微带天线课件.
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。
微带天线课件.76页PPT
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
微带天线课件.
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成
实验五-微带天线设计_图文_图文
• 把Layout层映射到金属层，也就是把Cond层粘贴到Sub介质板上，如下图所 示，选择“Layout Layer”标签，在“Name”下拉列表中选择贴片所在的Layout层 cond，单击【Strip】按钮完成贴片的粘贴。设置金属层参数，单击【Applay】 ，然后单击“OK”
（4）添加端口
end Zt=sqrt(50*Zin) %计话框
优化目标对话框
• 进行优化仿真，下图为优化后的仿真结果。
• 打开前面仿真过的微带贴片的Layout文件，按照原理图尺寸在Layout中划出 匹配结的图形，然后设置板材参数，插入端口。
• S参数仿真。 中心频率还是发生了偏移！ 改进方法：减少匹配线长度，减少贴片长度
板材参数：
H:基板厚度(1.5 mm)，
Er:基板相对介电常数(2.65)
Mur:磁导率(1)，
Cond:金属电导率(5.88E+7)
Hu:封装高度(1.0e+33 mm)， T:金属层厚度(0.035 mm)
TanD:损耗角正切(1e-4)， Roungh:表面粗糙度(0 mm)
报告要求：
（1）简单叙述微带天线工作原理； （2）给出微带天线的版图尺寸； （3）给出版图仿真结果，并对其结果进行分析； （4）制作该天线，进行测试，给出天线的驻波测试结果，分析误差原因。
使天线辐射尽可能多的功率,必须使天线与空气匹配,输入驻波比尽可 能小。阻抗、驻波比与反射系数的关系为
(5) 辐射效率 Pr为天线辐射出的功率,单位为W；Pi为馈入天线的功率，单位为W 。 天线增益、方向性系数和辐射效率的关系： (6) 半功率角
(a) 按电场定义； (b) 按功率定义
1.3 常见的天线类型
微带天线PPT教材
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
方向图、增益、波瓣宽度、 辐射电阻、损耗、效率 输入阻抗 带宽、品质因数
微带天线的设计
微带天线的主要分析方法
传输线模型法 谐振腔模型法 全波模型法即矩量法，有限元法
微带天线
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
微带天线的优缺点
体积小，重量轻，低剖面， 性能多样化，不同设计的 微带元，其最大辐射方向 可以在边射到端射的范围 内调整，易于得到各种极 化方式，特殊设计的微带 天线可以再多频方式下工 作 能和有源器件、电路集成 为一个统一的组件，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
相对带宽窄（高Q值）， 特别是谐振式的微带天线 损耗较大，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 单个微带天线的功率容量 较小 介质基片对性能的影响大
RFID中的微带天线
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
北大天线理论课件：第六章 微带天线
第六章缝隙天线与微带天线§6.1 缝隙天线缝隙天线：开在波导或谐振腔上缝隙，用以辐射或接收电磁波。
6.1.1 理想缝隙天线理想缝隙天线：开在无限大、无限薄的理想导体平面上的直线缝隙，用同轴传输线激励。
For personal use only in study and research; not for commercial useFor personal use only in study and research; not for commercial use假设位于yoz 平面上的无限大理想导体平面上开有宽度为ω（λω<<）、长度2/2λ=l 的缝隙。
缝隙被激励后，只存在垂直于长边的切向电场，并对缝隙的中点呈对称驻波分布，其表达示为：()()[]y m ez l k E z E ˆsin --=m E ---缝隙中间波腹处的场强值。
缝隙相当于一个磁流源，由电场分布可得到等效磁流密度为：()[]()[]⎩⎨⎧<-->-=⨯-==0,ˆsin 0,ˆsin ˆ0x e z l k E x ez l k E E nJ z m z m z m等效磁流强度为：()[]()[]⎩⎨⎧<-->-=⋅=⎰0,sin 20,sin 2x z l k E x z l k E l d E I m m l m ωω 也就是说，缝隙可等效成沿Z 轴放置的、与缝隙等长的线状磁对称阵子。
根据对偶原理，磁对称阵子的辐射场可由电对称阵子的辐射场对偶得出。
对于电对称阵子，电流分布为：)(sin )(z l k I z I -=辐射场表达式：θθθsin )cos()cos cos(60kl kl r Ie j E jkr -=- ()()ϑϑπϕsin cos cos cos 2kl kl r Ie j H jkr -=- 由此得到0>x 半空间，磁对称阵子的辐射场为：()()ϑϑπωϕsin cos cos cos kl kl r e E j E jkr m m--=- ()ϑϑμεπωθsin cos cos cos klkl re E jH jkrm m-=- 在0<x 的半空间，电场和磁场的符号与上式相反。
微波仿真论坛微带天线练习课件
0 (electr.)
0 (magnet.)
343 (electr.)
281 (magnet.)
0 (electr.)
0 (magnet.)
0 (electr.)
0 (magnet.)
