天线与电波传播课件(第五章)天线新技术
(西安海天)天线课件PPT课件
02
天线在移动通信系统中的作用
天线负责接收和发送无线信号，将信号从移动终端传输到基站或从基站
传输到移动终端。天线的性能直接影响移动通信系统的性能和用户体验。
03
移动通信系统中常用的天线类型
移动通信系统中常用的天线类型包括智能天线、MIMO天线、平板天线
等。这些天线类型具有不同的性能和特点，适用于不同的应用场景。
天线的工作原理基于电磁波的辐射和接收。当天线受到传输线中的交变电流激励时，就会向周围空间 产生电磁波的辐射。而当电磁波照射到天线时，天线则会感应出电动势，从而实现信息的接收。天线 的性能指标如方向性、增益和带宽等都与其形状、尺寸和工作原理有关。
02
天线技术参数
增益
增益是指天线在某一方向上的辐 射强度和功率密度之比，通常用
物联网中的天线技术
天线在物联网中的作用
天线设计考虑因素
天线是实现无线通信的关键部件，在 物联网中负责信号的发送和接收。
包括增益、波束宽度、阻抗匹配、极 化方式等。
天线类型
包括鞭状天线、板状天线、柱状天线 等，适用于不同场景和频段。
物联网天线的发展趋势
5G技术推动物联网天线的发展
01
随着5G技术的普及，物联网天线将朝着小型化、集成化、高性
分贝(dB)表示。
天线的增益与天线口径面积、天 线效率、波长等因素有关，是衡
量天线性能的重要ห้องสมุดไป่ตู้数之一。
在实际应用中，选择高增益天线 可以获得更好的信号覆盖和传输
效果。
方向性
方向性是指天线辐射能量的空间分布特性，即天线在各个方向上的辐射强度不同。
天线的方向性可以用图形或数据表示，通常有三种类型：全向、双向和单向。
天线与电波传播
可与多种军用接力机、电台连接使 用从而提高抗扰能力。
波束切换天X-XXXX
0
方向系数D是说明天 线方向性的用数值表 示天线的方向性大小 的值。
方向图是用方向函数画出来的图形。实际情况要考 虑地面的影响，情况较复杂。
4、增益系数（实际测试）
G EI EO
2
2
Pin 相同
G D A
log
例如：半波 D=2.6
10log2.6=4.15dB
绝对增益：用点源作为对比标准得出的增益系数 (G≤3dB);
相对增益：用其他天线作为对比标准得出的增益系数
5、极化：发射天线的极化是指在最大辐射方 向上电场矢量端点运动的轨迹。 *线极化 (线天线)
*圆极化（相位差90度，垂直放置线天线）
*椭圆极化（螺旋天线、
微带天线、喇叭天线）
天线的其他参数：工作带宽、功率容量、 VSWR、 有效高度等。
二、天线新技术
FDTD(finite-difference time-domain)时域有限差分，是现代电磁场领域应用数值分析的一种新方法 。在设计上实现了天线和微波网络的CAD(computer aided design)
3、高频结构仿真HFSS
短波螺旋天线仿真图
4、新天线
a.螺旋天线
b、智能天线
智能天线（Smart Antenna）
（1）平衡馈电
（2）平衡与不平衡馈电
二、天线参数与天线新技术
（一）天线电参数 1、效率 P n
Pin
天线PPT课件(完整版)
远区场：当 kr 1 时称为远场区，电磁场主要由 kr 的低次幂项决定，故可略去 kr 的高次幂项，得
Er E
E
j
H
k I0l
4
r H e jkr
s r
0
E jA
2 A k 2 A
J
A
j
J
A
j
洛伦兹条件：
A j
1
A
j
2 A k 2 A J
E jA jA j
in
H
j
k I0l
4
e jkr r
s in
kr 1
波阻抗：
Zw
E H
固有阻抗：
120 377
§1.2 电基本振子
远区场的性质：
（1）电场与磁场在空间相互垂直，它们均与r 成反 比。因等相位面为球面，故为球面电磁波。
（2）因在传播方向上电磁场的分量为零，故为横电 磁波，记为TEM波。
天线发展简史
二、1901, 马可尼（Guglielmo Marconi, 1874-1937，1909 年 诺贝尔物理学奖）
1901年马可尼成功实现横穿大西洋（英国—加拿大） 的无线电通信。位于英国（Poldhu, England）的发射天线 由50根斜拉导线组成，用悬于60米高的木塔间的钢索支撑。 位于加拿大（Newfoundland, Canada）的接收天线是200米 长的导线，由风筝牵引。
《天线与电波传播》PPT课件
精选ppt
5
8.1天线基本概念
➢ 二维方向图
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8.1天线基本概念
➢ 三维方向图
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8.1天线基本概念
➢ 波束宽度
✓ 方向图中通常都有两个瓣或多个瓣 ❖ 其中最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣
✓ 波束宽度：主瓣两半功率点间的夹角 ✓ 又称为半功率（角）波束宽度、3dB波束宽度 ✓ 主瓣波束宽度越窄，方向性越好，抗干扰能力越强 ✓ 经常考虑3dB、10dB波束宽度
✓ 参考天线为半波振子天线:增益用dBd表示 ✓ 同一个天线用dBd和dBi分别表示时的转换关系为：
0dBd=2.14dBi
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8.1天线基本概念
➢ 天线增益
