微带天线的历史与优缺点
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。
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
微带天线的分析与研究
微带线本征阻抗的研究与分析及其电波传播特性微带天线（microstrip antenna）是由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。
微带天线有很多优点：①剖面薄，体积小，重量轻；②具有平面结构，并可制成与导弹、卫星等载体表面相共形的结构；③馈电网络可与天线结构一起制成，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一体；⑤便于获得圆极化，容易实现双频段、双极化等多功能工作；⑥不需要背腔，适合于组合式设计，易于制作成印刷电路、馈线和匹配网络可以和天线结构同时制作。
微带天线的主要缺点有：①频带窄；②有导体和介质损耗，并且会激励表面波，导致辐射效率降低；③功率容量小，一般用于中、小功率场合；微带天线最初作为火箭和导弹上的共形天线获得了应用。
在设计微带天线时，与其他天线一样需要对天线性能参数预先估算，这将大大提高天线研制的质量和效果，降低研制成本。
天线分析的基本问题是求解天线在周围空间的电磁场，求得电磁场后进而得出其方向图、增益和输入阻抗等特性指标。
微带天线的分析方法可分为两大类：一类是简化分析模型，模型简单，但不够准确，且不适用与复杂结构的天线；另一类是全波分析模型，计算复杂，但能对各种结构微带天线进行分析。
我们用有限差分法来解决关于微带线本征阻抗问题。
微带天线上传播的电磁波可近似看成TEM波，其阻抗可用下面的公式计算：（1）式中C、L分别为微带线单位长度的电容和电感，v为波在线上的传播速度。
如假定线上不存在介质时单位长度的电容为Co，这时线的电感L将不会因为电介质的存在与否而改变。
又因介质不存在时线上波的传播速度为光速Vc，而且（2）由这个式子可解出L为（3）将L值代(1)式就可求出微带线的特性阻抗Zo（4）从上面的公式可见，求微带线特性阻抗的关键在于分别求出介质存在和不存在时线上单位长度电容C和Co。
求这些电容的方法有两种：一种是求总电荷Q，另一种是根据求储藏在线上电场内的能量而推得。
微带天线
图1
图2
天线的产生
G.马可尼，意大利人， 第一个采用大型天线实 现远洋通信的，所用的 发射天线由30根下垂铜 线组成，顶部用水平横 线连在一起，横线挂在 两个支持塔上。这是人 类真正付之实用的第一 副天线。
1909年马可尼获得诺贝尔物理学奖，后来享有“无线电之父”的美誉。 1933年12月7日至12日，马可尼曾到我国访问，并在南京停留，宣传普及无线 电知识。
学号：2120150189 姓名：郭建坡
1.天线的发展阶段
电磁波的发现
最早的发射天线是H.R.赫兹在1887年为了验证J.C.麦克斯 韦根据理论推导所作关于存在电磁波的预言而设计的。 他用一根粗铜线弯成环状，环的两端分别连着可以调解 距离的金属小球。即电波环金属球，将电波环放在放电 的莱顿瓶附近，只要电波环金属球间距离大小和放置的 位置调节的合适，电波环两球间就有电花闪现。这正是 莱顿瓶放电时辐射的电磁波，为环路所获得而激发出电 火花。后来他又证明了电磁波射到大型金属板上发生反 射，在通过硬沥青或松脂三棱镜发生反射，并且具有衍 射、偏振等光波所具有的各种特性。赫兹的精彩实验， 不仅证明了电磁理论的正确，而且导致了无线电的产生， 开辟了电子技术的新纪元。
线）、环形天线、长导线天线、同相水平天线等这些 天线比初期的长波天线有较高的增益、较强的方向性 和较宽的频带，后来一直得到使用并经过不断改进。
面天线时期：1930-1945
虽然早在1888年赫兹就首先使用了抛物柱面天线，但由于没有
