微带天线展宽
基于微带天线的带宽展宽方法研究
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基于微带天线的带宽展宽方法研究
作者：杨洲商锋
来源：《数字技术与应用》2012年第12期
从而，微带天线的频率带宽展宽就成为了一项需要深思熟虑的工作。
特别的，微带天线的带宽可以通过馈电网络来展宽到一个充足的宽度。
但是这种通过威尔金森功率分配器的隔离电阻来吸收反射波进而展宽带宽的方法并不是真正意义上的对微带天线频段的展宽。
在本文中，描述了一种通过使用馈电点位置和由馈电点位置激励起的两个模的方法。
通过两个模之间的谐振频率的关系，使得微带天线的电压驻波比在一个特定范围内低于其特定值，从而达到展宽带宽的目的。
微带天线设计
第一章微带天线简介1.1微带天线的发展历史与趋势微带天线是20世纪70年代以来逐渐发展起来的一种新型天线。
虽然在1953年就提出了微带天线的概念，但并没有在工程界的引起重视。
从20世纪50年代到60年代也只是做一些零星的研究，直到20世纪70年代初期，在微带传输线的理论模型及对敷铜的介质基片的光刻技术发展之后，第一批具有许多设计结构的实用的微带天线才被制造出来[3]。
为适应现代通信设备的需求，天线的研发方向主要往几个方面进行，即减小天线的尺寸、宽带和多波段工作、智能方向图控制。
随着电子设备集成度的提高，通信设备的体积也变得越来越小，这时天线尺寸就需要越来越小了。
然而，在减小天线的尺寸的同时又不明显影响天线的增益和效率是一项艰巨的工作。
电子设备集成度提高，经常需要一个天线在较宽的频率范围内来支持两个或更多的无线服务，宽带和多波段天线能满足这样的需要。
微带天线由于重量轻、体积小、成本低、制作工艺简单、易与有源器件和电路集成等诸多优点，所以得到广泛的应用和重视。
1.2 微带天线研究的背景微带天线是带有导体接地板的截止基片上贴加导体薄片而形成的天线。
微带天线通过微带线或者同轴线等馈线馈电，在导体贴片与接地板之间激励起射频电磁场，并通过贴片四周与接地板间的缝隙向外辐射。
微带天线主要是一种谐振式天线，相对带宽比较窄，一般设计的带宽只有2%到5%。
随着天线的工作频率的降低，带宽也逐渐变窄。
在这样的背景下，研究影响微带天线带宽的因素，进而找到展宽微带天线的带宽的方法，对于微带天线能否在工业、民用、国防等领域得到广泛的应用，具有重要的意义。
1.3 多频带微带天线研究的意义当今，无线通讯行业发展迅猛，掌上电脑、笔记本电脑和手机都已经成了人们生活的必需品[4]。
对于频谱资源日益紧张的现在通讯领域，迫切需要天线具有双极化功能，因为双极化可使它的通讯容量增加1倍。
对于有些系统，则要求系统工作于双频，且各个频段的极化又不同。
宽频带微带贴片天线技术
宽频带微带贴片天线技术摘要:随着现代通信技术和雷达的发展,宽频带微带贴片天线技术的研究已经得到足够重视。
本文简要论述影响带宽的因素,并着重介绍几种展开带宽的方法。
关键词:微带天线宽频带微波通信微带天线由于具有剖面低、重量轻、体积小、易于共形和批量生产等优点,广泛应用于测量和通讯各个领域。
但微带天线有其固有缺陷,即其阻抗带宽较窄,典型的频带宽度从百分之零点几到百分之几,所以微带天线的窄频带特性成了限制其应用的主要障碍,因此展宽微带天线的带宽具有十分重要的意义。
1 影响微带天线带宽的因素微带贴片天线的窄带特性是由其高Q值的谐振本性决定的,也就是储存于天线结构中的能量比辐射和他它耗散能量大得多,这就意味着谐振时实现了阻抗匹配而当频率偏离谐振点时电抗分量急剧变化使之失配。
微带天线的带宽(BW)往往以输入端电压驻波比系数(VSWR)的值小于某给定值的频率范围来表示,若给定的VSWR值为S,则VSWR<S的频带宽度BW为:2 展宽带宽的途径(1)基本途径:增大基板厚度,降低基板相对介电常数,及增大a/b(矩形)。
这三种途径其主要通过降低等效谐振电路的值来展宽频带宽度,较容易实现,但需要根据实际情况合适地选择这些参数。
(2)改变天线的结构来展宽微带天线带宽。
这种途径主要有:电磁藕合馈电;附加阻抗匹配网络;加载短路探针;在贴片单元或接地板上“开窗’,采用多层结构,采用E型贴片等。
电磁藕合馈电的方法是设法修改等效谐振电路,把普通单层微带天线的简单RLC等效电路修改为多频点的藕合谐振电路,从而实现了阻抗带宽的展宽。
这种展宽天线带宽的方法设计制作起来相对较易实现,但是天线占用空间较大。