0 max. nodes: MAXNKNO =
12
2 max. conn.: MAXNV =
10
0 max. cuboids: MAXNQUA =
– 剖分部分变量 tri_len=lambda/12 fine_tri=lambda/16 segl=lambda/15 segr=diam/2
建立模型
• 点击图标 创建矩形贴片
– 输入以下坐标 (-len_x/2,-len_y/2,0) (-len_x/2,len_y/2,0) (len_x/2,len_y/2,0) (len_x/2,-len_y/2,0)
1640 0
• 在Edges中修改模型ant中的馈源天线线段名称为feed
网格剖分
• 点击菜单Mesh\Create Mesh进行网格剖分
• 按ALT+2进行Prefeko预处理并保存项目文件
EditFeko 定义
• 按住ALT+1运行EditFeko – 填加快速多极子控制卡 FM – 填加 SF 控制卡进行长度单位换算(mm->m) – 填加 DI 介质定义控制卡
EditFeko 定义
• 完整的EditFeko
PostFeko 结果分析
• 按住Alt+4进行Feko运算 • 按住Alt+3运行PostFeko查看结果
– 由于EditFeko中第三个FF的结果没有写入输出文件，因此这里只有前两个FF的结 果
第四讲 微带天线
第四講微帶天線一、引言上一講介紹了對稱振子和接地單極子天線。
這兩種天線本质上屬於線天線。
但是手機內置天線往往都不是線天線的形式，常見的PIFA天線和單極子變形天線往往都是平面天線的形式。
儘管在某種程度上它們也和對稱振子或接地單極子天線有某种程度的相似性。
在現有理論基礎下，由於专門對手機天線進行嚴格理論分析的論著還很少，所以為更加深入地理解手機天線，我们還有必要瞭解幾種其他類型的天線的一般特性。
這一講主要介绍微帶天線的概念和基本原理。
二、微帶天線的結構如下圖所示，結構最簡單的微帶天線是由貼在帶有金屬地板的介質基片（）上的輻射貼片所構成的。
貼片上導體通常是銅和金，它可以為任意形狀。
但通常為便於分析和便於預測其性能都用较為簡單的幾何形狀。
為增強輻射的邊緣场，通常要求基片的介电場數較低。
三、微帶天線的特點微帶天線的典型優點是：1．重量輕、体積小、剖面薄；2．製造成本低，適於大量生產；3．通過改變馈點的位置就可以獲得線極化和圓極化；4．易於實現双頻工作。
但微帶天線也有如下缺點：1．工作頻帶窄；2．損耗大，增益低；3．大多微帶天線只在半空間輻射；4．端射性能差；5．功率容量低。
四、微帶天線的輻射機理微帶天線的輻射是由微帶天線導體邊沿和地板之間的邊緣场產生的。
這可以從以下圖中的情況簡單說明，這個圖是一個側向饋電的矩形微帶貼片，與地板相距高度為h。
假設電場沿微帶結構的宽度和厚度方向沒有变化，則輻射器的電場仅僅沿約為半波長（）的貼片长度方向變化。
輻射基本上是由貼片開路邊沿的邊緣場引起的。
在兩端的場相對地板可以分解為法向和切向分量，因為貼片長度为，所以法向份量反相，由它们產生的遠區場在正面方向上互相抵消。
平行於地板的切向分量同相，因此合成場增強，從而使垂直於地板的切向份量同相，因此合成場增強，从而使垂直於結構表面的方向上輻射場最強。
根據以上分析，貼片可以等效为兩個相距、同相激励並向地板以上半空间輻射的兩個縫隙。
對微帶貼片沿寬度方向的電場變化也可以采用同樣的方法等效為同样的縫隙。
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南京理工大学毫米波技术研究室
微带天线理论与应用
微带天线的性能定义
a）工作频段：XXXX MHz～XXXXMHz； b）口径尺寸：XX mm * XX mm c）水平面方向（阵面法线方向）： 波束宽度：≥5.5°； 副瓣电平：≤-18dB； d）垂直面方向： 波束宽度：≥30°； e）天线增益（阵面法线方向）： ≥19dB； f）极化方向：垂直； g）驻波比： ≤1.8； h）波束覆盖范围：±20°。
南京理工大学毫米波技术研究室
微带天线理论与应用
天线的发展
赫兹
马可尼
南京理工大学毫米波技术研究室
微带天线理论与应用
微带天线的发展
利用微带线的辐射来制成微带微波天线的概念最早由德尚 (G.A.Deschamps) 教授在 1953 年提出 [1] ，在 1955 年由法国 Gutton[2] 和 Baissinot[3] 发表了专利。微带天线是一种随系统对天线的要求 而发展起来的典型的低剖面、平板结构的天线，但是因为没有较 好的微波介质材料，所以在随后的近20年里对此只有零星的研究， 当时人们只是把微带结构作为波导元器件的一种小、薄、轻又低 廉的替代品。70 年代期间，由于获得了具有低损耗正切特性和有 吸引力的热特性及机械特性的良好基片，改进的照相平板印刷技 术和更好的理论模型，使微带天线取得突破性进展。最早的微带 天线是Howell和Munson在二十世纪七十年代初期研制成的。之后， 世界各国的研究人员对微带天线的贴片形状、馈电技术、基板构 造和阵列排列等方面作了大量的研究，微带天线无论在理论与应 用的深度上和广度上都获得了进一步的发展。