相应的振荡源，一直到30年代才随着微波电子管的出现陆续研 制出各种面天线。这时已有类比于声学方法的喇叭天线、类比 于光学方法的抛物反射面天线和透镜天线等。这些天线利用波 的扩散、干涉、反射、折射和聚焦等原理获得窄波束和高增益。 第二次世界大战期间出现了雷达，大大促进了微波技术的发展。 为了迅速捕捉目标，研制出了波束扫描天线，利用金属波导和 介质波导研制出波导缝隙天线和介质棒天线以及由它们组成的 天线阵。 在面天线基本理论方面，建立了几何光学法，物理光学法和口 径场法等理论。当时，由于战时的迫切需要，天线的理论还不 够完善。 天线的实验研究成了研制新型天线的重要手段，建立了测试条 件和误差分析等概念，提出了现场测量和模型测量等方法。 在面天线有较大发展的同时，线天线理论和技术也有所发展， 如阵列天线的综合方法等。
微带天线
微带天线1011020116 侯良伟目录目录 (2)1微带天线概述 (3)1-1微带天线的辐射机理 (4)1-2微带天线的馈电方法 (5)2.矩形微带天线及其分析方法 (6)2-1腔体模型理论 (7)2-2 传输线模型理论 (8)2-3 矩形微带天线的性能分析 (10)3.我对微带天线的看法 (12)4.参考文献 (13)1.微带天线概述对于阵列天线而言，可作为阵列天线阵元的单元天线有很多种如振子天线、环天线、缝隙天线、螺旋天线、背射天线等。
结合我们近年来实验室的科研项目和实验研究。
单元天线主要选取了微带天线、振子天线、背射天线作为天线阵元进行组阵研究。
重点的研究对象为微带天线。
因为微带天线固有的特点，它很适合进行天线组阵的研究。
在天线组阵中，目前己有本实验室研制的圆环背射天线的二元阵列投入工程应用，并有相应产品面世。
但主要的研究方向还是集中于微带天线的组阵方案，现对微带天线进行理论和实验的分析。
微带辐射器的概念首先是DeshcmaPs在1953年提出的。
但是过了二十年，当较好的理论模型及对敷铜或敷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。
这种基片介电常数范围较宽，具有吸热特性和机械特性及低损耗角正切。
最早的实际的微带天线是Howen和Munsno在二十世纪七十年代初期研制成的。
在此之后，由于微带天线的许多优点，诸如重量轻、体积小、成本低，平面结构可以和集成电路兼容等，微带天线得到了广泛的研究和发展，从而使微带天线获得了多种应用，并且在微波天线中作为一个分立领域获得了很大的发展。
目前，已研制成了各种类型平面结构的印制天线，例如，微带天线、带线缝隙天线、背腔印制天线以及印制偶极子天线。
而一般所指的微带天线，可分为三种基本类型:微带贴片天线、微带行波天线、微带缝隙天线。
它们的辐射机理是由微带贴片、或准TEM模传输线、或开在地板上的缝隙产生辐射。
同常规的微波天线相比，微带天线具有一些优点。
天线原理第十四章微带天线
E y = Ez = H x = H y = 0
式中， E0 = V0 / h ， V0 为天线贴片与接地板之间的电压。
x 后面将看到，式(14.7a,b)表示的场，就是腔模理论得到的 TM 010 模的场。
289
290
《天线原理与设计》讲稿
王建
14.4.2 两个辐射缝口径上的等效磁流
这样， 微带矩形贴片天线可看作是长为 W， 宽为 h 的两个缝组成的二元阵产 生的辐射，其间距为 Le = L + 2ΔL ，如图 14-6 所示。利用等效原理，每个缝隙产 生的场与具有磁流 M s 的磁偶极子辐射场一样。
285
《天线原理与设计》讲稿
王建
第十四章
微带天线
14.1 引言
在航空、航天、卫星和导弹应用中，天线的尺寸大小、重量、造价、性能、 安装难易和空气动力学形态等都受到限制，这时可能需要低剖面的天线。现在许 多政府部门和商业公司(如移动通讯公司)也有这方面的需求。为满足这些要求， 可选用微带天线。这种天线有薄的平面结构，便于共形，制造简单，成本低。通 过选择特定的贴片形状和馈电方式可以获得所需的谐振频率、 极化、 模式、 阻抗。 同时可以通过在贴片和介质基片间加负载调整谐振频率、极化、模式、阻抗等各 参量。 微带天线工作的主要缺点是效率低、承受功率低、高 Q 值(有时甚至超过 100)、频带很窄(典型值只有百分之零点几或至多百分之几)。在一些应用中，如 政府机密部门，窄频带是所希望的。我们可以通过一些方法如增加介质基片的高 度可以提高效率(不考虑表面波时最大可达到百分之九十)和带宽(提高大约百分 之三十五)。但是随着介质基片高度的增高将产生我们所不希望的表面波辐射， 从而使天线的极化和模式特性下降。 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。