附加阻抗匹配网络的方法实际上并不属于微带天线本身的问题,而是馈线的匹配问题。
由于线极化微带天线的工作带宽主要受其阻抗带宽的限制,因此采用馈线匹配技术就能使其工作于较宽的频域上。
例如采用简单的双枝节匹配技术,可将带宽增大至两倍左右。
频带展宽
x
空气介质层
h
馈点探针
2.04GHz～2.91GHz，35.1%
天线E面辐射方向图
天线H面辐射方向图
(a) f =2.13GHz (b) f =2.7GHz 天线贴片上的电流分布情况
最大变化幅度不超过1dB， 最大增益达到了9.05dBi
二、采用L形耦合馈电方式的微带天线
y
Wg
W
金属带
z
Theta x
Lg
L
a 探针 d Phi 0
y
x
泡沫 支撑块 h 接地板
泡沫 支撑块
L形耦合馈电微带天线的S参数 (3.86GHz～5.8GHz)，40.2％
天线输入阻抗变化曲线
天线E面辐射方向图
天线H面辐射方向图
三、脊形接地板微带贴片天线
y
d
z
Theta
Lg
L a
x
y
0 Phi
x
同轴探针 h H
2.02GHz～3.9GHz ,64%
3.1 影响微带天线带宽的因素
带宽的定义：带宽(BW)往往以输入端电压驻波比系数(VSWR)的值小 于某给定值的频率范围来表示，若给定的VSWR值为S，则VSWR<S的 频带宽度BW为：BW = ( S − 1) / QT
S
1 1 1 1 1 = + + + QT Qr Qc Qd Q sw
影响带宽的因素 宽长比(W/L) 介质损耗角正切 相对介电常数 基板的厚度
2 微带天线的分析方法
传输线模型(TLM—Transmission Line Model) ：最早出现的也最简单，把 微带天线的分析简化为一维传输线问题 主要应用于矩形贴片 腔模理论(CM－Cavity Model) ：是在对微带谐振腔分析的基础上发展起 来的 ，发展到基于二维边值问题的求解 ，可用于各种规则贴片 积分方程法(IEM－Integral Equation Method)，即全波(FW－Full Wave)分 析理论：最为复杂也是最精的，计入第三维的变化，可用于各种结构、 任意厚度的微带天线，然而要受到计算模型的精度和机时的限制
宽频带双层微带天线概要
- 114 - Ansoft2004年用户通讯采用ANFSOFT HFSS对宽频带双层微带天线设计与仿真石磊北京理工大学微波通讯实验室 100081摘要：天线作为通讯试验箱前段的重要组成部分，他承担着发射信号和接收的回波信号的任务。
微带天线由于其本身的特点（如结构简单、低刨面、小型化、可以与飞行器表面共形安装而不影响飞行器的空气动力性能和占用飞行器内仓空间，天线可以与微带电路集成在一起，工业制造简单，价格低廉等优点）而得到了广泛的应用。
但是对于微带天线来说，最严重的缺陷是单个贴片天的带宽太窄，与阵子天线、缝隙天线、波导开口喇叭天线等工作带宽一般在15%----50%相比，微带单贴片的天线带宽只能有百分之几。
因此，最近微带天线大量的研究是关于微带天线的频带展宽技术。
关键字：双层微带天线，ANSOFT HFSS，宽频带1．天线形式的选择选择双层微带天线原因a. 作为微带天线，它具有微带天线体积小、轻便易于集成和便于批量生产等特点。
b. 根据设计要求的指标，采取了具有较宽的带宽的双层微带天线的结构。
2．天线的技术指标由于天线作为两个近距离试验箱体上的辐射器，所以对其性能指标的要求不慎严格：* 工作频率：2.2G* 驻波比 <1.5（带内）* 相对带宽>10%* 极化：线极化* 体积不能过大3．天线结构的分析微带天线的频带可以从以下三个方面的带宽来描述：阻带带宽、方向图带宽和极化带宽。
一般来说阻带带宽是天线带宽的主要因素。
通过对微带天线的分析知道，要展宽微带天线的的频带，可以采取以下几种方法：1）增加微代介质的厚度；2）降低微代介质的介电常数；3）采用有耗介质；4）对馈点电路采用宽带阻抗匹配（如阻抗匹配电路或采用开缝耦合对天线馈点）；5）采用对贴片谐振。
前三种办法的效果比较小，而且第三种方法是以天线增益的降低为代价的；第四种方法需要设计宽带匹配电路，但电路结构复杂，制作难度大，因此我们采用第五种方法。
基于缝隙耦合的微带天线设计
基于缝隙耦合的微带天线设计摘要：能够同时适用于射频识别、全球微波无线互联网和无线局域网这几大主流物联网通信技术标准的宽频天线的设计要求越来越高，比如体积小、成本低等，而微带天线体积小、剖面低且可集成化程度高，适合大批量生产，但其频带较窄，使用范围受到限制。
