微带天线的历史与优缺点
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z
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
y
x
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g2 h1 h2
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y x z
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蜿蜒馈 电片 接地板
Hp
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同轴探针
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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
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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
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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