微带天线设计
同轴线馈电
10
各种同轴激励示于图3-。 在所有的情况中，同 轴插座安装在印制电 路板的背面，而同轴 线内导体接在天线导 体上。对指定的模， 同轴插座的位置可由 经验去找，以便产生 最好的匹配。使用N型 同轴插座的典型微带 天线示于图3-中。
图3-8 同轴馈电的微带天线
同轴馈电模拟
根据惠更斯原理，同轴馈电可以用一个由底面 流向顶面的电流圆柱带来模拟。这个电流在地 板上被环状磁流带圈起来，同轴线在地板上的 开口则用电壁闭合。如果忽略磁流的贡献，并 假定电流在圆柱上是均匀的，则可进一步简化。 简化到最理想的情况是，取出电流圆柱，用一 电流带代替，类似微带馈电的情况。该带可认 为是圆柱的中心轴，沿宽度方向铺开并具有等 效宽度的均匀电流带，对于给定的馈电点和场 模式，等效宽度可以根据计算与测量所得的阻 抗轨迹一致性经验地确定。一旦这个参数确定 了，它就可以用在除馈电点在贴片边缘上以外 的任何馈电位置和任何频率。当馈电点在贴片 边缘上时，可以认为，在贴片边缘上的边缘场 使等效馈电宽度不同于它在天线内部时的值。 在矩形天线中，等效宽度为同轴馈线内径的五 倍时，可给出良好的结果。
微带天线结构
微带贴片天线
4
微微带天线可以分为三种基本类型：微带贴片天线、微带行波天线和微带缝 隙天线。 微带贴片天线（MPA）是由介质基片、在基片一面上有任意平面几何形状的 导电贴片和基片另一面上的地板所构成。实际上，能计算其辐射特性的贴片 图形是有限的。
正方形
圆形
矩形
椭圆形
五角形 圆环形 直角等腰 三角形
16
Z cos L1 jZ w sin L1 Z 0 cos L2 jZ w sin L2 Y1 Y0 0 （3-7） Z w cos L1 jZ 0 sin L1 Z w cos L2 jZ 0 sin L2
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。
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。
第五讲微带天线
reff
r
2
1
r
2
1
1
12
h W
1 2
W h 1 (2)
EMW Propagation Engineering
School of Electronic Engineering
0 10
(12)
图6 矩形微带贴片天线及其传输线模型
EMW Propagation Engineering
微带天线的传输线模型
School of Electronic Engineering
事实上，单槽电导可由腔体模型法推导出的场表示
式进行计算
G1
2 Prad V0 2
(13)
辐射功率为
Prad
W 1
2 c0
2
(8)
2 fr 00 r 1 2 fr r 1
②利用（2）计算εreff ③利用（3）计算ΔL
④微带贴片的实际长度为
L
1
2L
(9)
2 fr reff 00
EMW Propagation Engineering
School of Electronic Engineering
图4 典型的微带线有效介电常数随频率变化的曲线
EMW Propagation Engineering
微带天线的传输线模型
School of Electronic Engineering
有效长度、谐振频率 由于纵向的边缘效应，微带贴片的电尺寸比实际物
微带天线综述 (2)
微带天线综述摘要：近年来，随着个人通讯和移动通讯技术的迅速发展，在天线的设计上提出了小型化和宽频带的要求。
而微带天线具有结构紧凑、外观优美、体积小重量轻。
等优点，得到广泛的应用。
但是，低增益、窄带宽的缺陷也限制了微带天线的使用。
因此本文除了对微带天线做了基本介绍外，还对微带天线最基本的小型化技术、宽频带技术进行了探讨、分析和归纳。
关键词：微带天线小型化宽频带一、引言随着全球通信业务的迅速发展，作为未来个人通信主要手段的无线移动通信技术己引起了人们的极大关注，在整个无线通讯系统中，天线是将射频信号转化为无线信号的关键器件，其性能的优良对无线通信工程的成败起到重要作用。
快速发展的移动通信系统需要的是小型化、宽频带、多功能(多频段、多极化)、高性能的天线。