为此，提出了一种紧凑型宽频带微带贴片天线。
该天线引入了L型缝隙和三角形缝隙，仿真结果表明，天线－10dB阻抗带宽可达到100%，其工作频带为1．5GHz～4．3GHz;轴比带宽为3．4GHz～3．8GHz，圆极化带宽为11%;在该范围内的增益都在3dB以上;整个工作频带范围内都实现了宽频带、高增益等特性，适用于射频识别、蓝牙、WLAN等频段。
关键词：宽频带;微带贴片天线;增益;圆极化引言近年来，随着无线电技术的迅猛发展，对天线的要求越来越高，既需要天线高增益、宽频带，还要求具备剖面低、重量轻、易制作等特点。
当前无芯片射频标签正逐渐兴起。
频率编码容量大的无芯片标签工作的频率范围很宽，对标签阅读器的天线提出了更宽频带的要求。
微带天线因为其固有的窄带宽的特点，导致其应用大大地受到限制。
为了拓展微带天线的带宽，1984年，Pozar首次提出了缝隙耦合馈电微带天线，该天线隔离了馈电网络与辐射贴片，降低了馈电网络杂散波对辐射贴片的影响，克服了传统馈电方式带来的电感效应。
用缝隙耦合馈电的方式来拓展带宽，工程师们做了大量的卓有成效的工作。
1结构分析1.1天线结构设计按照结构特征分类可以把微带天线分为微带贴片天线和微带缝隙天线。
从以往的研究来看，不同的贴片形状也会影响天线的阻抗带宽。
常用的贴片形状为矩形、正方形、圆形、三角形或者其他，通常会在这些图形的基础上做一些更加复杂的变化，以此改变天线的工作带宽、波束宽度、增益、轴比特性、圆极化等，来满足实际应用的需求。
本次设计的宽频带天线最终整体结构如图1所示。
该天线对贴片的缝隙大小以及位置进行设计修改，整体包含三个部分，分别为顶层辐射金属贴片层、中间介质基板、底层接地板金属贴片层。
可重构微带天线及宽带圆极化微带天线研究
可重构微带天线及宽带圆极化微带天线研究一、本文概述随着无线通信技术的快速发展，微带天线作为一种重要的天线形式，因其体积小、重量轻、易于集成和制造成本低等优点，在无线通信、卫星通信、雷达系统等领域得到了广泛应用。
传统的微带天线在应对复杂多变的通信环境和需求时，其性能往往难以达到理想状态。
研究和开发具有可重构特性和宽带圆极化特性的微带天线，对于提升无线通信系统的性能、适应性和灵活性具有重要意义。
本文旨在深入研究可重构微带天线及宽带圆极化微带天线的相关理论与技术。
对可重构微带天线的设计原理和实现方法进行探讨，分析其在不同通信需求下的重构机制与性能优化。
研究宽带圆极化微带天线的设计理论和技术实现，探讨其在宽频带范围内实现稳定圆极化辐射的机理和方法。
结合实际应用场景，对可重构和宽带圆极化微带天线的性能进行仿真分析和实验验证，为无线通信系统的天线设计提供理论支持和技术指导。
本文的研究内容不仅有助于推动微带天线技术的发展，还可为无线通信系统的天线设计提供新的思路和方法。
通过深入研究和探索可重构及宽带圆极化微带天线的性能和应用，有望为未来的无线通信系统提供更加高效、灵活和稳定的天线解决方案。
二、微带天线理论基础微带天线，作为一种重要的平面天线形式，自上世纪70年代被提出以来，因其低剖面、易共形、低成本以及易于与微波集成电路集成的优点，在无线通信、卫星通信、雷达系统以及导弹和航天器等众多领域得到了广泛应用。
微带天线的设计和实现涉及到电磁场理论、传输线理论、微波网络理论等多个学科的知识。
微带天线的辐射原理可以通过传输线模型来解释。
在微带天线中，辐射贴片可以视为一段具有特定长度和宽度的传输线，其两个开路端作为辐射边。
当天线被激励时，传输线上的电磁场分布会发生变化，进而激发出辐射场。
辐射贴片上的电场分布决定了天线的辐射方向图和增益，而磁场分布则影响天线的输入阻抗和带宽。
微带天线的性能还受到介质基片的影响。
介质基片的介电常数决定了天线的工作频率和尺寸，而基片的厚度则影响天线的带宽和辐射效率。
一种可展宽频带的微带贴片天线概要
第24卷第2期电波科学学报Vol.24,No.22009年4月CHINESEJOURNALOFRADIOSCIENCE April,2009文章编号100520388(2009)022*******一种可展宽频带的微带贴片天线孙思扬林欣高攸纲吕英华(北京邮电大学电子工程学院,北京100876)3摘要提出了一种可展宽频带的微带贴片天线。
通过对普通矩形微带贴片天线进行切角而展宽频带。
由贴片天线的谐振频率和该贴片上的电流分布出发,生宽带特性的机理。
HFSS对该天线的电特性进行计算,结果表明:(-达到16%(370MHz)。
