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贴片天线单元之间的模式分析--辐射与耦合

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在微波器件中,在施加了激励之后,金属之间的场的模式分析很有意义。在pcb上集成的微波器件,贴片或者带线之间和之上的场分布影响着整个器件的性能。

目录



   
  • 场分布与辐射    
  • 场分布与耦合    
  • 参考资料    


E-F

As shown below👇

场分布与辐射

单个贴片之间的场分布可以参考贴片天线的分析,

仿真软件-用HFSS仿真和分析微带天线的场

HFSS仿真圆极化微带天线


微带线的场分布很多资料也做了详细介绍

共面波导微带线简介


在两个贴片之间不同的场分布,影响着单元之间的耦合与辐射,

如下所示,是关于SSPPs 单元的奇数模式和偶数模式下的电流分布和合成方向图

 

根据图像理论,当 SSPPs 单元上施加不同的电流分布时,xoy 平面可以被视为不同的完美导电表面。

如图 (a) 所示,当 SSPPs 单元的电流分布同相时,xoy 平面可以被视为完美导电 (PEC) 平面。

相反,xoy 平面变成了一个完美磁导 (PMC) 平面,如图 (b) 所示。


假设图(a)中奇数SSPP单元的电流分布为

 

则,图(a)中电场为

 


图(b)中电场为

 

根据以上的场的分析,如下的结论将会给出,

奇模形式的SSPP在φ=0方向上具有最大值,由SSPP组成的阵列可以实现完美的端射辐射。

相反,偶模SSPP单元在φ=0方向上有零点,因此由它们形成的阵列在端射方向上将有零点。



场分布与耦合

之前我们已经分享了一些关于贴片之间的耦合模式的简单介绍,

天线解耦合--模式生成和模式叠加

那么如何根据贴片之间的场分布的模式来分析耦合呢?

 


如上图所示,

对于奇数模式,在对称平面中建立虚拟完美电导体 (PEC) 边界,允许正常电场穿过边界并在间隙之间形成位移电流,如图(b-1) 所示。

这种相互作用产生了一个带有正号的电容,如下图所示。空气-基体界面处的边缘场延长了有效辐射长度,导致较低的特征频率。

 


关于图 (c-1) 中的偶数模式,完美磁导体 (PMC) 边界的存在支持切向电场,减少了边缘场的水平分量并缩短了有效辐射长度。这导致电路中带有负号的电容和特征频率的增加。

 

通过利用 PEC 和 PMC 边界条件,可以在所需方向上实现奇数和偶数模式的调整。

基于谐振机制,当奇模和偶模的输入导纳满足如下条件时,可以实现优异的端口隔离和良好的阻抗匹配。

 



参考文献



   

[1] Q. Fu, H. Ni, G. Q. Luo, L. Zhu and L. Liu, "A High Aperture Efficiency Endfire Antenna Based on Spoof Surface Plasmon Polaritons," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 71, no. 1, pp. 50-57, Jan. 2023, doi: 10.1109/TAP.2022.3213417. 

[2] Y. Wang, Q. Xue and H. Xie, "Wideband Decoupled Asynchronously Coupled Patch Antennas," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 73, no. 2, pp. 906-919, Feb. 2025, doi: 10.1109/TAP.2024.3478367. 

来源:微波工程仿真
ACTHFSS电路ANSA电场理论
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2025-07-16
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周末--电磁仿真
博士 微波电磁波
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