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8.1天线基本概念
– 天线的极化
➢ 平面波按极化可分为线极化波、圆极化波（或椭 圆极化波）
➢ 极化是指在垂直于传播方向的波阵面上，电场强 度矢量端点随时间变化的轨迹
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8.1天线基本概念
✓ 基本电振子、半波振子、全波振子天线的增益
天线类型 基本电振子 半波振子 全波振子
增益(dBi) 1.76 2.14 3.80
精选ppt
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8.1天线基本概念
✓ 几个名词 ❖ 对称振子：两臂长度相等的振子，每臂长度为λ/4 ❖ 全波对称振子：全长与波长相等的振子 ❖ 折合振子：将振子折合起来
✓ 随着长度L的增加，方向图变得比较尖锐 ❖ L≥λ/2时，除了主瓣外还有副瓣 ❖ L=λ时，在垂直于振轴线的方向上没有辐射
✓ λ/2的对称振子在800MHz频段约200mm长；在400MHz 频段约400mm长
《天线与电波传播》课件
电波在自由空间中传播时，能量随距离的平 方成正比地衰减。
穿透损耗
电波在穿透建筑物、墙体等障碍物时，会受 到损耗。
地面吸收损耗
电波在传播过程中，会受到地面的吸收作用 ，导致能量衰减。
散射损耗
由于散射体的散射作用，导致电波传播过程 中的能量衰减。
03
天线设计与应用
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
Hale Waihona Puke 天线的定义与分类总结词
天线的定义是指能够将电磁波能量转换为导行波能量或将导行波能量转换为电磁波能量 的装置。天线根据不同的分类标准可以分为多种类型。
详细描述
天线是一种能够将电磁波能量转换为导行波能量或将导行波能量转换为电磁波能量的装 置。根据不同的分类标准，天线可以分为多种类型，如按工作性质可以分为发射天线和 接收天线，按方向性可以分为定向天线和全向天线，按频段可以分为超长波天线、长波
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW ERA
《天线与电波传播》ppt课
件
• 天线基础知识 • 电波传播基础 • 天线设计与应用 • 电波传播的干扰与防护 • 未来发展与展望
目录
CONTENTS
01
天线基础知识
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
设备干扰
影响设备的正常运行，可能导致设 备故障或性能下降。
04
干扰的防护与抑制
频率管理
通过合理规划和管理无线电频谱，减少不同无线电业务之间的干扰。
天线隔离
通过合理设置天线位置和方向，降低不同无线电设备之间的干扰。
滤波技术
采用滤波器对信号进行筛选和处理，减少干扰信号的影响。
电磁波传播与天线PPT课件
基本概念 (4)天线的方向图
当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，在接收过程中 通常都要产生极化损失，例如：当用圆极化天线接收任一线极化波，或用 线极化天线接收任一圆极化波时，都要产生３分贝的极化损失，即只能接 收到来波的一半能量；
当接收天线的极化方向（例如水平或右旋圆极化）与来波的极化方 向（相应为垂直或左旋圆极化）完全正交时，接收天线也就完全接收不到 来波的能量，这时称来波与接收天线极化是隔离的。
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(3)空间波
基本概念
直射 直射是无线电波在自由空间传播的方式。 反射 当电磁波遇到比波长大得多的物体时，就会发生反射。反射常发生在地 球表面、建筑物和墙壁表面。 绕射 当发射机和接收机之间的传播路由被尖锐的边缘阻挡时，就发生绕射。 散射 当电磁波的传播路由上存在小于波长的物体，并且单位体积内这种障碍 物数目非常巨大时，就会发生散射。
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基本概念 5、无线电波的波长、频率和传播速度的关系
该关系可用式 λ＝Ｖ/ｆ 表示，其中Ｖ为速度，单位为米/秒；ｆ为 频率，单位为赫芝；λ为波长，单位为米。
由上述关系式不难看出，同一频率的无线电波在不同的媒质中传播 时，速度是不同的，因此波长也不一样。
我们通常使用的聚四氟乙烯型绝缘同轴射频电缆其相对介电常数ε约 为2.1，因此，Ｖε≈Ｃ/1.44 ，λε≈λ/1.44 。
因此，架设天线选择基站场地时，必须按上述原则来考虑对绕射传播可 能产生的各种不利因素，并努力加以避免。
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二、天线接收原理
基本概念
把从导线上传下来的电信号做为无线电波发射到空间…... 收集无线电波并产生电信号
Blahblah blahblah
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(1) 天线的作用
基本概念
天线与电波传播
天线与电波传播天线部分:引言天线是一种用来发射或接收电磁波的器件，是任何无线电系统中的基本组成部分。
换句话说，发射天线将传输线中的导行电磁波转换为“自由空间”波，接收天线则与此相反。