关键词;;TN82 A DesignofawidebandmicrostrippatchantennaSUNSi2yang LINXin GAOYou2gang LΒYing2hua (SchoolofElectronicEngineering,BeijingUniversityof PostsandTelecommunications,Beijing100876,China)Abstract Thispaperpresentsasingle2patchwide2bandmicrostrippatchantenna1 Thebandwidthisexpandedbycuttingdownasquareatthecorneroftheordinary rectangularpatchantenna1Thewide2bandmechanismisexploredbyinvestigating therelationshipbetweentheresonantfrequencyandthesurfacecurrentdistribution onthepatch1Theelectricalpropertyoftheantennaiscomputedusingcommercially availableFiniteElementsoftware,HighFrequencyStructureSimulator(HFSS),ofAnsoft1Itcanbeseenfromthesimulationresultsthattheantennaproposedinthis paperhasanimpedancebandwidth(S11<-10dB)of16%(370MHz)1Thevalidi2 tyofthisdesignisdemonstrated1Keywords microstrippatchantenna;expandbandwidth;cutdown;surfacecur2rent;flowpath引言随着无线通信技术的迅速发展,微带天线获得了广泛的应用。
小型化宽带化微带天线
小型化宽带化微带天线首先，我们来了解小型化宽带化微带天线的定义。
微带天线是一种由导体和介质基板组成的二维天线，具有体积小、重量轻、易于制作等优点。
而小型化宽带化微带天线则是指天线的尺寸和带宽都得到了一定程度的缩小和拓宽。
通过采用先进的材料和技术，微带天线可以实现更高的性能和更低的成本，成为无线通信领域的理想选择。
接下来，我们将详细阐述小型化宽带化微带天线的特点。
首先，它具有高度集成性，可以方便地与其他通信组件集成在一起，组成尺寸更小的通信系统。
其次，它具有较宽的带宽，可以实现高速数据传输。
此外，它还具有多频段工作的能力，可以在多个频段内实现通信。
最后，它还具有可定制性，可以根据不同的应用场景定制不同的天线结构，满足各种不同的需求。
然而，小型化宽带化微带天线也存在一些缺点。
首先，由于其尺寸的限制，其方向性和增益可能不如传统天线。
其次，由于其结构较为复杂，设计和制作需要较高的精度和成本。
此外，由于其工作频率较高，传输距离可能受到一定的限制。
尽管存在这些缺点，小型化宽带化微带天线的优点仍然使其具有广泛的应用前景。
例如，在无线通信系统中，它可以用于基站、卫星通信、无人机通信等领域。
此外，在物联网、智能家居、车载通信等新兴领域，它也有着广泛的应用前景。
综上所述，小型化宽带化微带天线具有许多优点和缺点，其应用场景也十分广泛。
随着技术的不断进步和发展，我们相信未来小型化宽带化微带天线将会在更多领域得到应用，并且在无线通信领域发挥越来越重要的作用。
在此，我们也提出一些建议和看法。
首先，需要进一步加强小型化宽带化微带天线的研究力度，提高其性能和降低其成本。
其次，需要研究更加有效的天线设计和制作方法，以满足不同场景的需求。
此外，也需要更加注重天线与其他通信组件的兼容性和互操作性，以实现整个通信系统的优化。
总之，小型化宽带化微带天线是一项具有挑战性和前景的研究领域。
通过不断的探索和研究，我们有信心克服其存在的缺点，充分发挥其优点，推动无线通信技术的持续发展。
微带天线展宽解析
对微带天线的激励方式主要分为两大类：直接馈电法和 间接馈电法。直接与贴片相接触的方法称为直接馈电法，
目前普遍采用的有同轴背馈法和微带线侧馈法。与贴片无
直接接触的激励方法就是间接馈电法，此类方法主要有： 电磁耦合法，缝隙耦合法和共面波导馈电法等。馈电技术
