第五讲微带天线
第五、七微带缝隙及智能天线
σ ＝∞
E ( z ) = Em sin[k (l z ]e y
西安电子科技大学 理学院 西安电子科技大学理学院
Em为缝隙中波腹处的场强值。如果引入等效的磁流源， 为缝隙中波腹处的场强值。如果引入等效的磁流源， 在 x>0 的半空间内 ， 缝隙相当于一个等效磁流源 ， 其等效 的半空间内，缝隙相当于一个等效磁流源， 磁流密度为
x z L
O
W y
J sm
E
εr
西安电子科技大学 理学院 西安电子科技大学理学院
西安电子科技大学 理学院 西安电子科技大学理学院
西安电子科技大学 理学院 西安电子科技大学理学院
微带天线的馈电分为侧馈和底馈两种， 微带天线的馈电分为侧馈和底馈两种，所谓侧馈是指馈 通常是微带传输线)从辐射元的侧面馈入 所示。 线(通常是微带传输线 从辐射元的侧面馈入，如图 所示。 通常是微带传输线 从辐射元的侧面馈入，如图(a)所示 底馈是指馈线从微带天线底部接入，底馈通常是用同轴线， 底馈是指馈线从微带天线底部接入，底馈通常是用同轴线， 内导体穿过接地板和基片与辐射元相联接， 内导体穿过接地板和基片与辐射元相联接，外导体直接联到 接地板，如图 所示 所示。 接地板，如图(b)所示。
西安电子科技大学 理学院 西安电子科技大学理学院
第5章 缝隙天线与微带天线
※ 缝隙天线 ※ 微带天线
基本原理和基本特点 ! 简单了解!
西安电子科技大学 理学院 西安电子科技大学理学院
一、缝隙天 线
z
σ ＝∞
2l
y
西安电子科技大学 理学院 西安电子科技大学理学院
西安电子科技大学 理学院 西安电子科技大学理学院
I = 2 Em w sin[k (l z )]
微带天线PPT
尽管微带天线的研究思想可以追溯到1953年， 但是直到七十年代初期才被人们所重视。微带 天线是在微带电路出现后发展起来的一种新型 天线。从七十年代中期开始，从理论、技术到 应用对这种天线进行了大量的研究，至今势头 不减。微带天线主要用在微波、毫米波段。
微带天线的结构及微带电路
微带天线由一块厚度远 小于波长的介质板（称为 介质基片）和覆盖在它的 上、下两个面上的金属片 构成。其中，下面完全覆 盖介质板的金属片称为接 地板；上面的金属片如果 尺寸可以和波长相比拟， 则称为辐射元；如果上面 的金属是长窄带，就构成 了微带传输线
微带电路：是微波电路的一 种。它是一种微波信号的 传输线。类似于波导。只 是它做在印制电路板上的 带状电路。
微带天线的分类
微带贴片天线：导体贴片通常是规则形状 的面积单元 微带振子天线：它是一个窄长的条状薄片 振子 微带线型天线：它利用微带线的某种形变 来形成辐射 微带缝隙天线：它利用开在接地板上的缝 隙，由介质基片另一侧的微带线或其他馈 线对其馈电
微带天线的工作原理
微带天线的辐射机理实际上是高频的电磁泄漏。 一个微波电路如果不是被导体完全封闭，电路中 的不连续处就会产生电磁辐射。例如微带电路的 开路端， 结构尺寸的突变、折弯等不连续处也会 产生电磁辐射（泄漏）。当频率较低时， 这些部 分的电尺寸很小，因此电磁泄漏小；但随着频率 的增高，电尺寸增大，泄漏就大。再经过特殊设 计，即放大尺寸做成贴片状，并使其工作在谐振 状态。辐射就明显增强，辐射效率就大大提高， 而成为有效的天线。
间接馈电法：与贴片无直接接触， 主要是 电磁耦合法
馈电技术直接影响到天线的阻抗特性
微带天线的设计
微带天线的主要参数
微带天线
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
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。
微带天线工作原理
微带天线工作原理
微带天线是一种特殊的天线设计。
它是将导线印刷在绝缘基板的表面上，通常使用微波介质的基板，如玻璃纤维璐和PTFE。
微带天线的工作原理基于电磁波的传播和辐射。
当电流通过导线时，会产生磁场和电场。
微带天线中的导线会产生电磁波，这些电磁波可以通过空气或其他介质传播。
天线的长度和宽度决定了工作频率的范围。
微带天线的导线通常以螺旋、条形或其他形状的方式印刷在基板上。
这些形状能够以特定的方式激发并辐射特定频率的电磁波。
微带天线的辐射模式由导线的形状和长度决定。
当微带天线被连接到无线电频率源时，电流将通过导线流动，并在导线上形成电场和磁场。