于是信息可以在不同地点之间不通过任何连接设备传输，可用来传输信息的电磁波频率构成了电磁波谱。
人类最大的自然资源之一就是电磁波谱，而天线在利用这种资源的过程中发挥了重要的作用。
第一讲:传输线基础知识在通信系统中，传输线(馈线)是连接发射机与发射天线或接收机与接收天线的器件。
为了更好的了解天线的性能及参数，首先简单介绍有关传输线的基础知识。
传输线根据频率的使用范围区分有两种类型:1、低频传输线;2、微波传输线。
这里重点介绍微波传输线中无耗传输线的基础知识，主要包括反映传输线任Z一点特性的参量:反射系数、阻抗和驻波比,。
,一、反射系数 ,这里定义传输线上任一点处的电压反射系数为,'Uz()',,()z，'Uz()'jz,,,',Uze0，， (1) ,'jz，',,Uze0，，'jz,2,,,el由上式可以看出，反射系数的模是无耗传输线系统的不变量，即',,,z (2) ，，l此外，反射系数呈周期性，即'',，,,zmz,/2 (3) ，，，，gZ二、阻抗appearance of the weld appearance quality technical requirements of the project must not have a molten metal stream does not melt the base metal to weld, weld seam and heat-affected zone surface must not have cracks, pores, defects such as crater and ash, surface smoothing, weld and base metal should be evenly smooth transition. Width 2-3 mm from the edge of weld Groove. Surface reinforcement should be less than or equal to 1 + 0.2 times the slope edge width, and should not be greater than 4 mm. Depth of undercut should be less than or equal to 0.5 mm, total length of the welds on both sides undercut not exceed 10% of the weld length, and long continuous should not be greater than 100 mm. Wrongside should be less than or at 0.2T, and should not be greater than 2 mm (wall thickness mm t) incomplete or not allow 7.5 7.5.1 installation quality process standards of the electrical enclosure Cabinet surface is clean, neat, no significant phenomenon of convex, close to nature, close the door. 7.5.2 Cabinet Cabinet face paints no paint, returned to rusted, consistent color. 7.5.3 uniform indirect gap from top to bottom, slot width <1.5mm 7.5.4 adjacent Cabinet surface roughness is 0. 7.5.5 the cabinets firmly fixed, crafts beautiful. 7.5.6 Cabinet surface gauge, switch cabinet mark clear, neat, firm paste. 7.5.7 Terminal row of neat, is reliable, the appearance is clean and not damaged. 7.5.8 cables neat and clean, solid binding, binding process in appearance. 7.5.9 the first cable production firm, crafts beautiful, clear signage does not fade.7.5.10 fireproof plugging tight, no cracks and pores. 