直接影响到天线的阻抗特性，所以也是天线设计中的一个
r
Qr 变小， Q sw 变小
Qr 变小， Q sw 变小， Qc 变大
3 各种展宽微带天线带宽的途径
一、基本途径：降低等效谐振电路Q 二、增加额外谐振点：附加寄生贴片、采用 LC谐振电路、
加载短路探针
三、附加阻抗匹配网络 四、其他途径
范列
3.1 采用介电常数较小的厚介质基板 基板厚度h的增加使得天线的辐射电导也随之增大，辐射对应的 Qr 及 总的 QT 下降；介电常数较小时，介质对场的束缚减小，易于辐射，天 线的储能减少，综合两者，天线的频带变宽。
二、枝节匹配在同轴探针馈电的微带天线中的应用
1.78GHz~2.31GHz, 26%
微带天线的E面辐射方向图
微带天线的H面辐射方向图
4.4 展宽微带天线频带的其他途径
y
采用3维V字形贴片天线
W a L x
金属片
z
Theta
b
d 0 V字形贴片 Phi
y
x
c
h2
h1
接地板
1.86GHz~5.36GHz，97%
1.95GHz~3.04GHz, 44%
E面辐射方向图
H面辐射方向图
谢谢指导！
S
1 1 1 1 1 QT Qr Qc Qd Qsw
展宽带宽的方法
展宽带宽的方法
展宽带宽的方法主要有以下几种：
1. 采用阻抗匹配技术对馈电网络进行优化，使微带天线的相对带宽增加。
例如，外围设计阻抗变换器。
2. 采用裂缝耦合方法。
3. 增加贴片电阻等损耗性元件设计或植入集成式电抗性器件。
4. 增加变容二极管。
5. 采用多重谐振腔方法。
6. 在贴片天线辐射边加入耦合的无源贴片，但这种方法增大了天线的尺寸。
7. 采用增加介质板厚度的方法来增加带宽，但在同轴馈电时，较长的同轴线内芯会引入较大的电感，反过来又会影响天线的带宽。
8. 采用多层结构，放置寄生贴片展宽频带方法，可以带宽达到50-70%。
9. 采用蝶形空气微带微带天线展宽方法，可以带宽最高达90%以上。
10. 采用在辐射贴片上开槽方法，该方法相当于在原来的贴片基础上增加了一个耦合LC谐振回路，使天线在两个谐振频率上工作，当这两个谐振频率较为接近时，就可以形成了宽带，达到了展宽频带的作用。
11. 在谐振腔中激励起不同频点的模式，并且使这些不同频点的工作频带彼此有一定的交集，即让这些频点适当地接近但又不完全重合，以此来增加天线的工作带宽。
要在腔体当中激励起不同的谐振频点，可采用的方法如下：
通过单一缝隙作用，使腔体中激励出不同的混合模式；通过多个缝隙作用，使腔体可以在不同频率谐振；通过多个腔体作用；引入其他形状的缝隙和结构；采用不同材料的介质基板。
如需了解更多方法，建议查阅关于展宽带宽的资料或者咨询电子专家，以获取专业的帮助。
微带天线展宽
1.95GHz~3.04GHz, 44%
E面辐射方向图
H面辐射方向图
❖谢谢指导！
l2
r
同轴探针
h
接地板
三、在贴片和接地板之间加入短路探针
y
L
(0.1, 17)
(34.2, 8.4)
短
路 探
(0.1, 0)
针
x
3.62GHz～7.32GHz, 67.5％
(0.1,-17)
空气介质层
同轴探针
接地板
3.3 附加阻抗匹配网络
❖ 一、单调谐枝节匹配技术
3.375GHz～3.855GHz, 13％
y
一、E字形贴片天线
W w
L
d
l
x
空气介质层 h
馈点探针
z
x
Theta
y
0 Phi
x
2.04GHz～2.91GHz，35.1%
天线E面辐射方向图
天线H面辐射方向图
(a) f =2.13GHz
(b) f =2.7GHz
天线贴片上的电流分布情况
最大变化幅度不超过1dB， 最大增益达到了9.05dBi
3.2 增加额外谐振点
❖ 一、 附加寄生贴片
y z
W 2
L 2
a
贴片2
贴
L
片
3
3S
W 3
接地板
x
b d
L 1 S 贴片1 W 1
贴 片 L4 4
W 4
h
r
y
z x
2.66GHz～3.06GHz, 400M, 14%
泡沫介质层
L1
L
h1
h
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱW x
微带天线展宽频带的方法研究的开题报告
微带天线展宽频带的方法研究的开题报告一、研究背景及意义随着通信技术的迅速发展，天线技术的研究越来越受到人们的重视。
微带天线以其轻便、结构简单、易于集成等优点，成为当今通信系统中使用最多的一种天线。
然而，微带天线频带窄，展宽频带是提高微带天线性能的重要手段。
