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一般的单极子天线如何匹配输入阻抗

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实验需要用一个单极子天线(monopole),采用SMA立馈,将PCB板打一个孔,直接插入SMA接头,但是这样给出的S11效果不在所希望的频点。因此希望设计所希望频点的匹配输入阻抗。查了查相关的文献,大多数planar monopole antenna都是侧馈而不是立馈的。
下面这本书中看到某一章采用了立馈,使用方法是在SMA探针顶上焊一个小球,感觉可操作性不适合强:
Chen, Z. N. and M. Y. W. Chia (2006). Broadband planar antennas: design and applications, Wiley.
除此之外就是看到一些电小天线的分析,似乎没有很好的方法。有部分内容讨论了使用加载电容来消去电感的影响,SMA探针长度对应的半解析输入阻抗公式计算等等,看起来有些云里雾里。所以在此请教一下:
1.一般按照上面所需PCB立馈SMA作为monopole有成熟的优化S11方法吗?
2.求推荐比较合适的文献或教材也行。
非常感谢!

1.调节天线的臂长将频率调过去
2.阻抗匹配
第一种方法简单些

1.天线的臂长似乎效果不佳;
2.阻抗匹目前除了前文的方法,还有想到的就是通过传输线变换,先将虚部消掉,然后再将实部通过1/4波长变换,但这样一来底部需要另加两段同轴波导很麻烦,不知道有没有更简单的方法。
多谢!

调节臂长是最有效果的,四分之一波长附近 不会错的

谢谢Hiworld的回答。
今天用CST MWS仿真了一下PEC接地面上的monopole,确实正如你所说,将高出地面的部分调节至约1/4波长高度,可以得到比较好的S11参数,而且带宽还不错。
查了查文献解释,Kraus《天线》一书第六章6.5节提到,半波天线的辐射电阻约为73Ohm,并提到实际馈端阻抗包含感抗值,因此为Z=73+j42.5 Ohm。
对于1/4波长接地面上的monople,按照镜像原理,实际上和半波天线近似等效,只不过方向图只出现在上半空间,因此最后阻抗为半波天线的一半。理由见:
http://www.antenna-theory.com/antennas/monopole.php
另外,如果在monopole上面顶一个金属小球,发现带宽可以明显拓宽。理由见第一个帖子。
但是,我现在的问题是,monople并不是放在接地面上,而是放在PCB上,PCB本身有厚度,除了接地面,正面也刻蚀结构。最简单的例子比如下面这篇文章的蘑菇状结构:
Sievenpiper, D., et al. (1999). "High-impedance electromagnetic surfaces with a forbidden frequency band." Ieee Transactions on Microwave Theory and Techniques 47(11): 2059-2074.
这篇文章提到这种蘑菇状结构可以达到很好的AMC(人工磁导体)效果,并将TE表面波和TM表面波分开。低频时对应为TM表面波,PCB上的蘑菇状结构表现为感抗表面,可以用一个
monopole去激励这种表面波。但是考虑到这种monopole如果用SMA激励的话,怎么优化S参数保证输入阻抗匹配呢?这种情况感觉和前面所仿真和讨论的不太一样,毕竟表面已经不是PEC,因此也就不是镜象原理所对应的阻抗了。所以发现这样的仿真很难得到比较好的S参数,而且仅仅只是在PEC上面铺一层介质,而没有蘑菇状金属结构,都会导致S参数不理想,毕竟铺上一层介质刚好也是可以形成介质波导支持表面波了,因此它通常也表现为感抗表面支持TM表面波,而不再是PEC属性。
不知道有没有更好的建议?多谢!

还是那两个方法啊
1.无源天线问题其实是尺度问题,简单说就是电尺寸一致的话,效果也是一样的。
如果采用这种方法,只需要等比例放大或缩小现有天线的尺寸,包括长宽高,然后
就可以调谐频率到你需要的地方了
2.如果PCB上还有其它的器件对PCB厚度很敏感,这时就不能用第一种方法了。因为
高度调节受限。这时可以考虑用公地的、置于天线背面的微带线或者带状线进行阻
抗匹配,对带宽要求不高的话,使用最简单的单支节调配即可。此时的馈电网络和
辐射器是分开的。最终的馈电只需用SMA侧馈或背馈至匹配网络出入端即可。
结构的话,有点像三明治,可以查一下Pozar的Aperture Coupled Microstrip Patch
Antenna,将耦合缝隙变成Probe就可以了。
仅供参考!

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