G 12=“1Ỵ *JJ E1 X H
2.4. Mô hình sử dụng cáp đồng trục:
điểm nạp nội bộ tiếp cận tâm của bản vá (y 0 = L/2), hàm cos( 0) thay đổi
Microstrip Transmission
Anten vi dải giống như các hốc chứa chất điện môi và chúng thể hiện sự cộng hưởng bậc cao hơn. Các trường chuẩn hóa bên trong chất nền điện mơi (giữa miếng dán và mặt đất) có thể được tìm thấy chính xác hơn bằng cách coi vùng đó như một khoang được giới hạn bởi các dây dẫn điện (bên trên và bên dưới nó) và bởi các bức tường từ tính (để mơ phỏng một mạch hở)dọc theo chu vi của miếng dán. Điều này là một mơ hình gần đúng, về nguyên
tắc dẫn đến trở kháng đầu vào phản kháng (giá trị cộng hưởng bằng 0 hoặc vơ hạn) và nó khơng bức xạ bất kỳ cơng suất nào. Tuy nhiên, giả sử rằng các trường thực tế gần đúng với các trường được tạo ra bởi một mơ hình như vậy, thì mẫu tính tốn, dẫn nạp vào và tần số cộng hưởng sẽ so sánh tốt với các phép đo. Đây là một cách tiếp cận được chấp nhận, và nó tương tự như các phương pháp đã rất thành cơng trong việc phân tích ống dẫn sóng, cáp đồng trục và bộ tản nhiệt.
Để tìm hiểu sâu hơn về mơ hình này, chúng ta hãy cố gắng trình bày một diễn giải vật lý về sự hình thành các trường bên trong khoang và bức xạ qua các bức tường bên của nó. Khi miếng dán vi dải được cung cấp năng lượng, sự phân bố điện tích được thiết lập trên bề mặt trên và dưới của miếng dán, cũng như trên bề mặt của mặt phẳng đất, như thể hiện trong Hình 2.13. Việc phân phối điện tích được kiểm soát bởi hai cơ chế; một cơ chế hấp dẫn và một cơ chế đẩy. Cơ chế hấp dẫn là giữa các điện tích trái dấu tương ứng ở mặt dưới của miếng dán và mặt phẳng, có xu hướng duy trì nồng độ điện tích ở mặt dưới của miếng dán. Cơ chế đẩy là giữa các điện tích giống như trên bề mặt dưới cùng của miếng dán, có xu hướng đẩy một số điện tích từ dưới cùng của miếng dán, xung quanh các cạnh của nó, lên bề mặt trên cùng của nó. Sự chuyển động của các điện tích này tạo ra mật độ dòng điện tương ứng J
b và J t, tương ứng ở bề mặt đáy và bề mặt trên của miếng dán, như thể hiện trong Hình 2.13. Vì đối với hầu hết các miếng dán thực tế, tỷ lệ chiều cao - chiều rộng là rất nhỏ, cơ chế hấp dẫn chiếm ưu thế và hầu hết nồng độ điện tích và dòng điện vẫn nằm bên dưới miếng dán. Một lượng nhỏ dòng điện chạy xungquanh các cạnh của miếng dán lên bề mặt trên cùng của nó. Tuy nhiên, dịng
điện này giảm khi tỷ lệ chiều cao - chiều rộng giảm. Trong giới hạn, dòng điện tới đỉnh sẽ bằng 0, lý tưởng là sẽ không tạo ra bất kỳ thành phần từ trường tiếp tuyến nào tới các cạnh của miếng dán. Điều này sẽ cho phép bốn bức tường bên được mô phỏng như những bề mặt dẫn từ hồn hảo mà lý tưởng là sẽ khơng làm nhiễu từ trường và do đó, phân bố điện trường bên dưới miếng dán. Kể từ khi thực tế, ở đó là một tỷ lệ chiều cao - chiều rộng hữu hạn, mặc dù nhỏ, từ trường tiếp tuyến ở các cạnh sẽ khơng chính xác bằng khơng. Tuy nhiên, vì chúng sẽ nhỏ, nên một phép gần đúng đối với mơ hình cáp đồng trục là coi các thành bên là vật dẫn từ tính hồn hảo. Mơ hình này tạo ra các phân phối điện trường và từ trường chuẩn hóa tốt (các chế độ) bên dưới miếng dán.