因此，研究微带天线展宽频带的方法，对于提高无线通信系统的性能具有重要意义。
二、研究内容1.对微带天线展宽频带的方法进行综述，包括扩展微带天线反射面积、在微带天线上加入补偿结构、采用多重共振的方法、采用双极化技术等方法；2.通过仿真建立微带天线模型，针对一些常见的微带天线，采用这些方法进行展宽频带的研究，并对展宽效果进行比较分析；3.根据仿真结果，进一步进行实验验证，并对展宽效果进行评价和优化。
三、研究方法和技术路线1.资料收集：从学术论文、专著、网络资源等多个方面搜集和整理与微带天线展宽频带方法相关的研究资料；2.仿真研究：采用专业仿真软件如HFSS等，建立微带天线模型进行展宽频带的仿真研究；3.实验验证：设计并制作微带天线样机，通过实验验证仿真结果，并对展宽效果进行评价和优化；4.结果分析：将仿真和实验数据进行比较分析，确定最终的微带天线展宽频带方法。
四、预期研究结果和创新点1.整合和归纳微带天线展宽频带的方法，为业界提供可供参考的研究资料；2.采用多种方法对不同类型的微带天线进行展宽频带的仿真和实验研究，获得不同方法在不同类型微带天线上的效果；3.对研究结果进行比较分析，确定最优的微带天线展宽频带方法，为微带天线的应用提供技术保障；4.提高微带天线的性能，实现微带天线在通信系统中的更广泛应用。
五、研究难点微带天线频带窄，展宽频带是一项技术难点。
要实现频带的展宽，需要在保持天线性能的前提下增加天线反射面积、加入补偿结构、采用多重共振的方法、采用双极化技术等方法。
不同方法在不同类型的微带天线上的效果不尽相同，选择最佳的展宽方法是本研究的难点之一。
浅谈微带天线
浅谈微带天线浅谈微带天线微带天线，是由导体薄片粘贴在背面有导体接地板的介质基片上而形成的天线。
通常利用微带传输线或同轴探针来馈电，使导体贴片与接地板之间激励高频电磁场，并通过贴片四周与接地板之间的缝隙向外辐射。
金属贴片通常是形状规则的薄片，形状有矩形、圆形或椭圆形等；也可以是窄长条形的薄片振子（偶极子）或由这些单元构成的阵列结构。
这三种形式分别称为微带贴片天线、微带振子天线和微带阵列天线。
微带贴片天线，通常介质基片厚度h远小于工作波长λ，罗远祉等人提出的空腔模型理论是分析这类天线的一种基本理论。
帖片与接地板之间的空间犹如一个上下为电壁、四周为磁壁的空腔谐振器。
对常用的工作模式，长度L约为半个波长,其电场E沿长度方向(x轴)的驻波没有横向(y轴)的变化。
天线的辐射主要由沿横向的两条缝隙产生，每条缝隙对外的辐射等效于一个沿-y轴的磁流元(J m ＝-n×E，n为缝隙外法线单位矢量)。
由于这两个磁流元方向相同，合成辐射场在垂直贴片方向（z轴）最大,随偏离此方向的角度增大而减小，形成一个单向方向图。
天线输入阻抗靠改变馈电位置加以调节。
阻抗频率特性与简单并联谐振电路相似,品质因数Q较高,故阻抗频带窄，通常约为1％～5％。
可用适当增加基片厚度等方法来展宽频带。
接地板上的介质层会使电磁场束缚在导体表面附近传播而不向空间辐射，这种波称为表面波。
故增加基片厚度时须避免出现明显的表面波传播。
微带振子天线，当介质基片厚度远小于工作波长或微带振子长度为谐振长度时，振子上的电流近于正弦分布。
因此，它具有与圆柱振子相似的辐射特性，只是它在介质层中还有表面波传播，使效率降低。
微带阵列天线，利用若干微带贴片或微带振子可构成具有固定波束和扫描波束的微带阵列。
与其他阵列天线相同，可采用谐振阵或非揩振阵（行波阵）。
微带阵列的波束扫描可利用相位扫描、时间延迟扫描、频率扫描和电子馈电开关等多种方式来实现。
微带天线作为一种新型的天线，与普通天线相比，具有不可替代的优势。
微带天线的分析和宽频带设计
1、采可以增加天线的带宽。这是因为多层结 构可以提供更多的谐振腔体，从而产生更多的谐振频率点。此外，通过在各层之 间添加适当的阻抗变换器，可以进一步扩展带宽。
2、采用多频带工作
通过设计多个独立谐振频率的微带天线，可以实现多频带工作。例如，可以 采用多个贴片或多个地面结构来产生多个谐振频率。这种方法可以在不同频率范 围内获得良好的辐射特性，从而实现宽频带工作。
3、采用可调谐谐振器
通过采用可调谐的材料或结构，可以改变微带天线的谐振频率。例如，可以 采用压电材料或磁性材料来实现频率调谐。这种方法可以在不同频率范围内获得 良好的辐射特性，从而实现宽频带工作。
4、采用超材料技术