这些场与导线的特定形状相互作用，从而产生特定频率的辐射电磁波。
这些波会从天线的辐射部分以球形或类似于针射的方式发射。
所以微带天线必须居中安装得到最大效果。
微带天线的工作原理基于电磁波在导线和介质之间的相互作用。
通过优化导线的形状、长度和宽度，可以实现所需的辐射特性和频率响应。
这使得微带天线成为许多无线通信系统中的首选天线之一，尤其是在小型化和集成化方面具有很大优势。
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。
5微带天线
(∇
2
+ k mn ψ mn = 0
2
)
ψ mn 在磁壁处需满足的边界条件为
∂ψ mn ∂n = 0
空腔模型理论
可得内场的一般解 * < J zψ mn > 1 E z = jk 0η0 ∑ 2 ψ mn 2 * m , n k − k mn < ψ mnψ mn > 式中 * * < J zψ mn >= ∫ J zψ mn ds
微带天线工作原理—辐射机理 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）
E z = E0 cos(πx / 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 M s = −n × E
w + 0.264 ε e + 0.3 h ∆l = 0.412h ⋅ ε e − 0.258 w + 0.8 h
矩形贴片天线的传输线模型
当从辐射边对矩形贴片馈电时，将一条 缝隙的导纳加上长为b的传输线变换后的 另一缝隙导纳，便得出微带天线的输入 导纳：
Ys + jYc tan βb Yin = Ys + Yc Yc + jYs tan βb
jnφ
空腔模型理论
圆环贴片的本征函数和谐振波数
ψ mn
N ′ (k a )J (k ρ ) − J ′ (k a )N (k ρ ) e jnφ = n mn n mn n mn n mn
J n (k mn a ) J n (k mnb ) = ′ ′ N n (k mn a ) N n (k mnb )
微带天线
验
报
告
1、天线原理
矩形贴片的长度有效长度等于/2,其中表示导波波长，有 式中，表示自由空间波长；表示有效介电常数，有 式中，表示介质的相对常数，表示介质层的厚度，表示贴片的宽度。 由此，由此可计算出矩形贴片的实际长度,即 式中，为真空中的光速；为天线的工作频率；为等效辐射缝隙的宽度， 且有 矩形贴片的宽度可以由下式计算， 对于同轴线馈电的微带天线，在确定了贴片的长度和宽度之后，还需要 确定同轴线馈电的位置，馈点位置影响输入阻抗。对于模式，在方向上 馈点位置一般取在中心点，即 在方向上电场有的改变，因此从的中心点到两侧，阻抗逐渐变大，给天 线输入阻抗为，方向上馈点位置可以由下式计算， 式中， 在上述计算中，都是基于参考面为无限大的平面，然而设计中，参考地
是有限面积的，实验表明，当参考地面比微带贴片大出的距离时，计算 结果就可以达到足够精确，因此设计中参考地的长度和宽度只需满足以 下两式即可，即
以上信息，为查阅到的资料，在此设计中，其中心频率为2.45GHz， 选用的介质板材相对介电常数为6.15，介质板的厚度为0.64mm，根据以 上的公式来计算微带天线的尺寸，包括贴片的长度L和宽度W，同轴线 馈点的位置坐标，以及参考地的长度和参考地的宽度。
2、计算要求天线尺寸
在得到以上参考公式后，独立编写软件程序，计算出矩形贴片的宽度 W,长度L,参考地的长度,参考地的宽度,馈线点位置的坐标。 将，代入以上推导公式可得，即 1矩形贴片的宽度
=32.38mm 2矩形贴片的长度
=24.65mm 3参考地的宽度
=36.2mm 4参考地的宽度
=28.5mm 5同轴线馈点的位置坐标
=5.1mm
3、实验结果
按照以上计算的天线尺寸，在Hfss软件中构建出模型，利用参数优 化，将贴片的长度L和贴片的宽度W最终优化为32.5mm和24.5mm，同轴 线馈点的位置坐标为4.7mm。
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。
微带天线的基本理论和分析方法
微带天线的基本理论和分析方法目录摘要.............................................. 错误!未定义书签。
