微带天线
第讲微带天线和手机天线
3.3 微带天线辐射原理
K
J
M s
=
nK
×
(
K E1
−
K E2 )
z 该电场可近似表达为（设沿贴片宽度和基片厚度方 向电场无变化）。
x z
L
z L边的磁流抵消。
z两条W边的辐 射增强。
O
W
J
m s
yLeabharlann Eεr3.3 微带天线辐射原理
z 传输线模型法精度不高，但物理概念清晰明了， 特别适合于分析矩形贴片微带天线。
4.2 手机外置天线
z手机外置天线常用的还有法 向模螺旋天线。该天线的方向 图、极化特性类似于单极天 线，但是由于其输入阻抗对频 率很敏感，因而具有窄带特性。
z手机通信过程中人体处于天线 的近区场中，手机天线辐射特 性明显受到人体的影响，同时 由于外置式天线不适合加反射 板，所以外置式天线的手机对 人体的辐射伤害的研究近年来 也受到重视。
改善或消除天线对载体的 空气动力学性能的影响。
有利于增加天线的有效孔 径面积，提高天线增益， 降低雷达散射截面。
便于实现装置的小型化和 宽波束，等。
3.2 微带天线的基本结构
z 矩形微带天线是由矩形导体薄片粘贴在背面有导体 接地板的介质基片上形成的天线。
x z
L
O
W
J
m s
y
E
εr
3.2 微带天线的基本结构
4.3 手机内置天线
而倒F天线是倒L形天线的变型，它在天线上 增加了一个短路段以获得输入阻抗的改变， 天线因附加特征呈倒F形并因此命名。
4.3 手机内置天线
手机中PIFA的结构如图所示。
4.3 手机内置天线
z 目前已有很多关于双频、双极化或双频双极化微带 天线的研究报道。
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。
(天线技术)第8章缝隙天线和微带天线
将切割好的导电材料与绝缘材料组装在一起，使用适当的粘合剂 或机械固定方式进行固定。
测试与调整
完成制作后，对缝隙天线进行测试和调整，确保其性能符合设计 要求。
05
微带天线的设计与实现
微带天线的设计方法
确定工作频率
根据应用需求，确定微带天线的工作频率。
设计贴片形状和尺寸
根据理论公式和仿真软件，设计出合适的贴 片形状和尺寸。
性能特点的比较
缝隙天线
结构简单、易于加工、成本低，但带 宽较窄，增益较低。
微带天线
体积小、重量轻、易于集成，具有宽 频带和多频段特性，但效率较低、功 率容量有限。
应用场景的比较
缝隙天线
广泛应用于通信、雷达、导航等领域，尤其适用于低成本、小型化要求较高的 场合。
微带天线
广泛应用于卫星通信、移动通信、电子战等领域，尤其适用于需要集成度高、 体积小的场合。
天线技术的未来展望
多样化应用场景
随着5G/6G通信、物联网、 智能终端等应用的普及， 天线技术的应用场景将更 加多样化。
创新性技术突破
未来天线技术将不断涌现 出新的理论和技术，推动 天线性能的不断提升和应 用领域的拓展。
绿色环保理念
随着社会对环保的重视， 天线技术将更加注重绿色 环保理念，推动可持续发 展。
缝隙天线的历史与发展
缝隙天线最早可以追溯到19世 纪末期，当时主要用于无线电
报通信。
随着技术的发展，缝隙天线 在20世纪得到了广泛的应用， 特别是在雷达、卫星通信无线通信技术的 快速发展，缝隙天线在移动通 信、WiFi通信等领域的应用也
越来越广泛。
02
微带天线概述
微带天线的定义
06
微带天线的定义
微带天线的定义：在有金属接地板的介质基片上沉积或贴附所需形状金属条、片构成的微波天线。
它利用微带线或同轴线馈线馈电，在导体贴片与接地板之间激励器射频电磁场，并通过贴片四周与接地板间的缝隙向外辐射。
因此，微带天线也可以看作为一种缝隙天线。
通常介质基片的厚度与波长相比是很小的，因而它实现了一维小型化，属于电小天线的一类。
微带天线的结构：微带天线是由一块厚度远小于波长的介质板（称为介质基片）和（用印刷电路或微波集成技术）覆盖在它的两面上的金属片构成。
其中一片金属片完全覆盖介质板的一面，称为接地板，另一金属板的尺寸可以和波长相比拟，称为辐射元，辐射元的形状可以是方形、矩形、圆形、椭圆形等等。
微带天线的分类：（1）微带贴片天线导体贴片一般是规则形状的面积单元，如矩形、圆形或或圆形薄片等。
（2）微带振子天线天线同微带贴片天线相似，贴片是窄长条形的薄片振子（偶极子）。
（3）微带线型天线利用微带的某种形变（如弯曲、直角弯头等）来形成辐射。
（4）微带缝隙天线利用开在地板上的缝隙，由介质基片另一侧的微带线或其他馈线（如槽线）对其馈电。
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之为直接馈电法，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。
微带天线工作原理——辐射机理：贴片尺寸为a ×b,介质基片厚度为h 。
微带贴片可看作为宽a 长b 的一段微带传输线，其终端（a 边）处因为呈现开路，将形成电压波腹。