7.6 7.6.1 of thestandard electrical wiring quality technology cable a, the multi-core wire bunch arrangement should be parallel to each other, horizontal wire harness or wire should be perpendicular to the longitudinal multi-core wire bunch. The distance between the wire harness and wire harness symmetry, and as close as possible. B-core wiring harness into round, multi-core wire bunch used g wire binding, fastening这里定义传输线上任一点处的阻抗为'Uz，，' (4) Zz,，，'Iz，，经过一系列的推导，得出阻抗的最终表达式'ZjZz，tan,'l0 (5) ZzZ,，，0'ZjZz，tan,l0三、驻波比(VSWR) ,这里定义传输线上任一点处的驻波比为'Uz，，max,, (6) 'Uz，，min经过一系列的推导，得出阻抗的最终表达式1，,l (7) ,,1,,l此外，这里还给出反射系数与阻抗的关系表达式'1，,z，，'ZzZ,，，0'1,,z，，(8) 'ZzZ,，，0',,z，，'ZzZ，，，0这里还简单介绍一下传输线理论所要用到的一些基本参数，例如特性阻抗Z0 以及相位常数，具体表达式如下: ,L2,,,,ZLC, (9) ,,0C,Z此外，不同的系统有不同的特性阻抗，为了统一和便于研究，常常提出归一化0'Zz，，的概念，即阻抗称为归一化阻抗 Z0'Zz，，'Zz, (10) ，，Z0第二讲:基本振子的辐射appearance of the weld appearance quality technical requirements of the project must not have a molten metal stream does not melt the base metal to weld, weld seam and heat-affected zone surface must not have cracks, pores, defects such as crater and ash, surface smoothing, weld and base metal should be evenly smooth transition. Width 2-3 mm from the edge of weld Groove. Surface reinforcement should be less than or equal to 1 + 0.2 times the slope edge width, and should not be greater than 4 mm. Depth of undercut should be less than or equal to 0.5 mm, total length of the welds on both sides undercut not exceed 10% of the weld length, and long continuous should not be greater than 100 mm. Wrongside should be less than or at 0.2T, and should not be greater than 2 mm (wall thickness mm t) incomplete or not allow 7.5 7.5.1 installation quality process standards of the electrical enclosure Cabinet surface is clean, neat, no significant phenomenon of convex, close to nature, close the door. 7.5.2 Cabinet Cabinet face paints no paint, returned to rusted, consistent color. 7.5.3 uniform indirect gap from top to bottom, slot width <1.5mm 7.5.4 adjacent Cabinet surface roughness is 0. 7.5.5 the cabinets firmly fixed, crafts beautiful. 7.5.6 Cabinet surface gauge, switch cabinet mark clear, neat, firm paste. 7.5.7 Terminal row of neat, is reliable, the appearance is clean and not damaged. 7.5.8 cables neat and clean, solid binding, binding process in appearance. 7.5.9 the first cable production firm, crafts beautiful, clear signage does not fade.7.5.10 fireproof plugging tight, no cracks and pores. 