天线9_缝隙.微带贴片天线
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。
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
天线原理与设计—第九章微带天线课件
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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：
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9
9.1 微带天线
•取w=1cm，l=3.05cm，f=3.1GHz，计算得到的方
向图：
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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：
• 于是，辐射电导
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9.1 微带天线
•
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12
9.1 微带天线
侧馈矩形微带天线的等效电路
•
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9.1 微带天线
•
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Jackson近似公式
•辐射电阻 •频带宽度 •天线的有效高度
9.1 微带天线
•有效口径
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9.1 微带天线
九、微带天线
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1
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，促进了微带天线快速发 展。
微带天线的基本形式
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Байду номын сангаас16
微带天线阵
9.2 微带天线阵
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9.3 微带行波天线
微带行波天线
• 用各种形状的弯曲微带线，在其终端接匹配负载， 则在线上形成行波。
第六章-微带天线
郭景丽 邹艳林
第六章 微带天线
微带辐射器的概念首先由 Deschamps 于 1953 年提出来。但是，过了 20 年， 到了 20 世纪 70 年代初，当较好的理论模型以及对敷铜或敷金的介质基片的光刻 技术发展之后，实际的微带天线才制造出来，此后这种新型的天线得到长足的发 展。
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。微带行波天线 （MTA）是由基片、在基片一面 上的链形周期结构或普通的长 TEM 波传输线（也维持一个 TE 模）和基片另一面上的地板组成。 TEM 波传输线的末端接匹配负 载，当天线上维持行波时，可从天 线结构设计上使主波束位于从边 射到端射的任意方向。
−h / 2 m
(6-1-3) (6-1-4)
将上式转化到球坐标系下应为：
∫ ∫ r
F
=
(−rˆ cosϕ
+ θˆ sinθ
)
1
4πr
W2 −W 2
J e dzdx h / 2
− jk (r − x sin θ cosϕ + z cosθ )
−h / 2 m
(6-1-5)
设磁流沿
x
和
z
的分布都是均匀的，则由
sin
θ
cosϕ ⎟⎞ sinθ ⎠
(6-1-8)
2
2
当介质厚度非常小时 kh << 1，上式可化简为：
Ev
= ϕˆ
jUkW
e − jkr πr
sin( kW cosθ 2
kW cosθ
)
cos⎜⎛ ⎝
1 2
kL
sin
θ
cosϕ ⎟⎞ sinθ ⎠
一款新型宽频带缝隙微带天线设计
文章编号：员园园缘原员圆圆愿（圆园19）园3原园园18原03
吴电家菊等脑：交互与式电子信技术手息息册的技技术发术术展与应用研究 悦燥皂责怎贼藻则 葬灶凿 陨灶枣燥则皂葬贼蚤燥灶 栽藻糟澡灶燥造燥早赠
一款新型宽频带缝隙微带天线设计
程云鹏，单志勇
（东华大学，上海市，201620）
Design of Broadband Slit Microstrip Antenna
CHENG Yun-peng, SHAN Zhi-yong
(Donghua University, Shanghai 201620,China) Abstract：A novel ultra wide band patch antenna was conceived and designed, which consists of a circular radiation patch and an improved rectangular connecting floor. The small size of the antenna is achieved by using the open slot technology to increase current path, and the symmetric double T-shaped patch is loaded to form a gap radiation unit to increase the antenna bandwidth. Based on the simulation of the performance of the antenna by HFSS, the results show that the -10 dB impedance bandwidth of the antenna is 1.9-10GHz, and the maximum gain of the antenna is 10.1dB, which has good performance. It can be widely used in Bluetooth, WiMAX/WLAN systems, microwave communication systems and other working modes. Key words: microstrip antenna; broadband; gap slot; wireless communication
微带天线设计
同轴线馈电
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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
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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。
微带贴片天线的分析方法
Ｉ３ Ｅ Ｄ，和安捷 伦公 司的Ａ Ｓ Ｍｏ ｎｕ Ｄ ｍｅ ｔｍ。 图１ 是一种典型 的倒 Ｆ 天线 【。我们 用Ｉ３ 软件 对它进 ６ 】 ＥＤ
行仿真。
近 年来 出现 了多种 电磁耦 合型馈 电方 式 ，其 结构 上 的 共 同特点是贴近 （ 无接触 ） 电，可利用馈线本身 ，也可通 馈 过一个 Ｖ径 （ 隙 ） Ｉ 缝 来形成馈线与天线 间的 电磁耦合 ，因此
Ⅳ )
120
。
zc
h
间建 立 的 电磁 场 指标
。
，
进 而 得 出方 向 图
、
增益 和 输 入 阻 抗 等特 性
。
丽
：
本 文 首 先 简要 地 阐 述 了 微带贴 片 天 线 的馈 电方式
，
然
上 式 中馈线 有效 宽度 和 介 质 有 效介 电常数 分 别 为 ：
w
后 总 结 了 当 前 微 带 贴 片 天 线 常 用 的分 析 方 法
天 线分 析
仿 真软 件
1
引言
微带贴片天 线是
一
在同
种 使 用 贴 片作 为 辐 射 元 的 天 线
、
一
平面
。
用 微 带 线馈 电 时
，
。
馈 线 与微 带贴 片 是 共 面 的
，
，
具有
因 而 可 方便 地 光 刻
制 作 简便
。
。
但 这 时馈 线 本 身 也 会 引 起 辐
。
剖面低 点
，
、
体积小
、
重量轻
这种馈源 的理论模 型可表示 为ｚ向电流圆柱和接地 板上
量应用有关未知函数的先验知识 ，使所选择的基函数尽可能 接近未知量的真解 ，并且满足边界条件 ，这样方程的收敛较 快 ，广义阻抗矩阵也易于出现 良态情况 。