一般取b ≈m λ/2 ，m λ 为微带线上波长。
于是另一端（a 边）处也呈电压波腹。
电场可近似表达为（设沿贴片宽度和基片厚度方向电场无变化） E z =0E )b /(cos x π 天线的辐射由贴片四周与接地板间的窄缝形成。
微带天线
用于卫星通信技术的金属贴片
01 简介
03 结构与分类 05 分析模型
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ目录
02 特点 04 圆极化技术 06 运用
微带天线的结构一般由介质基板、辐射体及接地板构成。介质基板的厚度远小于波长，基板底部的金属薄层 与接地板相接，正面则通过光刻工艺制作具有特定形状的金属薄层作为辐射体。辐射片的形状根据要求可进行多 种变化。
简介
mps在1953年开始提出了微带天线的概念。但是，直到70年代初期，理论模型的建立更加完备且微波集成技 术快速发展，此时，微带天线才得以实际使用。
一般要求微带天线介质基片的介电常数小于等于10，厚度h小于等于波长；辐射器的形状可以是矩形、圆形、 三角形或其他的规则形状。辐射贴片的形状不同，辐射特性也有所差异。
由于微带阵列天线可以实现提高增益、增强方向性、提高辐射效率、降低副瓣、形成赋形波束和多波束等特 性，故微带阵列天线越来越多的应用于各个领域，而国内外的学者对于微带阵列天线的研究也给予了广泛的。
特点
优点
缺点
微带天线在结构及物理性能等方面具有许多优点。
第一，剖面低，即微带天线可以做的很薄，非常适合于高速飞机及空间飞行器使用。
多元圆极化微带天线实际上是一个微带阵列，即利用多个线极化的辐射源，在相位上相差90°，保持振幅不 变以获得圆极化波，这一原理与多馈点的单个圆极化微带天线比较类似。
分析模型
目前为了更准确地求得其辐射特性，已经出现了多种物理模型来模拟微带天线。但不管是哪种理论分析法， 它们都是在求特定边界条件下的麦克斯韦方程组，只是处理特定边界条件的方法不同，推导过程中的具体解法不 同。
已提出的物理模型有传输线模型、腔体模型、模式展开模型、金属线模型、以及辐射孔径模型等。这些方法 相互补充，各有所长，各有所短。
微带天线工作原理
微带天线工作原理微带天线是一种广泛应用于通信系统中的天线结构，它具有结构简单、制作方便、性能可调和工作频段宽等优点，因此在无线通信系统中得到了广泛的应用。
微带天线的工作原理是基于微带线与辐射负载之间的耦合效应，通过合理设计微带线和辐射负载的结构参数，可以实现对天线的频率、阻抗和辐射特性的调节。
本文将从微带天线的基本结构、工作原理和特点等方面进行详细介绍。
1. 微带天线的基本结构。
微带天线的基本结构包括微带线、辐射负载和基底板三部分。
微带线是由金属导体和绝缘基底组成的，其长度和宽度决定了天线的工作频率和阻抗匹配特性。
辐射负载是用来辐射电磁波的部分，通常是一个金属片或贴片，其结构和尺寸对天线的辐射特性有重要影响。
基底板是支撑微带线和辐射负载的部分，通常采用介质常数较小的材料，如陶瓷基板或塑料基板。
2. 微带天线的工作原理。
微带天线的工作原理主要是基于微带线与辐射负载之间的耦合效应。
当微带线上有高频电流通过时，会在微带线和基底板之间产生电磁场，这个电磁场会通过辐射负载辐射出去，从而实现天线的辐射功能。
微带线的长度和宽度决定了天线的工作频率，而辐射负载的结构和尺寸则影响了天线的辐射特性。
通过合理设计微带线和辐射负载的结构参数，可以实现对天线的频率、阻抗和辐射特性的调节。
3. 微带天线的特点。
微带天线具有结构简单、制作方便、性能可调和工作频段宽等特点。
首先，微带天线的制作工艺相对简单，可以采用印制电路板工艺进行批量生产，成本较低。
其次，微带天线的结构参数可以通过调节微带线和辐射负载的尺寸来实现对天线的频率、阻抗和辐射特性的调节，具有较好的可调性。
最后，微带天线的工作频段较宽，可以满足不同频段的通信需求。
总结：微带天线是一种在无线通信系统中广泛应用的天线结构，其工作原理是基于微带线与辐射负载之间的耦合效应。
通过合理设计微带线和辐射负载的结构参数，可以实现对天线的频率、阻抗和辐射特性的调节。
微带天线具有结构简单、制作方便、性能可调和工作频段宽等特点，因此在无线通信系统中得到了广泛的应用。
微带天线辐射原理
微带天线辐射原理一、微带天线的概念和分类微带天线是一种基于印刷电路板技术制作的平面天线，由于其结构简单、重量轻、易于制造和安装等优点，被广泛应用于通信、雷达和卫星等领域。
根据结构形式不同，微带天线可以分为三种类型：矩形微带天线、圆形微带天线和其他形状的微带天线。
二、微带天线的辐射原理微带天线的辐射原理是基于电磁场理论。
当电流通过导体时，会产生一个电场和一个磁场。
这两个场相互作用，形成电磁波并向外辐射。
在微带天线中，导体是由金属箔片组成的，在介质基板上铺设一层金属箔片，并与地面接触。
当输入信号通过馈线传输到微带天线上时，导体中会产生电流，在介质基板上会产生表面波（Surface Wave）。