南京理工大学毫米波技术研究室 微带天线理论与应用
微带天线的优点
南京理工大学毫米波技术研究室
微带天线理论与应用
微带天线的优缺点
微带天线以其重量轻、体积小、成本低、共形结构、以及与集 成电路兼容等优点，成为天线家族中充满生命力的一个分支， 最适宜于航空和车载应用。如今，这种新型天线技术已日趋成 熟，其应用正在与日俱增。 早期微带天线具有频带窄、极化纯度差、寄生馈电辐射大、功 率容量有限等不足。因此微带天线的大部分研究工作都是为了 克服这些缺点，以便满足系统对天线愈来愈苛刻的要求。这些 工作所取得的进展使得微带天线的发展和应用前景变得更为广 阔。
南京理工大学毫米波技术研究室
微带天线理论与应用
微带天线的传输线模型
该模型将矩形微带贴片看成沿横向L没化变化的传输线谐振 器。场沿纵向呈驻波变化，辐射由两开路端的边缘场产生
南京理工大学毫米波技术研究室 微带天线理论与应用
微带天线的空腔模型
该理论基于薄微带天线的假设，而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 的边界条件来求得。
ห้องสมุดไป่ตู้
南京理工大学毫米波技术研究室
微带天线理论与应用
绪论
通信的目的是传递信息, 根据传递信息的途径不同, 可将通信系 统大致分为两大类:
一类是在相互联系的网络中用各种传输线来传递信息, 即 所谓的有线通信, 如电话、计算机局域网等有线通信系统;
另一类是依靠电磁辐射通过无线电波来传递信息, 即所谓 的无线通信, 如电视、 广播、 雷达、 导航、卫星等无线 通信系统。 无线通信系统中, 将来自发射机的导波能量转变为无线电波, 或 者将无线电波转换为导波能量, 用来辐射和接收无线电波的装臵 称为天线。
微带天线理论与技术
教师 王昊
电子工程与光电技术学院 南京理工大学
南京理工大学毫米波技术研究室
微带天线理论与应用
内容提要
1 微带天线基本理论 *#（8学时）
2 微带天线的元技术 （8学时） 3 有效利用商用软件进行微带天线的设计 *#（8学时）
4 微带阵列天线 #（8学时）
5微带天线近场测量与近场诊断 ★（6学时） 6 微带天线制造技术 （4学时）
南京理工大学毫米波技术研究室
微带天线理论与应用
微带线的特性
当频率较高时，微带宽度W和高度h与波长可相比拟时，微 带中可能出现波导型横向谐振模。最低模为TE10
微带中还存在着表面波，最低次TM型表面波的截止频率无 下限，而最低次TE型表面波的截止波长为 上述的波导模和表面波模称为微带的高次模。为抑制高次模 的出现。微带尺寸的选择需要满足以下的条件
南京理工大学毫米波技术研究室
微带天线理论与应用
微带天线的工作原理
南京理工大学毫米波技术研究室
微带天线理论与应用
微带天线的分析方法 传输线模型 腔模型 分析 有限差分+匹配边界(理想匹配等效) 积分方程 矩量法 有限元
方法
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微带天线理论与应用
微带线的特性
微带线是一种开放的线路。 它的场空间是由两个不同介 电常数的区域构成。我们知 道，只有填充均匀媒质的传 输线才能传输单一的纯横向 场（TEM）。现在存在空气 与介质分界面，存在着混合 模，只有当基片厚度远小于 工作波长时，能量大部分都 集中在导体带下面的介质基 片内时，称为准TEM模。
南京理工大学毫米波技术研究室
微带天线理论与应用
教材
教材： • 方大纲著，天线理论与微带天线，科学出版社，2006年 • 钟顺时著， 微带天线理论与应用， 西安电子科技大学出版社， 1991年 参考资料：
1. 张钧著，微带天线理论与工程，国防工业出版社，1988年
2. (加) 鲍尔,I.J., (加) 布哈蒂亚,P.著，微带天线，电子工业出版社， 1984
南京理工大学毫米波技术研究室 微带天线理论与应用
微带天线的空腔模型
(1)TMmn模的磁流沿X方向有m个 零点，沿Y方向有n个零点。 (2)两个相邻零点的间隔为λm/2。 (3)每经过一个零点，Ms便改变方 向 (4)贴片四角处MS为最大值
辐射特性
极化特性 阻抗特性 扫描特性
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微带天线理论与应用
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微带天线理论与应用
微带天线的结构
南京理工大学毫米波技术研究室
微带天线理论与应用
微带天线的结构
A.贴片型
B.振子型
C.微带线型
D….
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微带天线理论与应用
微带天线的工作原理