宽频带微带贴片天线技术

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S波段微带宽频贴片天线设计

表２天线的最终尺寸
！！墨望！：塑注：Ｌ —Ｅ型贴片长，ｗ —Ｅ型贴片宽，ｈ１一寄生元和Ｅ型辐射贴片的厚度，ｈ２一Ｅ型辐射贴片和下层底板之间的厚度，Ｐｓ一贴片上两条对称窄缝之间的间距，Ｌｓ一贴片上对称窄缝长度，ｗｓ一贴片上对称窄缝的宽度，ｓ一中间凹陷深度，Ｌｐ一寄生贴片的长度，ｗｐ一寄生贴片的厚度。兰
ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳＷ０
・技术交流
Байду номын сангаас
Ｓ波段微带宽频贴片天线设计
湖南文理学院戴正科
【摘要】近年来，随着无线通讯设备的快速发展，ｓ波段（频率范围在１．５５～３．４ＧＨｚ－￣Ｎ）的电磁波得到了更加广泛的应用。同时由于调频技术的发展，对天线的宽带化提出了更高的要求。本文提出中两种ｓ波段微带宽频天线的设计方法，在贴片两边开槽和增加寄生贴片，并通过仿真实验对设计出的天线进行仿真实验，对其微带的带宽进行研究，发现这两种结构设计均能达到ｓ波段微带天线拓宽带宽的目的，希望
１Ｓ型结构微带天线
Ｓ型微带天线的设计可以通过调整贴片两边平行槽的宽度和长度来调整天线的带宽和谐振频率。天线的结构设计如图１所示，天线总厚度为３ｍｍ，其中介质层为ｓＦ玻璃增强板。
０前言

L型探针馈电宽频带微带贴片天线的设计

Design of L - Probe Feed Broadband Patch Antenna
YANG H ua
1 , 2
(1 . D alian M aritim e Un iversity , Dalian 116026 , Ch ina ; 2 . Q ingdao Ocean Sh ipp ing M ar iners College , Q ingdao 266071 , Ch ina) Abstract : In th is article , from trad itional m icrostip antenna, a broadband patch antenna based on the L probe fed is desig ned . It is suitab le for the 2nd and 3rd generat ions o f m ob ile comm un ic ation syste m. U sing An soft HFSS to si m ulates and analyses the structu re and perfor m ance of the designed an tenna . K eyw ord s : L - probe fee , broadband, patch antenna
16
,L =
c 2fr
r e e
=- 2 l 分别是基板的
式中 , h 是基板的厚度。 3 仿真结果利用 A nsof t H FSS 软件对天线结构的主要参数进行仿真, 经过数次优化后, 该宽频带微带贴片天线的主要尺寸如表 1 所示 , 仿真的主要结果如图 3 ~ 图 6 所示。
式中, C 是真空中的光速,

宽频带缝隙馈电双层贴片微带天线设计

Ａｂｓｔｒａｃｔ：、ｗｉ（ｈ—Ｉｌａｔｌｄｏｌｉｎ．’ｒｏｓｌｒｉｐａｎｔｅｎｎａｗｉｔｈｓｔａｃｋｅｄｐａｈＩ１ｃｏｕｐｌｅｄｔｏｆｅｅｄｌｉｎｅｔｈｒｏｕｇｈｒｅ（‘ｔａｎｇｌｅｉｌｅａｌ＂一ｒｅｓｏｎａｎｔａｐｅｔ’ｔｍｅｈａｓｂｅｅｎｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔ（１ｌｅｄｕ（ｌＪｈａ（。ｋｗａｒｄｒａｄｉａｔｉｏｎ．ｒｅＩ］ｅｅｔｏｒｐｌａｎｅｉｓｐｌａ（ｅｌｌａｂｏｕｔａｑｕａｒｔｅｒｏｆｗａｖｅｌｅｎｇｔｈａｗａｙｆｒｏｍｔｈｅｇｒｏｕｎｄｐＩａｎｅ．Ｆｍ’ｗｉｄｔ一１）ａ『１Ｉｔｅｎｈａｎｃｅ— Ｉｌｌ（。ｎｔ，ＩｌｌＩＩｈｉ—ｌａ。ｅｒｌｏｗｄｉｅｌｅ（，ｔｒｉｅｅｌｍｓｔａｎｔｆｕａｍｓｕｂｓｔｒａｔｅｉｓｕｓｅｄｂｅｔｗｅｅｎｐａｔ（’ｈａｎｄｐａｒａｓｉｔｋ‘ｐａｔｃｈ．Ｔｈｅａｎｔｅｎｎａｉｓｅａｓ＇￣‘ｈ·（‘Ｉｌｉｌｔｉｇｕｒｅａｓａｏａｌ－ｌ‘。 ’
日前基于缝隙舶合馈电，能够有效扩展天线带宽的方式可以总结为以下二‘点：改变缝隙的形状，如 “Ｅ”形、“Ｉ ”彤、“Ｈ”形、“ＨｏｕｒＧｌａｓｓ”形、“十 ”形等；采ｆ｝ｊ层叠辐射贴片结构；使用低介电常数和较厚的介
０引言近年来，随着无线电技术的迅猛发展，对天线的要
求越来越高，既需要天线高增益、宽频带，还要求具备剖面低、重量轻、易制作等特点．当前无芯片射频标签正逐渐兴起频率编码容量大的无芯片标签工作的频率范围很宽，对标签阅读器的天线提出＿，更宽频带的要求徽带天线为其同有的窄带宽的特点，导致其片Ｊ大大地受到限制为了拓展微带天线的带宽，ｌ９８４年，Ｐｏｚａｒ首次提出＿ｒ缝隙耦合馈电微带天线，

