在服务器制造领域里,系统整合测试(System Integration Test;SIT)是确保产品质量和性能的关键步骤。随着服务器系统的复杂性不断提升,包括:多种硬件组件、操作系统、虚拟化平台以及各种应用程序和服务的整合,服务器制造商面临着更有挑战性的测试需求。这些挑战主要体现在以下五个方面:1. 硬件和软件的高度整合:现代服务器通常包括多个处理器、内存模块、储存设备和网络接口。这些硬件组件必须与操作系统及应用软件无缝整合。SIT测试可以帮助制造商确保这些不同组件
    百佳泰测试实验室 2024-12-12 17:45 255浏览
  • 习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习笔记&记录学习习笔记&记学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记
    youyeye 2024-12-11 17:58 146浏览
  • 时源芯微——RE超标整机定位与解决详细流程一、 初步测量与问题确认使用专业的电磁辐射测量设备,对整机的辐射发射进行精确测量。确认是否存在RE超标问题,并记录超标频段和幅度。二、电缆检查与处理若存在信号电缆:步骤一:拔掉所有信号电缆,仅保留电源线,再次测量整机的辐射发射。若测量合格:判定问题出在信号电缆上,可能是电缆的共模电流导致。逐一连接信号电缆,每次连接后测量,定位具体哪根电缆或接口导致超标。对问题电缆进行处理,如加共模扼流圈、滤波器,或优化电缆布局和屏蔽。重新连接所有电缆,再次测量
    时源芯微 2024-12-11 17:11 173浏览
  • RK3506 是瑞芯微推出的MPU产品,芯片制程为22nm,定位于轻量级、低成本解决方案。该MPU具有低功耗、外设接口丰富、实时性高的特点,适合用多种工商业场景。本文将基于RK3506的设计特点,为大家分析其应用场景。RK3506核心板主要分为三个型号,各型号间的区别如下图:​图 1  RK3506核心板处理器型号场景1:显示HMIRK3506核心板显示接口支持RGB、MIPI、QSPI输出,且支持2D图形加速,轻松运行QT、LVGL等GUI,最快3S内开
    万象奥科 2024-12-11 15:42 139浏览
  • 习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习笔记&记录学习习笔记&记学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记
    youyeye 2024-12-12 10:13 116浏览
  • 我的一台很多年前人家不要了的九十年代SONY台式组合音响,接手时只有CD功能不行了,因为不需要,也就没修,只使用收音机、磁带机和外接信号功能就够了。最近五年在外地,就断电闲置,没使用了。今年9月回到家里,就一个劲儿地忙着收拾家当,忙了一个多月,太多事啦!修了电气,清理了闲置不用了的电器和电子,就是一个劲儿地扔扔扔!几十年的“工匠式”收留收藏,只能断舍离,拆解不过来的了。一天,忽然感觉室内有股臭味,用鼻子的嗅觉功能朝着臭味重的方向寻找,觉得应该就是这台组合音响?怎么会呢?这无机物的东西不会腐臭吧?
    自做自受 2024-12-10 16:34 451浏览
  • 近日,搭载紫光展锐W517芯片平台的INMO GO2由影目科技正式推出。作为全球首款专为商务场景设计的智能翻译眼镜,INMO GO2 以“快、准、稳”三大核心优势,突破传统翻译产品局限,为全球商务人士带来高效、自然、稳定的跨语言交流体验。 INMO GO2内置的W517芯片,是紫光展锐4G旗舰级智能穿戴平台,采用四核处理器,具有高性能、低功耗的优势,内置超微高集成技术,采用先进工艺,计算能力相比同档位竞品提升4倍,强大的性能提供更加多样化的应用场景。【视频见P盘链接】 依托“
    紫光展锐 2024-12-11 11:50 113浏览
  • 在智能化技术快速发展当下,图像数据的采集与处理逐渐成为自动驾驶、工业等领域的一项关键技术。高质量的图像数据采集与算法集成测试都是确保系统性能和可靠性的关键。随着技术的不断进步,对于图像数据的采集、处理和分析的需求日益增长,这不仅要求我们拥有高性能的相机硬件,还要求我们能够高效地集成和测试各种算法。我们探索了一种多源相机数据采集与算法集成测试方案,能够满足不同应用场景下对图像采集和算法测试的多样化需求,确保数据的准确性和算法的有效性。一、相机组成相机一般由镜头(Lens),图像传感器(Image
    康谋 2024-12-12 09:45 163浏览
  • 首先在gitee上打个广告:ad5d2f3b647444a88b6f7f9555fd681f.mp4 · 丙丁先生/香河英茂工作室中国 - Gitee.com丙丁先生 (mr-bingding) - Gitee.com2024年对我来说是充满挑战和机遇的一年。在这一年里,我不仅进行了多个开发板的测评,还尝试了多种不同的项目和技术。今天,我想分享一下这一年的故事,希望能给大家带来一些启发和乐趣。 年初的时候,我开始对各种开发板进行测评。从STM32WBA55CG到瑞萨、平头哥和平海的开发板,我都
    丙丁先生 2024-12-11 20:14 141浏览
  • 天问Block和Mixly是两个不同的编程工具,分别在单片机开发和教育编程领域有各自的应用。以下是对它们的详细比较: 基本定义 天问Block:天问Block是一个基于区块链技术的数字身份验证和数据交换平台。它的目标是为用户提供一个安全、去中心化、可信任的数字身份验证和数据交换解决方案。 Mixly:Mixly是一款由北京师范大学教育学部创客教育实验室开发的图形化编程软件,旨在为初学者提供一个易于学习和使用的Arduino编程环境。 主要功能 天问Block:支持STC全系列8位单片机,32位
    丙丁先生 2024-12-11 13:15 95浏览
我要评论
1
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