表面波在介质基板和空气之间传播时，会沿着导体边缘产生辐射，并向外传播。
三、微带天线的特点1. 结构简单：由于其结构简单，制造过程容易控制，可以批量生产。
2. 重量轻：微带天线是一种平面结构，重量轻，易于安装和维护。
3. 频率范围宽：微带天线的频率范围从几百兆赫兹到几千兆赫兹不等，可以满足不同频段的需求。
4. 辐射效率高：由于其结构特殊，可以提高辐射效率，并且具有良好的方向性和极化特性。
5. 抗干扰能力强：微带天线在设计时可以采用抗干扰技术，提高其抗干扰能力。
四、微带天线的设计要点1. 基板选择：基板是微带天线的重要组成部分，对其性能有很大影响。
选择合适的基板材料和厚度是设计中必须考虑的因素。
2. 导体宽度和长度：导体宽度和长度决定了微带天线的共振频率和辐射特性。
根据需要选择合适的宽度和长度进行设计。
3. 地平面大小：地平面是指微带天线下方接地的金属板。
地平面大小会影响天线的辐射效率和方向性，需要根据设计要求进行选择。
4. 馈线位置和类型：馈线是将信号输入到微带天线中的部分，馈线的位置和类型会影响天线的阻抗匹配和性能。
5. 辐射特性调整：通过调整导体形状、大小和位置等因素可以改变微带天线的辐射特性，满足不同应用需求。
微带天线工作原理
微带天线工作原理
微带天线是一种常用的无线通信天线，其工作原理是基于微带电路的特性。
微带天线的结构包括导体贴片、基底板和接地板。
导体贴片通常呈现出直线、圆形或其他形状，而基底板则是导体贴片的基座，接地板则用于提供天线的接地。
在工作过程中，微带天线通过导体贴片与基底板构成了一个微带传输线。
当电信号通过导体贴片传入时，导体贴片会通过电场和磁场的耦合作用产生辐射。
这种辐射可以在空间中形成一个电磁波，并且以指定的频率传输信号。
电场和磁场的耦合作用是通过微带传输线的微带模式完成的。
微带模式是指电场和磁场在导体贴片和基底板之间建立的共振模式。
通过调整导体贴片的长度、宽度和形状，可以改变微带模式的频率和辐射特性，从而实现对天线性能的优化。
微带天线的工作原理可以进一步解释为，当电信号通过导体贴片传输时，导体贴片会在其中产生电流分布。
这个电流分布将在导体贴片表面产生电场，并形成辐射电场。
同时，电流分布还会在导体贴片和基底板之间形成磁场，并形成辐射磁场。
这两个辐射场的叠加将形成辐射电磁波。
总之，微带天线通过微带传输线的电场和磁场耦合作用，将电信号转化为辐射电磁波。
这种辐射波可以被接收器或其他通信设备接收并解码，从而实现无线通信的传输。
第五讲微带天线
School of Electronic Engineering
微带天线的结构和特点
School of Electronic Engineering
图1 微带天线形式
（a）微带贴片天线 （b）微带振子天线 （c）微带线性天线 （d）微带缝隙天线
EMW Propagation Engineering
EMW Propagation Engineering
School of Electronic Engineering
微带天线的结构和特点
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。其基片厚度与波长相比一般很小， 因而它实现了一维小型化。 导体贴片一般是规则形状的面积单元，如图2中所 示的矩形、圆形或圆环形薄片等；也可以是窄长条形的 薄片振子，此时形成的天线便称为微带振子天线，如图1 （b）所示。如果利用微带线的某种变形（如直角弯头、 弧形弯曲等）来产生辐射，便称为微带线性天线，如图1 （c）所示，这种天线大多沿线传输行波，它们又称为微 带行波天线。还可利用开在接地板上的缝隙来产生辐射， 此时由介质基片另一侧的微带线或其它馈线对其馈电。 这种单元形成的天线称为微带缝隙天线或微带开槽天线。 如图1（d）所示。 除此四种单元及其阵列之外，还有一些变形、混合 EMW Propagation Engineering 型或其它形式。
EMW Propagation Engineering
第五讲 微带天线
2012,f Electronic Engineering
微带天线的结构和特点 微带天线的传输线模型 微带天线的腔体模型 微带天线的全波设计
EMW Propagation Engineering
微带天线的结构和特点
微带天线原理
微带天线原理微带天线是目前应用广泛的一种天线，其原理基于微带线与天线的结合，可以实现多种形式的指向性和宽带性能。
本文将介绍微带天线的原理、特点、设计和应用。
1.微带天线的原理微带天线的原理基于微带线。
微带线是在介质基板表面维持一条导电信号轨迹，通常是金属箔，由于介质常数比空气大，因此可以大大减小微带线的尺寸，使其成为一种具有低剖面、低重量、低成本、易于制造和集成等特点的线路形式。
微带天线就是将微带线结合到天线中，利用微带线在天线周围形成的电磁场辐射出无线电信号。
微带天线通常由三个部分组成：金属贴片（辐射元件）、介质基板以及接地板（衬底）。