7.6 7.6.1 of the standard electrical wiring quality technology cable a, the multi-core wire bunch arrangement should be parallel to each other, horizontal wire harness or wire should be perpendicular to the longitudinal multi-core wire bunch. The distance between the wire harness and wire harness symmetry, and as close as possible. B-core wiring harness into round, multi-core wire bunch used g wire binding, fastening一、电基本振子的辐射电基本振子(Electric short Dipole)又称电流元，无穷小振子或赫兹电偶极子，l,l它是指一段理想的高频电流直导线，其长度远小于波长，其半径远小于，a 同时振子沿线的电流处处等幅同相。
天线基本原理与技术
电流元 方向图
18:21
电子科技大学电子工程学院
微波技术与天线
第五章 天线基本原理与技术
1 20 ° 1 50 °
9 0°
1
0.8 0.6 0.4
60
微波天线方向图通常由与场矢量相平行的两个平面表示：
E 平面：通过最大辐射方向， 与电场矢量平行的平面； H 平面：通过 最大辐射方向， 与磁场矢量平行的平面；
微波技术与天线
第五章 天线基本原理与技术
5.1 电流元的辐射场
一、电流元 电流元也称电基本振子，它是一段长度远小于波长 , 电 流I振幅均匀分布、 相位相同的直线电流。
注：电流元线天线的基本组成部分, 任意线天线均可看成 是由一系列电基本振子构成的。
二、电流元的辐射场 Idl 1 jr z z Er j cos ( 3 j 2 )e 20 r r Idl 1 2 jr E j sin ( 3 j 2 )e 40 r r r Idl 1 j j r lO O H sin ( 2 )e l dl 4 r r E 0 H 0 Hr 0 x x
上的辐射功率流密度Smax，与相同输入功率在理想无方向性
天线在同一位置处的辐射功率流密度S0之比。
G AD
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微波技术与天线
第五章 天线基本原理与技术
由方向系数及增益定义，有：
Smax G A S0 2 输入功率 Em 2 2 r Em P 240 Pi P 60 P A 2 4 r 2 r 2 Em 60 Pi 由上式可得一个天线最大辐射方向上的场强为
0
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8/12/2013
Dept.PEE Hefei Normal University
微带天线缺点
与通常的微波天线相比，微带天线也有一些缺点：
频带窄；
有损耗，因而增益较低；
大多数微带天线只向半空间辐射； 最大增益实际上受限制；
馈线与辐射元之间的隔离差；
端射性能差； 可能存在表面波；
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微带天线分析---传输线模型
y=0处的缝隙等效面磁流为
V0 M s e n e z E z e x e z E0 e y h
该磁流所产生的电矢位为
1 e F vM s r 4
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微带天线分析---传输线模型
当从辐射边对矩形贴片馈电时，将一条缝隙
的导纳加上长为b的传输线变换后的另一缝 隙导纳，便得出微带天线的输入导纳：
Ys jYc t an b Yin Ys Yc Yc jYs t an b
jk0 r
dv
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微带天线分析---传输线模型
惠勒（H.A.Wheeler）给出微带线的特
性阻抗Zc的计算公式如下： • w/h>1
r 1 r 1 w 377 w Zc 0.883 0.165 2 ln h 1.88 0.758 r r r h
《天线与电波传播》
张忠祥
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1
教材：《天线与电波传播》 机械工业出版社
王增和 卢春兰 钱祖平 等编著
2003年7月第一版
参考书： 《天线原理》 主 编：江贤祚 1993年第一版 主 编：John D. Kraus 出版时间：2002
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微带天线分析---传输线模型
等效电路如图
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微带天线分析---传输线模型
用延伸长度来表示电容效应，则可获得更简
便的计算式：
出版社：北京航空航天大学出版社 《Antennas: For All Applications》
出版社：the McGraw-Hill Companies 《天线》 出版社：电子工业出版社
编著：[美]John D.Kraus Ronald J. Marhefka 2004年4月 第一版
《Radio Propagation for Modern Wireless Systems》
微带天线分析---传输线模型
施奈德（M.V.Schneider）已得出等效相
