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平面端射天线(Endfire antenna)

平面端射天线(Endfire antenna) 微波工程仿真
2025-02-06
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Endfire antenna 辐射方向沿着天线轴线方向(通常是末端),因此称为“端射”。对于便携式设备和高损耗环境中的无线应用,平面端射(endfire)天线能满足小尺寸和高增益两个非常重要的指标,因此备受关注。

目录



  • 平面endfire天线的设计需求和方法
  • 折叠endfire偶极子
  • 参考文献



Endfire

As shown below👇

平面endfire天线的设计需求和方法

端射天线在便携和高损耗环境中的设计需求有两个,

一是需要最小化endfire尺寸以满足系统的集成要求;

二是必须确保天线的增益足够高,以满足应用环境的需求。


一般来说,有5种方法可以获得平面端射天线。

1、基于波导结构的平面端射天线,


2、基于伪表面等离子体激元(SSPP)的平面端发射天线,


尽管基于波导结构的天线和基于SSPP的天线可以表现出高增益,但它们的端射尺寸通常大于2λ(自由空间中最低频率的波长),这不符合系统集成的要求。


3、基于磁电偶极子(MED)的平面端面发射天线,

然而,无论是通过在大型金属接地平面上蚀刻槽或孔来获得ME互补,还是通过回路电流获得等效磁电流,都无法避免有限端射尺寸(0.5λ)下的低增益(<4 dBi)困境问题。


4、基于Yagi-Uda结构的平面端面发射天线

一般来说,八木天线由驱动元件、指向矢和反射器组成,两个相邻元件之间的最佳间距应在0.1λ和0.25λ之间。如果间距小于此值,则指向矢、反射器和驱动元件之间的相位差将受到影响,从而降低增益。



为了获得较高的端射增益,通常会使用多个指向矢甚至金属接地平面,这会导致端射尺寸增加(>1λ)。


5、通过添加单个寄生元件实现了紧凑型端射天线,

已有研究表明该方法设计的端射尺寸可以实现0.16λ甚至到0.12λ,而增益最高可达到5.1 dBi。




折叠endfire偶极子

折叠端射偶极子的基本原理仍旧是基于八木天线的。

但是能够在实现高增益的同时,满足小尺寸的需求。


如图所示为一款折叠偶极子端射天线的衍化,其衍化的第一级的弯曲五阶模式偶极子是双向辐射图案。

在第二和第三阶段,通过添加短截线来调整电流的相位,这在实现端射辐射方向图的同时提供了更好的天线阻抗匹配。这些短线共同作用,使天线达到最佳的辐射性能。

由于弯折线的结构,大大缩减了天线的尺寸。



参考文献



[1] Y. Song, Y. Luo, N. Yan, Y. Hou, W. An and K. Ma, "Compact and Gain-Enhanced Directive Endfire Higher-Order-Mode Meander Dipole via Asymmetrically Loading Stubs," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 73, no. 2, pp. 706-714, Feb. 2025, doi: 10.1109/TAP.2024.3474185. 

[2] G. R. Dejean and M. M. Tentzeris, "A new high-gain microstrip Yagi array antenna with a high front-to-back (F/B) ratio for WLAN and millimeter-wave applications", IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 55, no. 2, pp. 298-304, Feb. 2007.

        



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微波工程仿真
关注数学、电磁理论、微波射频、电路、工业设计等内容以及相关的仿真、设计工具软件。
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