金属贴片是微带天线的辐射元件，一般采用不同形状，如矩形、圆形、圆环等，也可以采用高阻抗元件，如螺旋线等。
对于微带天线来说，它的特性阻抗主要决定于辐射元件的形状和尺寸。
介质基板是微带天线的关键部分，它的相对介电常数决定了微带线的传输特性，从而影响了微带天线的性能。
介质基板的厚度决定了微带线的振荡频率，因此对于特定的微带天线设计，选择合适的介质基板是至关重要的。
接地板是微带天线的底部剩余部分，通常是一个大的金属板，用于提供对天线的支撑和固定，并提供与辐射元件相对的电地。
接地板的质量和大小也会影响微带天线的性能。
2.微带天线的特点与传统的针对特定频带的天线相比，微带天线具有以下优点：1）微带天线低剖面和小尺寸，可以方便地安装在各种设备和系统中。
2）微带天线具有比较宽的带宽。
微带天线的带宽主要由其介质基板的特性决定，而不是由辐射元件的几何形状决定。
微带天线比传统天线具有更好的带宽特性。
3）微带天线的指向性好。
微带天线的辐射元件制作成不同的形状，可以实现不同的指向性特性。
4）微带天线可复制性好。
由于微带天线的制作通常是通过常见的PCB板上的印刷技术实现的，因此可以非常方便地复制和大规模生产。
5）微带天线可以被集成到其他电子元件中，实现多种应用。
如微带天线可以被集成在蓝牙和Wi-Fi等通讯设备的PCB电路板中，形成各种应用形式。
微带天线
微带天线1微带天线简介1.1微带天线结构与分类微带天线是近30年来逐渐发展起来的一类新型天线。
早在1953年就提出了微带天线的概念，但并未引起工程界的重视。
在50年代和60年代只有一些零星的研究，真正的发展和使用是在70年代。
常用的一类微带天线是在一个薄介质基(如聚四氟乙烯玻璃纤维压层)上，一面附上金属薄层作为接地板，另一面用光刻腐蚀等方法作出一定形状的金属贴片，利用微带线和轴线探针对贴片馈电，这就构成了微带天线。
当贴片是一面积单元时，称它为微带天线；若贴片是一细长带条则称其为微带阵子天线。
图1所示为一基本矩形微带天线元。
长为L，宽为W2的矩形微带天线元可看作一般低阻传输线连接两个辐射缝组成。
L为半个微带波长即为λg/2时，在低阻传输线两端形成两个缝隙a-a和b-b，构成一二元缝阵，向外辐射。
另一类微带天线是微带缝隙天线。
它是把上述接地板刻出窗口即缝隙，而在介质基片的另一面印刷出微带线对缝隙馈电。
按结构特征把微带天线分为两大类，即微带贴片天线和微带缝隙天线；按形状分类，可分为矩形、圆形、环形微带天线等。
按工作原理分类，无论那一种天线都可分成谐振型(驻波型)和非揩振型(行波型)微带天线。
前一类天线有特定的谐振尺寸，一般只能工作在谐振频率附近；而后一类天线无谐振尺寸的限制，它的末端要加匹配负载以保证传输行波。
1.2微带天线的性能微带天线一般应用在1～50GHz频率范围，特殊的天线也可用于几十兆赫。
和常用微波天线相比，有如下优点：(1)体积小，重量轻，低剖面，能与载体(如飞行器)共形；(2)电性能多样化。
不同设计的微带元，其最大辐射方向可以从边射到端射范围内调整；易于得到各种极化；(3)易集成。
能和有源器件、电路集成为统一的组件。
1.3微带贴片形状贴片形状是多种多样的，实际应用中由于某些特殊的性能要求和安装条件的限制，必须用到其他形状的微带贴片天线。
例如，国外某型炮弹引信天线要求半球覆盖的方向图，即E面和H面方向图在端射方向()的电平也要求在半功率电平以上，而规则的矩形或圆形贴片无法满足。
微带天线原理
微带天线原理微带天线是一种小型化的天线结构，具有体积小、重量轻、制作工艺简单、成本低廉等特点，因此在现代通信系统中得到了广泛的应用。
微带天线的原理是基于微带电路的辐射原理，通过微带线和贴片天线的结合实现信号的辐射和接收。
本文将详细介绍微带天线的原理及其在通信系统中的应用。
微带天线的基本结构包括微带贴片天线和微带线两部分。
微带贴片天线一般由金属贴片和基底组成，金属贴片用来辐射和接收电磁波信号，基底用来支撑和固定金属贴片。
微带线则是用来连接微带贴片天线和馈电点，将射频信号传输到天线上。
当微带线上的高频信号传输到微带贴片天线时，由于金属贴片的存在，会产生电磁场的辐射，从而实现信号的发射和接收。
微带天线的原理是基于微带线上的高频信号在金属贴片上产生感应电流，从而产生电磁场并辐射出去。
微带天线的工作频率与微带线的长度和宽度、基底材料的介电常数以及金属贴片的形状和尺寸等因素有关。
通过合理设计微带线和贴片天线的结构参数，可以实现对特定频段的信号进行辐射和接收。
在通信系统中，微带天线可以用于实现天线阵列、天线分集和波束赋形等功能。
天线阵列是将多个微带天线按照一定的几何形状排列在一起，通过控制各个天线的相位和幅度来实现波束的形成，从而提高通信系统的传输距离和抗干扰能力。
天线分集是利用多个微带天线同时接收信号，并通过信号处理算法将多个信号进行合成，从而提高接收系统的灵敏度和抗多径衰落能力。