微带天线作为天线家祖的重要一员，经过近几十年的发展，已经取得了可喜的进步，在移动终端中采用内置微带天线，不但可以减小天线对于人体的辐射，还可使手机的外形设计多样化，因此内置微带天线将是未来手机天线技术的发展方向之一，但其固有的窄带特性（常规微带天线约为2%左右）在很多情况下成了制约其应用的一个瓶颈，因此设计出具有宽频带小型化的微带天线不但具有一定的理论价值而且具有重要的应用价值，这也成为当前国际天线界研究的热点之一。
本论文的主要工作就是提出这类天线的一些简单设计方法。
二、微带天线2.1微带天线[2]的发展史及种类早在1953年G. A. DcDhamps教授就提出利用微带线的辐射来制成微带微波天线的概念。
但是，在接下来的近20年里，对此只有一些零星的研究。
直到1972年，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，芒森(R．E．Munson)和豪威尔(J．Q．Howell)等研究者制成了第一批实用的微带天线[1]。
随之，国际上展开了对微带天线的广泛研究和应用。
1979年在美国新墨西哥州大学举行了微带天线的专题目际会议，1981年IEEE天线与传播会刊在1月号上刊载了微带天线专辑。
微带天线的历史与优缺点
10mm
2.5mm
40mm
2.5mm 3.5mm
7mm
4mm
2编5辑mpmp,t 75mm
10mm
5mm
1mm 4mm
1mm 9mm
4mm 5mm
40
❖ 三、综合分析
800MHz , 8.48GHz～9.28GHz ,
8.9GHz
X波段阵列E面辐射方向图 编辑ppt
X波段阵列H面辐射方向图
1.62GHz～1.67GHz, 50M
1.65GHz
编辑ppt
37
L波段天线阵列E面方向图
L波段天线阵列H面方向图
❖ 四、L/X双频微带阵列天线各项性能指标
编辑ppt
38
5.2 S/X波段三频段微带阵列天线
第二层 第一层
S波段和X波段天线单元
接地板
X波段单元的馈电网络
编辑ppt
39
❖ 一、X波段微带阵列的设计
编辑ppt
2
1.3 馈电结构模型
同轴探针馈电模型
微带线侧馈模型
编辑ppt
3
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
共面波导馈电模型
编辑ppt
4
1.4 微带天线的应用
❖ 微带天线的优势有：低剖面、低成本并可制成多功能、可共形的天线； 可集成到无线电设备内部，可用于室内，也可用于室外；其尺寸可大可 小，大的微带天线其长宽可到十几米，而一副用于PCS的内部集成的宽 带微带天线，其尺寸是15mm×15mm×1.5mm。显然，其优势是明显 的。目前，微带天线已在空间技术，移动通信卫星和手持便携式通信设 备中得到了广泛的应用。
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。
设计1：侧馈矩形微带天线
此外，侧馈矩形微带天线与其他天线的集成和共形设计也将成为未来 研究的热点，为无线通信技术的发展提供更多可能性。
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当微波信号通过侧馈网络传输到 辐射贴片上时，在辐射贴片上形 成电磁波，通过与接地板的相互 作用，形成定向的电磁波辐射。
侧馈矩形微带天线的优缺点
优点
侧馈矩形微带天线具有体积小、重量 轻、易于集成等优点，同时其结构简 单、易于加工和制作，成本较低。
缺点
侧馈矩形微带天线的带宽较窄，且其 辐射效率受介质基片的影响较大，因 此在一些需要宽频带和高效辐射的应 用中受到限制。
设计1：侧馈矩形微带天 线
• 引言 • 侧馈矩形微带天线的基本原理 • 侧馈矩形微带天线的仿真与优化 • 侧馈矩形微带天线的实际制作与测试 • 侧馈矩形微带天线的应用案例 • 总结与展望
01
引言
微带天线简介
微带天线是一种由微带线或带状线构 成的平面天线，具有体积小、重量轻 、易于集成等优点。
它利用微波传输线原理，将辐射元件 和传输线集成在同一平面上，通过电 磁辐射实现信号的传输。
03
稳定性
材料稳定性对侧馈矩形微带天线的长期性能和使用寿命至关重要。选择
具有良好热稳定性、化学稳定性和机械强度的材料，可以确保天线在各