Abstract.......................................... 错误!未定义书签。
1 绪论 (3)1.1研究背景及意义 (6)1.2国内外发展概况 (7)1.3本文的主要工作 (8)2 微带天线的基本理论和分析方法 (9)2.1 微带天线的辐射机理 (9)2.2微带天线的分析方法 (10)2.2.1传输线模型理论 (11)2.2.2 全波分析理论 (14)2.3微带天线的馈电方式 (14)2.3.1微带线馈电 (15)2.3.2同轴线馈电 (15)2.3.3口径（缝隙）耦合馈电 (15)2.4本章小结 (16)3宽带双频双极化微带天线单元的设计 (17)3.1天线单元的结构 (17)3.2天线单元的设计 (18)3.2.1介质基片的选择 (19)3.2.2天线单元各参数的确定 (19)3.3天线单元的仿真结果 (21)3.4本章小结 (22)4 结束语 (22)参考文献 (24)致谢 (29)1 绪论1.1研究背景及意义近年来，随着卫星通信技术的发展和卫星通信业务及卫星移动通信的迅猛增长，以往的微波较低频段(300MHz-10GHz)已经变得拥挤不堪，因此卫星通信中开始使用Ku波段甚至Ka波段的通信以满足大信息量的需求。
目前，广泛用于Ku波段的通信天线主要是抛物面天线，然而这种传统的天线体积大、重量沉、造价高而且调整困难。
由于物理空间的限制，这种抛物面天线体积过大不能满足某些天线的技术要求，因此天线的小型化迫在眉睫。
在某些特殊应用的领域如移动通信方面，要求天线具有隐蔽性好、机动性强的特点，而这种传统的天线尺寸大、机动性差、难与载体共形、容易暴露目标，已不再适应现代卫星通信系统的需求。
现代的卫星通信系统对天线提出了更高的要求，不仅要求天线小型化、重量轻、具有良好的隐蔽性和机动性，同时为了满足大容量通信的需求，要求天线具有双极化、多频性及宽带特性。
微带天线
1）一个形状规则的单片微带天线由一点馈电产生极化正交幅度相等的两个简并模，但不能形成90°相位差，在规则形状的单片微带天线上附加一简并模分离单元，使简并模的谐振频率产生分离——针对对角线馈电的情况，而不包括中心线馈电
2）中心线馈电，没有加分离单元之前，是不存在简并模的，在对角线方向加了分离单元之后，才产生简并模，同时也将这两个简并模的频率分离
3）微带天线辐射单元为正方形时，不加分离单元，极化仍沿馈电点所在中心线方向，如果有简并模存在，合成后极化沿对角线方向4）双频微带天线，工作频点应在圆极化“双峰（VSWR）”之间，两个简并模
5）辐射元可以用金属面来代替，勿用极薄的矩形体。
同轴线及探针用矩形或者Num segments设置成4的圆柱，没有必要用标准圆柱
6）双层微带线，上层辐射元的频率在实际中比较高，两层介质之间有间隙，上层介质介电常数降低，使其频率提高。
天线原理与设计—微带天线PPT教案
第20页/共21页
第5页/共21页
9.1 微带天线
➢ 两侧边的垂
直电场分量
彼此反向，
故辐射相互
抵消。
➢ 辐射主要由
两端边的水
平电场分量
贡献。
第6页/共21页
9.1 微带天线
单缝的辐射
➢ 单缝的等效磁流为
➢ 单缝的辐射场为
第7页/共21页
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：
第8页/共21页
9.1 微带天线
➢ 取w=1cm，l=3.05cm，f=3.1GHz，
计算得到的方向图：
第9页/共21页
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：
天线原理与设计—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
♣辐射区只限于半个平面。
与普通天线相比，微带天线的
♣有导体和介质损耗，并且激励表面波，导致辐
缺点：
射效率低。
♣功率容量较小。
第2页/共21页
9.1 微带天线
不同的微带天线结构
第3页/共21页
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。
- 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)。