波束赋形是根据通信系统的需要，通过调整微带天线的辐射方向和波束形状，实现对特定区域的信号覆盖和干扰抑制。
总之，微带天线作为一种小型化、高性能的天线结构，在现代通信系统中发挥着重要的作用。
通过合理设计微带线和贴片天线的结构参数，可以实现对特定频段的信号进行辐射和接收，从而满足不同通信系统对天线性能的要求。
同时，微带天线还可以通过天线阵列、天线分集和波束赋形等功能实现对通信系统性能的进一步提升，为通信技术的发展提供了重要支持。
微带天线工作原理
微带天线工作原理微带天线是一种常见的天线类型，它在无线通信、雷达系统、卫星通信等领域得到了广泛应用。
微带天线具有结构简单、体积小、重量轻、成本低等优点，因此受到了广泛关注。
本文将介绍微带天线的工作原理，包括其结构、工作方式和特点。
微带天线的结构。
微带天线由几个主要部分组成，包括辐射片、基底板、馈电线和接地板。
辐射片是微带天线的主要辐射元件，通常由金属片制成，其形状可以是圆形、方形、矩形等。
基底板是支撑辐射片的主体，通常由介质材料制成，如FR-4玻璃纤维复合材料。
馈电线用于将射频信号传输到辐射片上，通常连接在辐射片的一端。
接地板位于基底板的下方，用于与辐射片形成匹配的特性阻抗。
微带天线的工作方式。
微带天线的工作原理基于辐射片和基底板之间的电磁耦合效应。
当射频信号通过馈电线输入到辐射片上时，辐射片和基底板之间会产生电磁场耦合。
这种耦合效应导致辐射片上产生电流，并且在空间中辐射出电磁波。
由于辐射片的尺寸通常远小于工作波长，因此微带天线通常被认为是一种表面波天线，其辐射模式主要集中在基底板表面附近。
微带天线的特点。
微带天线具有许多独特的特点，使其在无线通信系统中得到了广泛应用。
首先，微带天线的结构简单、体积小、重量轻，易于集成到各种设备中。
其次，微带天线的工作频段宽，可以通过调整辐射片的尺寸和形状来实现多频段的设计。
此外，微带天线的辐射特性可以通过改变基底板的介电常数和厚度来实现调节，具有较高的灵活性。
最后，微带天线的制作成本低，适合大规模生产和应用。
微带天线的应用。
微带天线在无线通信、雷达系统、卫星通信等领域得到了广泛应用。
在无线通信系统中，微带天线常用于移动通信基站、无线局域网、蓝牙设备等。
在雷达系统中，微带天线常用于航空雷达、地面雷达、海洋雷达等。
在卫星通信中，微带天线常用于卫星通信地面站、卫星通信终端设备等。
由于微带天线具有结构简单、性能稳定、制作成本低等优点，因此在各种应用场景中都得到了广泛应用。
天线原理与设计-第九章微带天线
机遇在于随着新材料、新工艺的不断 涌现，为微带天线的发展提供了更多 可能性。
感谢观看
THANKS
04
微带天线优缺点
优点
低剖面
微带天线的高度通常在毫米级，非常适合于 空间受限的应用场景。
多频段工作
通过改变贴片的形状和尺寸，微带天线可以 在多个频段上工作。
易于集成
微带天线可以方便地与微波集成电路集成在 一起，形成统一的微波系统。
易于实现圆极化
微带天线可以方便地实现圆极化，从而扩大 其应用范围。
先进的工艺技术
采用先进的工艺技术，如光刻、刻蚀等，以实现精确的贴片形状和 尺寸。
设计实例
矩形微带天线
设计一个矩形微带天线， 工作在2.4GHz频段，增 益为5dBi，波束宽度为 60度。
圆形微带天线
设计一个圆形微带天线， 工作在5GHz频段，增 益为8dBi，波束宽度为 45度。
多频带微带天线
设计一个多频带微带天 线，覆盖2.4GHz和 5GHz频段，增益为 7dBi，波束宽度为60度。
历史与发展
起源
微带天线由马可尼公司于1970年 代初研制成功，最初用于卫星通
信。
发展历程
随着微波集成电路技术的发展，微 带天线在材料、工艺和理论等方面 不断取得突破，逐渐成为天线领域 的重要分支。
未来展望
随着5G、物联网等技术的发展，微 带天线将面临更多机遇和挑战，未 来将朝着高性能、多功能、小型化、 集成化等方向发展。
极化方式决定了微带天线 信号的极化状态和稳定性。
方向性决定了微带天线信 号传输的方向和范围。
效率决定了微带天线能量 转换的效率和信号传输的 质量。
03
微带天线设计
设计流程
天线原理与设计—微带天线
9.1 微带天线
与普通天线相比，微带的优点： ♣剖面薄，体积小，重量轻，易共形。 ♣适合于用印刷电路技术大量生产，成本低。 ♣易于与有源器件集成，构成有源集成天线。 ♣易于实现圆极化、多频段、双极化等。
与普通天线相比，微带天线的缺点：
♣频带窄（相对带宽一般为1-5%）。 ♣辐射区只限于半个平面。 ♣有导体和介质损耗，并且激励表面波，导致辐 射效率低。 ♣功率容量较小。
微带天线
微带天线
习题
1、 一矩形波导传输TE10模，问在宽边上怎样 开缝才有可能形成缝隙天线，为什么？ 2、 解释微带天线的辐射原理。
单缝的辐射场为
9.1 微带天线
矩形微带天线的辐射场
以相距d=l的二元阵因子乘以单缝的辐射场，便
可以得到矩形微带天线的辐射场：
由上式可得两个主平面的方向函数：
9.1 微带天线