L型探针馈电宽频带微带贴片天线的设计

２设计原理Ｌ型探针馈电的微带贴片天线结构示意图及
等效电路图如图１所示。它相当于空气介质基板
微带贴片天线，辐射机理为：其Ｌ型探针垂直部分
产生感抗，水平部分和贴片之间产生容抗，两者相
通微带贴片天线相对带宽仅为０５～％）大大．％３，
１引言
微带贴片天线文献标识码：Ａ足第二代、三代移动通信系统工作频带的要求，第并利用Ａｓ￣公司的ＨＳ件对天线的结构和ｎｏＦＳ软
从１５９３年ＧＡ．ｅｃａｐ．Ｄｓｈｍｓ教授提出微带贴
片天线的概念以来，特别是２纪８０世０年代以
为Ｌ型探针。先将泡沫塑料板裁剪至合适尺寸，
为辐射贴片的长度和宽度，曲和Ｈ分别为
ＲｇｒＴｄｒｉ８０与聚苯乙烯泡沫塑料板的高ｏｅ／ｕｏ５８Ｒｄ度，。、分别为天线三段微带馈线的宽度。、
塑料板之间加入一层ＲｇｒＲ／ｕｏ８０介质ｏｅＴｄｒｉ５８ｄ
和
枷
基板。这样，对天线体积影响不大的情况下，在增加了基板的等效介电常数和基板的强度，其受使外界影响产生的形变减小。第二，金属带条作用
于用空气作为介质基板，实际上这种结构无法但
实现。本文设计的微带贴片天线提出两点改进方

S波段微带宽频带贴片天线设计

S波段微带宽频带贴片天线设计作者：方婕来源：《电子技术与软件工程》2016年第22期摘要本文利用微波天线的设计技术，同时结合某种无线设备的相关指标要求，设计了一种工作在S波段的微带宽频带天线，在设计工程中，为了拓宽频带宽度，采用E型贴片来进行设计，并对E型贴片的开槽尺寸的确定方法进行了相关的讨论。

同时在设计中采用SMA接头，最后利用电磁场仿真软件HFSS对设计的天线进行仿真，结果为：天线的工作频率满足：2.05-2.35GHz，带内驻波：≤1.5，正交极化：优于15dB。

【关键词】微带天线线极化 E型贴片宽频带微带天线具有低成本、低剖面、轻重量、易于共形等诸多优点，被广泛地应用于各种通信系统。

但微带天线有其固有缺陷，即带宽比较窄，一般只有5%左右，因此展宽微带天线的带宽具有十分重要的意义。

目前，随着微带天线的应用越来越广，对于如何展宽天线的带宽已经出现了很多有效的方法，其基本方法有以下几种：（1）增大微带介质的厚度；（2）降低微带介质的介电常数；（3）采用有耗介质；（4）附加阻抗匹配网络等。