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
微带辐射器的概念首先是Deschamps在1953年提出 的。但是过了二十年，当较好的理论模型及对覆铜或覆 金的介质基片的光刻技术发展之后，实际的天线才制造 出来。这种基片的介电常数范围较宽，具有好的吸热特 性和机械特性及低损耗角正切。最早的实际微带天线是 Howell和Munson在二十世纪七十年代初期研制成的。 微带天线分类 微带天线按其辐射单元形式大致可分为4类：微带 贴片天线；微带振子天线；微带线性天线；微带缝隙天 线，如图1所示。 微带贴片天线是最常见的形式，如图1（a）所示。 它由带导体接地板的介质基片上贴加导体薄片形成。通 常利用微带线与同轴线一类馈线馈电，使在导体贴片与
EMW Propagation Engineering
微带天线的结构和特点
School of Electronic Engineering
微带天线缺点有： ①频带窄 ②有导体和介质损耗，会激励起表面波，导致辐射 效率降低 ③功率容量小，一般适用于中、小功率场合 ④性能受基片材料影响大 微带天线目前已应用于100MHz~100GHz的宽广频 域上的大量无线电设备中，特别是飞行器上和地面便携 式设备中。典型应用如图表1所示。
School of Electronic Engineering
微带天线的结构和特点
示为
School of Electronic Engineering
式中，J(r’)是贴片上r’处（源点）的电流密度。令此电 场在贴片表面的切向分量为零，便得到对J(r’)的积分方 程。对该电流选择适当的函数展开式和试验函数，可将 积分方程化为矩阵方程，从而可解出贴片电流并用来计 算天线特性。这种处理称为空域矩量法，其它还有如 ①谱域矩量法 ②谱域导抗法（SDI） ③混合位积分方程法（MPIE） ④共轭梯度快速傅里叶变化法（CG-FET） ⑤时域差分法（FDTD） 这类方法都是基于电磁边值问题的数值求解，适用 于各种结构、任意厚度的微带天线，然而要受到模型精 EMW Propagation Engineering 度和机时的限制。
微带天线的结构和特点
School of Electronic Engineering
图2 微带天线辐射单元形式
EMW Propagation Engineering
微带天线的结构和特点
微带天线理论分析技术 传输线模型（TLM） 这是最早出现的物理概念明晰的分析模型，它将一 矩形贴片天线等效为一段微带传输线，两端由辐射缝隙 的等效导纳加载，但本法基本上只能用于薄矩形贴片天 线。 腔体模型（CM） 罗远祉教授等提出将薄微带天线的贴片下空间看成 是由上下为电壁、四周为磁壁围成的谐振腔体。本法已 成功地用于精确计算厚0.005λd至0.02λd的微带天线输 入阻抗。该方法适用于各种规则贴片，但基本上限于天 线厚度小于波长的情况。 全波分析法（FW） 典型作法是先导出微带贴片上单位电流元满足边界 EMW Propagation Engineering 条件的并矢格林函数G(r，r’)，场点（r处）的电场可表
E r j0 G r , r J r dv
v
(1)
微带天线的结构和特点
School of Electronic Engineering
前两类都是基于某些假设而将问题简化，它们可统 称为“经验模型”，优点是物理概念清楚，计算简单。 而全波方法是三维边值问题的严格数值求解，因而最为 严格，但也复杂许多。 微带天线的优缺点及应用 与普通微波天线相比，微带天线有如下优点： ①剖面低、体积小、重量轻 ②具有平面结构，易与导弹、卫星等载体表面共形 ③适合于用印刷电路技术大批量生产 ④能与有源器件和电路集成为单一的模块 ⑤便于获得圆极化、容易实现双频段、双极化等多 功能工作
EMW Propagation Engineering
微带天线的结构和特点
表1 微带天线典型应用 应用领域
School of Electronic Engineering
用途 高度表、通信与导航 引信、传感器、毫米波雷达 星载多波束天线、移动式地面站、直播卫星电 视接收机 随身和手持电话、舱内和车顶天线、基站天线 多普勒测速雷达、防撞雷达、防盗报警器、单 脉冲雷达和相控阵雷达 车载共形天线 多波束阵列、自适应系统 综合口径雷达