种环境条件下稳定工作。
侧馈矩形微带天线的制作工艺
工艺流程
制作侧馈矩形微带天线需要遵循一定的工艺流程。首先，在选定的基材上均匀涂覆一层导 电层，然后通过光刻、腐蚀等工艺形成天线结构。接下来，进行必要的金属化处理和连接 器安装，最后进行测试和调整。
侧馈矩形微带天线的现状与成果总结
侧馈矩形微带天线是一种广泛应用于无线通信领域的天线类型，具有低剖面、易于 集成和易于制造等优点。
1微带天线的历史与优缺点
W w d x
Phi
z x
Theta
y
0
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
对微带天线的研究正在蓬勃地展开，这是一个具有极强生命力的课题。 随着相关技术的发展，微带天线无论在理论研究，还是在工艺制造上都
将越来越成熟，必将开辟更为广阔的应用领域。
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
重要组成部分。
1.3 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
矩形槽
共面波导
缝隙耦合馈电模型
共面波导馈电模型
1.4 微带天线的应用
微带天线的优势有：低剖面、低成本并可制成多功能、可共形的天线； 可集成到无线电设备内部，可用于室内，也可用于室外；其尺寸可大可 小，大的微带天线其长宽可到十几米，而一副用于PCS的内部集成的宽 带微带天线，其尺寸是15mm×15mm×1.5mm。显然，其优势是明显 的。目前，微带天线已在空间技术，移动通信卫星和手持便携式通信设 备中得到了广泛的应用。
1. 1 微带天线的历史与优缺点
微带贴片天线概论
利用多层结构，在有限的体积内增加天线辐射单元的数量，从而提 高整体效率与增益。
应用电磁材料
采用具有高导电性和磁导率的电磁材料，增强天线的电磁波辐射和 聚焦能力。
如何减小天线的尺寸与重量
采线的物理尺寸。
采用折叠、旋转和多层结构设计
02
通过对天线结构进行折叠、旋转和多层堆叠，实现天线的小型
三角形微带贴片天线
三角形微带贴片天线是一种具有 特殊形状的微带贴片天线，其金 属贴片呈等边三角形或等腰三角
形。
三角形微带贴片天线具有较高的 增益和较宽的带宽，同时其结构
简单、易于制作。
三角形微带贴片天线在通信、雷 达、导航等领域具有一定的应用
价值。
其他形状的微带贴片天线
除了矩形、圆形和三角形微带 贴片天线外，还有许多其他形 状的微带贴片天线，如椭圆形、 八边形等。
如何提高天线的抗干扰能力与稳定性
加强天线屏蔽
通过增加金属屏蔽层，降低外部电磁干扰对天线 性能的影响。
应用噪声抑制技术
采用先进的信号处理技术，抑制天线接收到的噪 声干扰。
优化天线布局
合理布置天线位置，降低多天线之间的耦合效应， 提高整体抗干扰能力与稳定性。
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这些特殊形状的微带贴片天线 在某些特定场合具有一定的应 用优势，如提高增益、拓宽带 宽等。
然而，这些特殊形状的微带贴 片天线的制作难度较大，成本 较高，因此在实际应用中受到 一定限制。
03
微带贴片天线的设计与 优化
贴片的尺寸设计
贴片尺寸与波长关系
贴片的尺寸通常为工作波长的四分之 一或二分之一，以实现最佳辐射效果 。
化与轻量化。
应用新型制造工艺
03
采用先进的微纳制造工艺，实现天线的高精度制造，进一步减
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。
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y
x
W
g2 h1 h2
L
y x z
Ws
S
g1
z
蜿蜒馈 电片 接地板
Hp
x
同轴探针
y
1.6GHz～2.24GHz, 640M , 33.3%
1.64GHz～2.16GHz , 540M,27%
天线E面辐射方向图
天线H面辐射方向图
最大增益达到了9.19dBi
最大变化幅度不超过1.45dB
4.2 增加额外谐振点
x
同轴探针 h H
2.02GHz～3.9GHz ,64%
天线E面辐射方向图
