微带天线的设计

简易微带天线设计
微带天线（Microstrip Antennas）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。

微带辐射器的概念首先由Deschamps于1953年提出。

和常用的微波天线相比，微带天线具有以下优点：体积小，重量轻，低剖面，能与载体（如飞行器）共形；制造成本低，易于批量生产；天线的散射截面小；能得到单方向的宽瓣方向图，最大辐射方向在平面的法线方向；易于和微带线路集成；易于实现线极化和圆极化，容易实现双频段、双极化等多功能工作。

微带天线根据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，微带线形天线，微带隙缝天线，其中微带贴片天线是最常见的形式。

微带贴片天线由带导体接地板的介质基片上贴加导体薄片形成，通常利用微带线或同轴线一类馈线馈电，使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隙缝向外辐射。

其基片厚度与波长相比一般秀小，因而可实现一维小型化。

导体贴片一般是规则形状的面积单元，如矩形、圆形或圆环形薄片等。

本文描述了一个设计完成的简易微带天线模型及其性能仿真结果，由于能力有限，设计不甚成熟。

设计的微带贴片天线如图1所示，其侧面如图2所示。

图1 微带天线结构设计示意图图2 微带天线结构设计侧面示意图如图所示，设计的微带贴片天线的贴片形状为圆形，其馈电线为微带线。

考察该天线的谐振频率可知，该天线为单频天线，其谐振曲线如图3（以线性单位计）
和图4（以dB计）所示。

图3 微带天线谐振曲线（以线性单位计）
图4 微带天线谐振曲线（以dB计）
从谐振曲线中可看出，该微带天线的谐振频率约为2.9GHz，该谐振频率与天线设计的参数有关，如微带贴片的半径，贴片材料等因素。

适当修改这些参数即可得到中心频率不
同的微带天线以适应各种不同的要求。

该微带天线的相位曲线如图5所示。

从相位曲线可以看出，当天线处于谐振频率时，其相位角恰为零。

图5 微带天线的相位曲线
设计的微带天线的史密斯圆图如图6所示。

图6 微带天线的史密斯圆图
天线的方向图可用于表示辐射和接收场强振幅方向特性。

以上设计的微带天线的方向图如图7所示。

图7 微带天线的方向图
通过以上所示图示可对所设计的微带天线的一些基本参数有所估计。

同时，在天线工
作时，其表面电流分布如图8所示。

图8 微带天线的表面电流分布
当天线工作时，其远场分布也在一定程度上决定了其工作性能，也是天线性能衡量的
一个重要指标，该微带天线的远场图如图9所示。

图9 微带天线的远场图
以上便是我设计的简易微带天线，由于能力有限以及缺少经验，因而设计十分粗糙，很多参数都是找寻的已有参数或是稍加修改得到，从结果上来看，该天线的性能也一般。

但是，通过这次作业，我对天线的原理有了更深刻的认识，感受到原来认为很恐怖的天线设计其实并没有那么困难。

感谢老师的辛勤教学以及李奥博同学的热情帮助，使我顺利地完成此次作业！
参考文献
[1]《天线(第三版)上册》克劳斯等著,章文勋译.北京：电子工业出版社，200405
[2]《天线(第三版)下册》克劳斯等著,章文勋译.北京：电子工业出版社，200405
[3] 百度百科/view/2371079.htm?fr=ala0
[4] CST软件的help文件。