对介电常数的一个简单经验公式：
1 / 2 1 10h e r 1 r 11 2 w
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E面：
1 FE ( ) cos k 0 b sin 2
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微带天线分析---传输线模型
半功率波瓣宽度近似值如下：
2 0.5 H 2 cos
1
1 a 21 0
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微带天线工作---辐射机理
矩形微带天线的辐射主要由沿两条a边的
缝隙产生，该二边称为辐射边。由于接 地板的存在，天线主要向上半空间辐射 。对上半空间而言，接地板的效应近似 等效于引入磁流 M s 的正镜像。由于 h << 0 ，因此它只相当于将 M s 加倍，辐射图形 基本不变。
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微带天线的分析设计方法
这三种理论仍不断地在某些方面有所发展
，同时也出现了一些别的分析方法。基于 对积分方程法的简化，产生了格林函数法 (GFA-Green’s Function Approach)；而由 空腔模型的扩展，出现了多端网络法(MNAMultiport Network Approach)等。
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微带天线的分析设计方法
从原理上说，积分方程法可用于各种结构、任
意厚度的微带天线，然而要受计算模型的精度 和机时的限制。 从数学处理上看，第一种理论把微带天线的分 析简化为一维的传输线问题；第二种理论则发 展到基于二维边值问题的求解；第三种理论又 进了一步，可计入第三维的变化，不过计算也 费时得多。
功率容量较低。
但是有一些办法可以减小某些缺点。例如，只要在设计和制
造过程中特别注意就可抑制或消除表面波。
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微带天线分类
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微带天线分析---传输线模型
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 a 90 0 1 a Gs 120 0 1 a 120 0
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(a 0.35 0 ) (0.35 0 a 2 0 ) ( a 2 0 )
V.S.W.R ＜1.5 Polarization ±45° Isolation Between Two Ports(dB) ≥30
Cross-Polar Discrimination(dB) ≥15
Horizontal-3dB Beamwidth(°): 87 Vertical-3dB Beamwidth(°): 4.7
第6章 电波传播概论
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5 天线新技术概述
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Gain(dBi): 18
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5.1
微带天线
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微带天线优点及应用
在100MHz到50GHz的宽频带上获得了大量的应用，与通常的微波天线
相比，微带天线的一些主要优点是： 重量轻、体积小、剖面薄的平面结构，可以做成共形天线； 制造成本低，易于大量生产； 可以做得很薄，因此，不扰动装载的宇宙飞船的空气动力学性能； 无需作大的变动，天线就能很容易地装在导弹、火箭和卫星上； 天线的散射截面较小； 稍稍改变馈电位置就可以获得线极化和圆极化（左旋和右旋）； 比较容易制成双频率工作的天线； 不需要背腔； 微带天线适合于组合式设计（固体器件，如振荡器、放大器、可变 衰减器、开关、调制器、混频器、移相器等可以直接加到天线基片 上)； 馈线和匹配网络可以和天线结构同时制作。
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微带天线工作---辐射机理
贴片尺寸为 a b ，介质基片厚度为 h 。 微带贴片可看作为宽a长b的一段微带传
输线，其终端（a边）处因为呈现开路， 将形成电压波腹。一般取 b m / 2 ，m 为 微带线上波长。于是另一端（a边）处也 呈电压波腹。 w a, l b
2 0.5 E 2 sin
1
0
4b
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微带天线工作---辐射机理
电场可近似表达为（设沿贴片宽度和基片厚
度方向电场无变化）
Ez E0 cos(x / b)
天线的辐射由贴片四周与接地板间的窄缝形
成。由等效原理知，窄缝上的电场的辐射可 由面磁流的辐射来等效。等效的面磁流密度 为 M s n E