天线H面辐射方向图
四、使用金属斜面馈电的微带天线
z Theta h 50
100
53
馈电点 y 28
18
a ß d
塑料支撑杆
U 形接地板
80 Phi x
2.15GHz～4.76GHz ，BW＝75.5％
五、蜿蜒探针馈电的微带天线
加载短路探针
三、附加阻抗匹配网络 四、其他途径
4 宽频带微带天线
4.1 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。
y
一、E字形贴片天线
一、 附加寄生贴片
W2 L2
a
b d
h
贴片2
L3
贴 片 3 S
W3
L1
S
贴片1
贴 片 4
L4
y
接地板
W1 W4
r
y
x z
z x
2.66GHz～3.06GHz, 400M, 14%
2.65GHz～2.71GHz, 60M, 2.2%
重要组成部分。
1.3 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
矩形槽
共面波导
缝隙耦合馈电模型
共面波导馈电模型
1.4 微带天线的应用
微带天线的优势有：低剖面、低成本并可制成多功能、可共形的天线； 可集成到无线电设备内部，可用于室内，也可用于室外；其尺寸可大可 小，大的微带天线其长宽可到十几米，而一副用于PCS的内部集成的宽 带微带天线，其尺寸是15mm×15mm×1.5mm。显然，其优势是明显 的。目前，微带天线已在空间技术，移动通信卫星和手持便携式通信设 备中得到了广泛的应用。
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
y
Wg
W
金属带 x a 探针 d Phi
z
Theta
Lg
L
y
0
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 x
Lg
L a
y
0 Phi
变化方向 增加 变大 变小 增大
品质因素的变化
对带宽的影响 BW 增大 BW 增大 BW 增大 BW 增大
Qr 变小， Q sw 变小
Qd
变小
r
Qr 变小， Q sw 变小
Qr 变小， Q sw 变小， Qc 变大
3.2 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、
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 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 基板的厚度
对微带天线的研究正在蓬勃地展开，这是一个具有极强生命力的课题。 随着相关技术的发展，微带天线无论在理论研究，还是在工艺制造上都
将越来越成熟，必将开辟更为广阔的应用领域。
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
L l
W w d x
Phi
z xTheta源自y0x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
1. 1 微带天线的历史与优缺点
和常用的微波天线相比，微带天线有如下一些优点： ⑴ 体积小，重量轻，低剖面，能与载体（如飞行器）共形，并且除了在馈电 点处要开出引线孔外，不破坏载体的机械结构，这对于高速飞行器特别有利。 ⑵ 性能多样化。不同设计的微带元，其最大辐射方向可以在边射到端射范围 内调整；易于得到各种极化方式；特殊设计的微带元还可以在双频或多频方式 下工作。 ⑶ 能和有源器件、电路集成为统一的组件，因此适合大规模生产，简化了整 机的制作和调试，大大降低了成本。 和其他天线相比，微带天线也有如下一些缺点： ⑴ 相对带宽较窄，特别是谐振式微带天线，现已有一些改进办法，参见第四 章。 ⑵ 损耗较大，因此效率较低，这类似于微带电路。特别是行波微带天线，在 匹配负载上有较大的损耗。 ⑶ 单个微带天线的功率容量较小。 ⑷ 介质基片对性能影响大。由于工艺条件的限制，批量生产的介质基片的均 匀性和一致性还有欠缺，这影响了微带天线的批量生产和大型天线阵的构建。
1.2 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