通过采用超材料技术，可以设计出具有特殊电磁特性的微带天线。例如，可 以采用超材料结构来增强天线的带宽或改变天线的辐射方向图。这种方法可以在 不同频率范围内获得良好的辐射特性，从而实现宽频带工作。
一、宽频带微带天线的理论基础
微带天线的带宽主要受限于其辐射单元的尺寸和形状。为了提高微带天线的 带宽，可以从以下几个方面进行考虑：
1、增加辐射单元的尺寸：辐射单元的尺寸增加可以有效地减小表面波的传 播长度，从而扩展天线的带宽。然而，这也会导致天线的尺寸增大，因此在设计 时需要权衡尺寸和带宽的关系。
二、微带天线的宽频带设计
宽频带设计是指通过调整天线的设计参数，使其在宽频率范围内保持稳定的 性能。对于微带天线来说，宽频带设计是一项重要的挑战，因为微带天线的带宽 通常很窄。
1、调整几何结构：通过改变导体片的形状和尺寸，可以影响微带天线的带 宽。例如，可以增加导体片的面积或调整导体片的边缘曲线，以改变电流分布和 辐射阻抗，从而增加带宽。
3、阻抗：天线的阻抗是指电流在天线中流动时遇到的电阻。阻抗与天线的 辐射效率和稳定性密切相关。计算阻抗通常需要考虑天线的工作频率、形状和尺 寸，以及周围环境的介电常数和磁导率等因素。
宽频带微带天线的设计
2000年6月宇航计测技术第20卷 第3期宽频带微带天线的设计α洪家才* 徐天东 文 摘 频带窄严重制约微带天线的广泛应用。
在讨论微带天线频带展宽的基础上,研究多谐振方式展宽频带的方法。
采用时域有限差分法进行优化设计计算,给出了具体测试结果。
主题词 宽频带 微带天线 时域有限差分+ L 波段1 引 言微带天线由于其本身的特点(如具有结构简单、低剖面、小型化,可以与飞行器表面共形安装而不影响飞行器的空气动力性能和占用飞行器内舱空间,天线可以与微带电路(如放大器等)集成在一起,工业制造简单,价格低廉等优点),而广泛应用于测量和通讯各个领域。
但是对于微带天线来说,最严重的缺陷可能是单个贴片天线的带宽太窄,与振子天线、缝隙天线、波导开口喇叭天线等工作带宽一般在15%～50%相比。
微带单贴片的天线带宽只有百分之几,因此最近微带天线大量的研究是关于微带天线的频带展宽技术〔2,3〕。
2 分析计算图1 微带天线多级谐振展宽频带图微带天线的频带可以从以下三个方面的带宽来描述:阻抗带宽、方向图带宽和极化带宽。
一般来说阻抗带宽天线带宽的主要因素。
通过对微带天线的分析可以知道,要展宽微带天线的频带,可以采用以下几种方法:①增加微带介质的厚度;②降低微带介质的介电常数;③采用有耗介质;④对馈电电路采用宽带阻抗匹配(如阻抗匹配电路或采用开缝耦合对天线馈电);⑤采用多贴片谐振。
一般来说,前三种方法的效果比较不明显,而且第三种方法是以天线增益的降低为代价的;第四种方法需要设计宽带匹配电路,但电路结α收稿:2000-02-08*北京怀柔装备指挥技术学院,讲师,男,101416构复杂,制作难度比较大。
因此我们采用第五种方法,该方法是利用多贴片耦合的方式,使每个贴片天线的谐振中心频率各不相同、而各谐振带宽又相互交叉,使整个天线的总体带宽展宽,如图1所示,就象电路中采用多级放大器展宽频带的方法类似。
每个贴片均采用矩形结构,根据矩形结构微带天线的理论,单个矩形贴片微带天线的长度近似为1 2个波导波长,因此,单个贴片的谐振中心频率可以按下式计算f=cΚdΕr=qc2bΕr(1) 式中:c—光速;q—等效介电常数因子;b—贴片的长度。
宽带微带天线技术的探讨
宽带微带天线技术的探讨摘要：随着现代通信和雷达技术的飞速发展，宽频带技术已经成为当前微带天线的研究重点。
概述了微带天线实现宽频带所采用的主要措施及各自的优缺点，并介绍了分析方法以及目前常用的设计软件。
关键词：微带天线；宽频带；雷达；通信近些年来,天线作为通信、广播、雷达、制导等无线电应用系统的关键设备在功能、设计及制造工艺上都发生了巨大变化。
尤其微带天线以他重量轻、可共形、易集成、便于匹配等优点获得了更多青睐。
尤其在移动通信和个人通信中，微带天线的地位在将来的发展中将无可比拟。
然而，一般单层微带天线的带宽只有0.7%～7%，频带窄这一主要缺点又制约了他的发展。
目前，很多的研究人员致力于展宽微带天线的带宽采用了各种方法，使得天线单元的带宽达到了13%，16%，25%甚至40%（SWR<21宽带微带天线的发展概况和动态目前，微带天线的宽带技术有以下几种：1.1采用特殊材料的介质基片微带天线阻抗频带窄的根本原因在于他是一种谐振式天线，他的谐振特性犹如一个高Q 并联谐振电路。
因此，展宽频带的基本途径是降低等效谐振电路的Q值。