sao anten vi dải bức xạ. Xem xét hình chiếu mặt bên của một anten vi dải được thể hiện trong Hình 2.13. Vì dịng điện ở cuối miếng dán bằng 0 (hở mạch), nên dòng điện cực đại ở tâm của miếng dán nửa sóng và lý tưởng là bằng không ở đầu miếng dán. Giá trị dịng điện thấp này tại nguồn cấp giải thích một phần lý do tại sao trở kháng lại cao khi được cấp nguồn ở cạnh đầu, như thể hiện trong Hình 2.10(a). Bởi vì lý tưởng có thể xem anten vi dải như một đường truyền hở mạch, hệ số phản xạ điện áp của điện áp là 1; do đó điện áp và dịng điện lệch pha nhau. Do đó, ở cuối miếng dán, điện áp là tối đa. Tại trung tâm của miếng dán (cách các cạnh một phần tư bước sóng), điện áp phải nhỏ nhất. Về cơ bản, có tính đến các kích thước hữu hạn của lỗ khoang, các trường bên dưới miếng dán giống như trong Hình 2.12(b), hiển thị gần như viền của các trường xung quanh các cạnh.
(a) Khơng có viền (a) Có viền
Dựa trên cấu trúc trường trong Hình 2.14, các trường viền là nguyên nhân gây ra bức xạ. Lưu ý rằng các trường viền ở các cạnh đầu và cuối (bên trái và bên phải của Hình 2.14) của anten vi dải đều theo cùng một hướng (trong trường hợp này là hướng y). Do đó, viền trường điện tử trên các cạnh trước và sau của anten vi dải cộng lại theo pha và tạo ra bức xạ của anten vi dải. Dòng điện cũng tăng theo pha trên miếng dán; tuy nhiên, một dịng điện bằng nhau nhưng có hướng ngược lại nằm trên mặt đất (như minh họa trong Hình 2.13), dịng điện này sẽ hủy bỏ bức xạ. Điều này cũng giải thích tại sao anten vi dải bức xạ nhưng đường truyền vi dải thì khơng. Bức xạ của anten vi dải phát sinh từ các trường viền là do sự phân bố điện áp thuận; do đó, bức xạ được cho là do điện áp chứ khơng phải do dịng điện. Do đó, miếng dán là “bộ tản nhiệt điện áp”, trái ngược với anten dây, là “bộ tản nhiệt dòng điện”.
Hơn nữa, lưu ý rằng hằng số điện môi Er của chất nền càng nhỏ thì trường viền càng lớn; nghĩa là, trường "cúi" xa hơn khỏi miếng dán. Do đó, cho phép tạo ra bức xạ hiệu quả hơn. Ngược lại, khi khơng có bức xạ nào được mong muốn, như trong đường truyền, giá trị t: cao được mong muốn. t: cao làm cho các trường trở nên liên kết chặt chẽ hơn (ít viền hơn), dẫn đến hiệu suất bức xạ mong muốn nhỏ hơn (lý tưởng là bằng khơng).
Bởi vì độ dày của miếng dán thường rất nhỏ, các sóng được tạo ra bên trong chất nền điện môi (giữa miếng dán và mặt đất) trải qua phản xạ đáng kể khi chúng đến rìa của miếng dán. Do đó chỉ một phần nhỏ năng lượng tới được bức xạ; do đó anten được coi là rất kém hiệu quả. Các trường bên dưới miếng dán tạo thành sóng đứng có thể được biểu diễn bằng các hàm sóng hình sin. Vì chiều cao của chất nền rất nhỏ (h << X trong đó X là bước sóng bên trong chất điện mơi), các biến thể trường dọc theo chiều cao sẽ được coi là khơng đổi. Ngồi ra, do chiều cao của chất nền rất nhỏ, nên đường viền của trường dọc theo các cạnh của miếng dán cũng rất nhỏ, do đó điện trường gần như bình thường đối với bề mặt miếng dán. Do đó, chỉ các cấu hình trường
TMx sẽ được xem xét trong lỗ khoang. Trong khi các bức tường trên cùng và dưới cùng của khoang dẫn điện hoàn toàn, bốn bức tường bên sẽ được mơphỏng như những bức tường từ tính hồn hảo (từ trường tiếp tuyến biến mất
dọc theo bốn bức tường đó).