取w=1cm，l=3.05cm，f=3.1GHz，计算得到的
方向图：
9.1 微带天线
矩形微带天线的辐射功率
缝隙辐射功率为
定义缝隙两端间有一辐射电导Gr，它所损耗的功 率等于缝的辐射功率：
九、微带天线
9.1 微带天线
微带辐射器的概念首先是Deschamps在1953年提 出来的。但是，直到二十年后因为加工工艺的进 步，实际的天线才制造出来。 最早的微带天线是Howell和Munson在二十世纪 70年代初期研制成的。 近20年来由于微波集成技术的发展和空间技术对 低剖面天线的迫切需求，促进了微带天线快速发 展。 微带天线的理论和技术日臻成熟，应用非常广泛。
9.1 微带天线
不同的微带天线结构
9.1 微带天线
矩形微带天线的基本结构：
9.1 微带天线
微带天线的辐射原理
第四讲微带天线
第四讲微带天线一、引言上一讲介绍了对称振子和接地单极子天线。
这两种天线本质上属于线天线。
但是手机内置天线往往都不是线天线的形式，常见的PIFA天线和单极子变形天线往往都是平面天线的形式。
尽管在某种程度上它们也和对称振子或接地单极子天线有某种程度的相似性。
在现有理论基础下，由于专门对手机天线进行严格理论分析的论著还很少，所以为更加深入地理解手机天线，我们还有必要了解几种其他类型的天线的一般特性。
这一讲主要介绍微带天线的概念和基本原理。
二、微带天线的结构如下图所示，结构最简单的微带天线是由贴在带有金属地板的介质基片（）上的辐射贴片所构成的。
贴片上导体通常是铜和金，它可以为任意形状。
但通常为便于分析和便于预测其性能都用较为简单的几何形状。
为增强辐射的边缘场，通常要求基片的介电场数较低。
三、微带天线的特点微带天线的典型优点是：1．重量轻、体积小、剖面薄；2．制造成本低，适于大量生产；3．通过改变馈点的位置就可以获得线极化和圆极化；4．易于实现双频工作。
但微带天线也有如下缺点：1．工作频带窄；2．损耗大，增益低；3．大多微带天线只在半空间辐射；4．端射性能差；5．功率容量低。
四、微带天线的辐射机理微带天线的辐射是由微带天线导体边沿和地板之间的边缘场产生的。
这可以从以下图中的情况简单说明，这个图是一个侧向馈电的矩形微带贴片，与地板相距高度为h。
假设电场沿微带结构的宽度和厚度方向没有变化，则辐射器的电场仅仅沿约为半波长（）的贴片长度方向变化。
辐射基本上是由贴片开路边沿的边缘场引起的。
在两端的场相对地板可以分解为法向和切向分量，因为贴片长度为，所以法向分量反相，由它们产生的远区场在正面方向上互相抵消。
平行于地板的切向分量同相，因此合成场增强，从而使垂直于地板的切向分量同相，因此合成场增强，从而使垂直于结构表面的方向上辐射场最强。
根据以上分析，贴片可以等效为两个相距、同相激励并向地板以上半空间辐射的两个缝隙。
对微带贴片沿宽度方向的电场变化也可以采用同样的方法等效为同样的缝隙。
Chapter5宽频带微带天线
通过加载技术提高天线增益
总结词
加载技术可以改变天线的阻抗和电流分布，从而提高其增益 。
详细描述
加载技术包括在天线中添加电阻、电容或电感元件，以改变 其阻抗和电流分布。这可以增加天线的辐射效率和增益，同 时改善其阻抗匹配和带宽。
利用特殊材料改善天线效率
总结词
使用特殊材料可以改变天线的电磁波传播特性，从而提高其效率。
和分析。
矩形贴片天线通常由一个矩形金 属贴片和一块接地平板组成，通 过在金属贴片上施加适当的电压，
使其产生辐射。
矩形贴片天线的带宽可以通过改 变贴片的长度、宽度和厚度进行 调整，以实现所需的频带覆盖。
圆形贴片天线的设计
圆形贴片天线是一种特殊的微 带天线形式，其结构类似于矩 形贴片天线，但金属贴片呈圆 形。
chapter5宽频带微带天线
contents
目录
• 引言 • 宽频带微带天线的基本原理 • 宽频带微带天线的结构与设计 • 宽频带微带天线的优化与改进 • 宽频带微带天线的挑战与展望
01
引言
天线的定义和重要性
定义
天线是一种用于发射和接收无线电波的设备，能够有效地将传输线上的导行波 转换为自由空间的电磁波，或将自由空间的电磁波转换为传输线上的导行波。
圆形贴片天线具有较好的辐射 特性和较宽的频带，适用于需 要宽频带覆盖的应用场景。
圆形贴片天线的带宽可以通过 改变贴片的半径和厚度进行调 整，以实现所需的频带覆盖。
三角形贴片天线的设计
三角形贴片天线是一种较为少见 的微带天线形式，其结构类似于 矩形贴片天线，但金属贴片呈三
角形。
三角形贴片天线具有较好的方向 性和较宽的频带，适用于需要定
向覆盖的应用场景。
微带天线波束宽度
微带天线波束宽度微带天线是一种常见的天线结构，它具有很多优点，比如体积小、重量轻、制作简单等。
而波束宽度是微带天线在空间中辐射电磁波的范围，它决定了微带天线的辐射方向性和覆盖范围。
本文将从微带天线的结构和工作原理出发，探讨微带天线波束宽度的相关知识。
一、微带天线的结构和工作原理微带天线由导电贴片、介质基底板和接地层组成，其中导电贴片是辐射元件，介质基底板起到支撑和隔离的作用，接地层用于提供接地电平。
