数值分析为验证理论公式与计算程序的正确性,首先分析T=20和a/b=1的印刷环天线,它可看成一正方形环天线。文献〔6〕给出了该正方形印刷环天线的输入阻抗(Zin=Rin+jXin)和方向图的实验结果。由可见,本文的计算结果与文献〔6〕的实验数据相一致。
(a)输入阻抗与环周长P的关系曲线(b)周长等于0.7605K0时印刷环天线的方向图正方形印刷环天线输入阻抗和方向图的计算与实验结果比较(T=20,a/b=1,h=0.0628K0,Er=2.5,a0=0.001K0)如前所述,有两个参数影响环天线几何形状:方圆系数T和方长系数a/b.下面讨论它们对印刷环天线谐振特性的影响。
给出谐振Rr和谐振周长Pr随方圆系数T的变化曲线,此时方长系数保持为a/b=1,介质基片厚度h=0.1K0,相对介电常数Er=2.0,导线半径A0=0.001K0。由图可见,当T<2时,随T增加,谐振电阻增大,谐振周长缩短;当T>2时,情况正好相反。但值得指出的是,随着方圆系数T的变化,谐振电阻和谐振周长的变化幅度很小。当T从1变到10时,谐振电阻变化小于10%,而谐振周长也只改变了约5%,这表明印刷环天线的方圆度对谐振特性影响很小。
给出当T固定为10时,谐振电阻和谐振周长随方长系数a/b的变化曲线。不难看出,谐振周长随a/b增加而增加,但变化幅度也不大。然而对于谐振电阻,情况有所不同。当a/b从0.5变到2时,谐振电阻从758减少到258.它表明,当馈源位于较长边时,印刷环天线可能有谐振电阻Rr及谐振周长Pr与方圆系数T的关系(a/b=1,h=0.1K0,Er=2.0,a0=0.001K0)较大的谐振电阻。因此,对谐振周长一定的印刷环天线,通过调节其长短半轴或者是馈源的位置,即可得到与传输线阻抗尽可能相匹配的谐振电阻。对于本特例,当a/b=1.21时,可获得恰好与常用同轴线相匹配的508谐振电阻。示出此时环天线的电流分布(I=Ir+jIi)。
可以看到,馈点处的电流为一幅值等于20mA(V=1V)的纯实部电流。
列出印刷在具有不同厚度和介电常数介质基片上环天线的谐振特性随T和a/b的变化情况。仔细比较表中数据谐振电阻及谐振周长与方长系数a/b的关系(T=10,h=0.1K0,Er=2.0,a0=0.001K0)谐振电阻为508时印刷环天线的电流分布(a/b=1.21,T=10,Pr=0.8145K0,h=0.1K0,Er=2.0,a0=0.001K0)不难发现,对于不同介质基片上的环天线,其谐振特性呈现出与和相似的变化特征。
结论本文基于环形几何上的超二次曲线表示,以统一的矩量法公式分析了包括圆形、椭圆形、正方形、矩形以及菱形在内的一组印刷环天线的谐振特性。数值验证结果表明:(1)环形的方圆系数对谐振长度和谐振电阻影响很小,这意味着圆形与正方形印刷环天线有相近的谐振特性;(2)环形的方长系数对谐振电阻有较大影响,当馈源位于较长边时,谐振电阻较大。因此,可通过调整印刷环天线的长短轴来获得与传输线相匹配的谐振电阻。
(完)