这样，可以采取增大基片厚度，降低基片的介电常数εr等方法实现。
由于因辐射引起的Q值几乎与电厚度h／λ成反比，所以加厚基片是展宽频带的有效手段，但是基片加厚过大会引起表面波的明显激励。
降低εr可以将带宽扩至1～2倍，同时可以减小表面波的影响，但要求馈线宽，需抑制辐射损耗的加大。
目前，一个不常用但非常简单的降低Ｑ值的方法是采用大损耗基片或附加有耗材料。
例如用铁氧体材料作基片可以明显展宽频带，且使贴片尺寸大为减小即实现了小型化，但由于损耗大，其效率很低［1］1.2附加阻抗匹配网络这种方法实际上并不属于天线本身的问题，而是属于馈线匹配问题。
由于线极化微带天线的工作带宽主要受其阻抗带宽限制，因此采用馈线匹配技术就能使他工作于较宽频域上。
例如采用简单的双枝节匹配技术，可将带宽增大至2倍左右。
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一、E字形贴片天线
W w
L
d
l
x
空气介质层 h
馈点探针
z
x
Theta
y
0 Phi
x
2.04GHz～2.91GHz，35.1%
天线E面辐射方向图
天线H面辐射方向图
(a) f =2.13GHz
(b) f =2.7GHz
天线贴片上的电流分布情况
最大变化幅度不超过1dB， 最大增益达到了9.05dBi
3.2 增加额外谐振点
❖ 一、 附加寄生贴片
y z
W 2
L 2
a
贴片2
贴
L
片
3
3S
W 3
接地板
x
b d
L 1 S 贴片1 W 1
贴 片 L4 4
W 4
h
r
y
z x
2.66GHz～3.06GHz, 400M, 14%
泡沫介质层
L1
L
h1
h
W x
❖ 二、采用LC谐振电路
Wx
L
a
b d1
d2
l1
对带宽的影响 BW 增大 BW 增大 BW 增大 BW 增大
3 各种展宽微带天线带宽的途径
❖ 一、基本途径：降低等效谐振电路Q
❖ 二、增加额外谐振点：附加寄生贴片、采用 LC谐振电路、
加载短路探针 ❖ 三、附加阻抗匹配网络 ❖ 四、其他途径
范列
❖ 3.1 采用介电常数较小的厚介质基板
基板厚度h的增加使得天线的辐射电导也随之增大，辐射对应的 Qr 及 总的 QT 下降；介电常数较小时，介质对场的束缚减小，易于辐射，天 线的储能减少，综合两者，天线的频带变宽。
1.2 馈电结构模型
同轴探针馈电模型
微带线侧馈模型
介质基板1 介质基板2
馈线
接地板
电磁耦合馈电模型
辐射贴片
缝隙耦合馈电模型
矩形槽
共面波导馈电模型
共面波导
2.1 影响微带天线带宽的因素
❖ 带宽的定义：带宽(BW)往往以输入端电压驻波比系数(VSWR)的值小 于某给定值的频率范围来表示，若给定的VSWR值为S，则VSWR<S的
1.95GHz~3.04GHz, 44%
E面辐射方向图
H面辐射方向图
❖谢谢指导！
频带宽度BW为：BW (S 1) / QT S
❖
1111 1 QT Qr Qc Qd Qsw
影响带宽的因素
宽长比(W/L)
介质损耗角正切 tan 相对介电常数 r
基板的厚度
变化方向
品质因素的变化
增加
Qr 变小， Qsw 变小
变大 变小
Qd 变小
Qr 变小， Qsw 变小
增大
Qr 变小，Qsw 变小，Qc 变大
1.1 微带天线的馈电技术
对微带天线的激励方式主要分为两大类：直接馈电法和 间接馈电法。直接与贴片相接触的方法称为直接馈电法， 目前普遍采用的有同轴背馈法和微带线侧馈法。与贴片无 直接接触的激励方法就是间接馈电法，此类方法主要有： 电磁耦合法，缝隙耦合法和共面波导馈电法等。馈电技术 直接影响到天线的阻抗特性，所以也是天线设计中的一个 重要组成部分。
l2
r
同轴探针
h
接
(0.1, 17)
(34.2, 8.4)
短
路 探
(0.1, 0)
针
x
3.62GHz～7.32GHz, 67.5％
(0.1,-17)
空气介质层
同轴探针
接地板
3.3 附加阻抗匹配网络
❖ 一、单调谐枝节匹配技术
3.375GHz～3.855GHz, 13％
❖ 二、枝节匹配在同轴探针馈电的微带天线中的应用
1.78GHz~2.31GHz, 26%
微带天线的E面辐射方向图
微带天线的H面辐射方向图
4.4 展宽微带天线频带的其他途径
y
❖ 采用3维V字形贴片天线
W
a
L
金属片
b
d
V字形贴片
h1
c
接地板
xz
Theta
y
0 Phi
x
h2
1.86GHz~5.36GHz，97%