微带天线的工作原理是通过导电贴片上的电流激发辐射磁场和辐射电场，从而产生电磁波辐射。
二、微带天线的波束宽度定义波束宽度是指微带天线辐射电磁波的主瓣宽度，也可以理解为主瓣方向上电磁能量的集中程度。
通常情况下，波束宽度越小，微带天线的辐射方向性越强，辐射能量越集中；波束宽度越大，辐射方向性越弱，辐射能量越分散。
1.导电贴片形状：导电贴片的形状对微带天线的波束宽度有很大影响。
常见的导电贴片形状有矩形、圆形、椭圆形等，不同形状的导电贴片会导致不同的辐射特性，进而影响波束宽度。
2.导电贴片尺寸：导电贴片的尺寸也是影响波束宽度的重要因素。
一般来说，导电贴片的尺寸越大，波束宽度越小，辐射方向性越强。
3.基底板介电常数：基底板的介电常数决定了微带天线的工作频率和波束宽度。
介电常数越大，波束宽度越小，辐射方向性越强。
4.工作频率：微带天线的工作频率也会对波束宽度产生影响。
一般来说，工作频率越高，波束宽度越小，辐射方向性越强。
四、调节微带天线波束宽度的方法1.改变导电贴片形状：通过改变导电贴片的形状，可以调节微带天线的波束宽度。
例如，将矩形导电贴片改为圆形导电贴片，可以增大波束宽度。
2.调整导电贴片尺寸：通过调整导电贴片的尺寸，也可以改变微带天线的波束宽度。
一般来说，增大导电贴片的尺寸可以减小波束宽度。
3.选择合适的基底板：选择合适的基底板介电常数，可以调节微带天线的波束宽度。
一般来说，选择介电常数较大的基底板可以减小波束宽度。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
缝隙两端间有一辐射电导Gs，利用级数 展开式表示，略去高阶项后可得近似结 果如下：
1
90
a
0
2
Gs
1 a
120 0
1
60 2
1 a
120 0
(a 0.350 ) (0.350 a 20 ) (a 20 )
矩形贴片天线的传输线模型
除辐射电导外，开路端缝隙的等效导纳 还有一电容部分。它由边缘效应引起， 其电纳可用延伸长度Δl来表示：
E面
FE
(
)
cos
1 2
k0b
sin
矩形贴片天线的传输线模型
半功率波瓣宽度近似值如下：
20.5H 2 cos1
1
21Leabharlann a 020.5E2sin1
0
4b
矩形贴片天线的E面方向图
矩形贴片天线H面方向图
矩形贴片天线的尺寸设计
W
c
r
11/ 2
2f 2
L 0.5g 2l
WG W 0.2g
Ms nˆ zˆEz 等效磁流源在远区产生的电矢位为
F h e jk0R
2R
S Mse jk0 xsin cos ysin sin dxdy
空腔模型理论
矩形贴片的本征函数和谐振波数
mn
cos m
a
x cos n
b
y
kmn
m
2
n
2
a b
空腔模型理论
圆形贴片的本征函数和谐振波数
w h
1.88
0.758
1
w/h<1
Zc
120
2( r 1)
ln
8h w
1 32
w 2 h
r r
1 1
0.2258
0.1208
r
传输线模型
施奈德（M.V.Schneider）已得出等效相 对介电常数的一个简单经验公式：
e
1 2
r
1 r
11
10
h
1 /
2
w
矩形贴片天线的传输线模型
微带天线工作原理—分析方法
从原理上说，积分方程法可用于各种结 构、任意厚度的微带天线，然而要受计 算模型的精度和机时的限制。 从数学处理上看，第一种理论把微带天 线的分析简化为一维的传输线问题；第 二种理论则发展到基于二维边值问题的 求解；第三种理论又进了一步，可计入 第三维的变化，不过计算也费时得多。
传输线模型
分析微带天线的最简单而又适合某些工 程应用的理论模型是传输线模型。 该模型将矩形微带贴片看成场沿横向（a 边）没有变化的传输线谐振器．场沿纵 向（b边）呈驻波变化，辐射主要由两开 路端（a边）处的边缘场产生。因此，微 带天线可表示为相距b的两条平行缝隙 （长a宽h）。
传输线模型
y=0处的缝隙等效面磁流为
微带天线工作原理—分析方法
最早出现的也最简单的是传输线模型 (TLM-Transmission Line Model)理论， 主要用于矩形贴片。
更严格更有用的是空腔模型(CM-Cavity Model)理论，可用于各种规则贴片，但 基本上限于天线厚度远小与波长的情况。
最严格而计算最复杂的是积分方程法 (IEM-Integral Equation Method)即全 波(FW-Full Wave)理论。
w
cos 2m u b cos n lv w
3b 2
9b
cos 2n u b cos l mv w
3b 2
9b
kmn2
4
3a
2
m2
n2
mn
圆极化技术
微带天线的优点之一是便于实现圆极化 工作。用单片微带贴片天线就能实现圆 极化辐射。 两种设计方法：单馈点法和多馈点法 也可用多个线极化微带贴片天线或其他 微带天线元来辐射圆极化波（多元法）。
mn 在磁壁处需满足的边界条件为
mn n 0
空腔模型理论
可得内场的一般解
Ez
jk00
m,n
k2
1 kmn2
J
z
* mn
mn
* mn
mn
式中
J
z
* mn
S J z mn*ds
mn
* mn
S
mn
mn*ds
空腔模型理论
求得内场，应用等效性原理得出外空间 的场。四周为磁壁，切向磁场为零，因 而等效电流也为零；但四周磁壁上有切 向电场，故有等效磁流：
微带天线工作原理—辐射机理
电场可近似表达为（设沿贴片宽度和基 片厚度方向电场无变化）
Ez E0 cos(x / b)
天线的辐射由贴片四周与接地板间的窄 缝形成。由等效原理知，窄缝上的电场 的辐射可由面磁流的辐射来等效。等效 的面磁流密度为
Ms n E
微带天线工作原理—辐射机理
沿两条a边的磁流是同向的，故其辐射场在贴 片法线方向（z轴）同相相加，呈最大值，且 随偏离此方向的角度的增大而减小，形成边射 方向图。
沿每条b边的磁流都由反对称的两部分构成， 它们在H面（yz平面）上各处的辐射相互抵消； 而两条b边的磁流又彼此呈反对称分布，因而 在E面（xz平面）上各处，它们的场也都相消， 在其它平面上这些磁流的辐射不会完全相消， 但与沿两条a边的辐射相比，都相当弱。
微带天线工作原理—辐射机理
矩形微带天线的辐射主要由沿两条a边的 缝隙产生，该二边称为辐射边。由于接 地板的存在，天线主要向上半空间辐射。 对上半空间而言，接地板的效应近似等 效于引入磁流 Ms 的正镜像。由于 h << 0 ， 因此它只相当于将 Ms 加倍，辐射图形基 本不变。
LG L 0.2g
空腔模型理论
罗远祉(Y.T.Lo)等在1979年提出了空腔模 型理论。 基于薄微带天线(h<<λ0)的假设，将微带 贴片与接地板之间的空间看成是四周为 磁壁、上下为电壁的谐振空腔。 天线辐射场由空腔四周的等效磁流来得 出，天线输入阻抗可根据空腔内场和馈 源边界条件求得。
空腔模型理论
GPS接收天线设计
2D
GPS接收天线设计
3D
GPS接收天线设计
驻波比
GPS接收天线设计
带宽
GPS接收天线设计
阻抗
GPS接收天线设计
阻抗
GPS接收天线设计
Smith圆图
GPS接收天线设计
轴比
GPS接收天线设计
极化率
GPS接收天线设计
方向图
圆极化技术
单馈点圆极化微带天线无需任何外加的 相移网络和功率分配器就能实现圆极化 辐射。 它是基于空腔模型理论，利用两个辐射 正交极化的简并模工作。
宽频带技术
降低等效谐振电路Q值：增大h,降低Er。 附加寄生贴片、采用电磁耦合馈电 附加阻抗匹配网络
GPS接收天线设计
设计说明
工作频率: 1.575 GHz 输入阻抗: 50 Ohm 驻波比: 2:1 极化: 右旋圆极化 带宽: 3.8% (~60 MHz)
由复数形式的麦克斯韦方程可得 2E k 2E j 0J
式中
k 0 k0 r 1 j tan
化为标量方程
2 k 2 Ez j 0 J z
空腔模型理论
可用模展开法或模式匹配法求解方程。 模展开法即把解表示为各本征模的叠加。 本征函数由求解无源区与波动方程得出：
2 kmn2 mn 0
通信天线与馈电系统
北航205 主讲：张岩 Email: yanzhang@
通信天线与馈电系统
第五讲 微带天线
微带天线
微带天线工作原理 GPS接收天线设计
微带天线工作原理
微带天线工作原理—辐射机理
贴片尺寸为 a b ，介质基片厚度为 h 。
微带贴片可看作为宽a长b的一段微带传 输线，其终端（a边）处因为呈现开路， 将形成电压波腹。一般取 b m / 2 ，m为 微带线上波长。于是另一端（a边）处也 呈电压波腹。
微带天线工作原理—分析方法
这三种理论仍不断地在某些方面有所发 展，同时也出现了一些别的分析方法。 基于对积分方程法的简化，产生了格林 函数法(GFA-Green’s Function Approach)；而由空腔模型的扩展，出现 了多端网络法(MNA-Multiport Network Approach)等。
Ys Yc
jYc jY s
tan b tan b
矩形贴片天线的传输线模型
用延伸长度来表示电容效应，则可获得 更简便的计算式：
Yin
Gs
Yc
Gs jYc Yc jG s
tan (b 2l) tan (b 2l)
矩形贴片天线的传输线模型
H面
FH
(
)
sin
1 2
k
0
a
cos
cos
sin
Ms
en
ez Ez
ex
ez E0
e y
V0 h
该磁流所产生的电矢位为
1
e jk0r
F
4
M
v
s
r
dv
传输线模型
等效电路如图
传输线模型
惠勒（H.A.Wheeler）给出微带线的特性 阻抗Zc的计算公式如下：
w/h>1
Zc
377
r
w
h
0.883
0.165
r
2 r
1
r r
1
ln
mn J n kmn e jn
J
n
kmna
0
空腔模型理论
圆环贴片的本征函数和谐振波数
mn
N
n
kmna
J
n
kmn
J
n
kmna