其中最具代表的足附加寄生贴片和表面开槽的方法。

前两种方法制作起来比较简单，容易加工；第三种方法以天线增益的降低为代价；第四种方法需要设计宽带匹配电路，电路结构复杂，制作难度大。

本文这个天线频带就比较宽，仅靠单个贴片很难实现的，通过查阅相关资料，我们决定采用E型贴片来扩展带宽，采用双侧结构来提高增益。

同时设计了合理的馈电结构，通过仿真调整各个参数优化设计，得到了能满足应用需要的天线设计模型。

1 天线结构设计本设计中的微带天线采用E型贴片的结构来实现。

该模型的基本结构如图1所示。

该天线主要由金属底板、E型辐射贴片和寄生辐射单元组成，两层辐射元均印制在厚度为1mm的FR4介质板上。

底板与下层之间、下层与上层印制板之间分别用厚度为h1和h2的空气层隔开，并在四周用加工的FR4材料结构很好地支撑。

天线通过探针对下层的E型贴片馈电，E型贴片通过耦合作用激励上层的寄生元。

一种宽频带圆极化微带贴片天线设计

关键词：频带；极化；片天线；星导航宽圆贴卫中图分类号：２８Ｐ２文献标志吗：Ａ文章编号：０８９６（０８０ —０９０１０ —２８２０）４０５－４
１引言
近年来，带天线由于具有尺寸小、本低、微成重量轻、于共形、于获得圆极化等优点，易便在移动通
端口４
端口３
最上层为辐射贴片层（片材料相对介电常数为基
ｅ厚度为ｈ）下面两层为带状线形式的馈电网络，１，层（片材料相对介电常数为ｅ厚度为ｈ）各层基，２，
之间通过探针直接连接。探针１和探针２别连接分辐射贴片的两个馈电点，供两个等幅、交、位提正相
一
图１天线仿真模型
个覆盖ＧＰ和ＧＬＳＯＮＡＳＳ频率（５０１７ＭＨｚ～
１２ＭＨｚ的宽带圆极化贴片天线，种天线结构６０）这紧凑、于加工，场测试结果符合设计要求。便远
￡１１ｒｈ
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ＪＩ
端Ｉ１端口２＝１
馈电网络
地层
图２馈电网络结构’
收稿日期：０８０ — ６２０ — ２２
２０．／球定位系统０８４全
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５・９
维普资讯
由图１图２可见，及天线由三层介质基片组成，

一种新型宽带双极化微带贴片天线的设计

ＺＨＡＯＨｏｕ — ｌｉａｎｇ，ＹＩＮＪｉａ — ｘｉａｎ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｔｉｏｎａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＤｅｆｅｎｓｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００７３，Ｃｈｉｎａ）
关键词：双极化；交叉极化；微带天线；短路耦合线中图分类号：ＴＮ８２８文献标识码：Ａ文章编号：１６７２ — ２３３７（２０１３）０２ — ０２１４ — ０５

ＤｅｓｉｇｎｏｆＮｏｖｅｌＢｒｏａｄｂａｎｄＤｕａｌ＿ＰｏｌａｒｉｚｅｄＭｉｃｒｏｓｔｒｉｐＰａｔｃｈＡｎｔｅｎｎａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｄｅｓｉｇｎｏｆｎｏｖｅｌｄｕａｌ — 。ｐｏｌａｒｉｚｅｄｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐｐａｔｃｈａｎｔｅｎｎａｗｉｔｈｗｉｄｅｂａｎｄｗｉｄｔｈｆｏｒＰ — ・ｂａｎｄ（ｔｈｅｃｅｎｔｅｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙｉｓ０．７５ＧＨｚ）ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ａｐｅｒｔｕｒｅ－ｃｏｕｐｌｅｄｔｈｅｏｒｙ，ｃａｖｉｔｙｍｏｄｅｌｔｈｅｏｒｙ，ａｎｔｉ — ｐｈａｓｅｆｅｅｄｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄｓｔａｃｋｅｄｐａｔｃｈａｎｔｅｎｎａａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅａｒｅａｄｏｐｔｅｄｉｎｔｈｅａｎｔｅｎｎａｄｅｓｉｇｎｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｂａｎｄｗｉｄｔｈ．Ｂｏｔｈｏｆｔｈｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｐｏｒｔｓａｒｅｆｅｄｗｉｔｈａｃｏｐｌａｎａｒｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐｌｉｎｅ．Ｓｈｏｒｔ — ｃｉｒｃｕｉｔｅｄｃｏｕｐｌｅｄ－ｌｉｎｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｉｓｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｉｎｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅａｎｔｉ — ｐｈａｓｅｆｅｅｄｉｎｇｎｅｔｗｏｒｋ，ｗｈｉｃｈｌｅａｄｓｔｏｌｏｗｅｒｃｒｏｓｓｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｒｅａｌｉｚｅｄｇａｉｎｓｏｆｂｏｔｈｔｈｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｐｏｒｔｓｒｅａｃｈ８．５ｄＢ．Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｉｍｐｅｄａｎｃｅｂａｎｄｗｉｄｔｈｉｓ２８ｌａｒｉｚｅｄｐｏｒｔａｎｄ２２．６ｆｒｏｍ０．６４ＧＨｚｔｏ０．８５ＧＨｚｆｏｒｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｐｏ —

一种可展宽频带的微带贴片天线概要

第24卷第2期电波科学学报Vol.24,No.22009年4月CHINESEJOURNALOFRADIOSCIENCE April,2009文章编号100520388(2009)022*******一种可展宽频带的微带贴片天线孙思扬林欣高攸纲吕英华(北京邮电大学电子工程学院,北京100876)3摘要提出了一种可展宽频带的微带贴片天线。

通过对普通矩形微带贴片天线进行切角而展宽频带。

由贴片天线的谐振频率和该贴片上的电流分布出发,生宽带特性的机理。

HFSS对该天线的电特性进行计算,结果表明:(-达到16%(370MHz)。

关键词;;TN82 A DesignofawidebandmicrostrippatchantennaSUNSi2yang LINXin GAOYou2gang LΒYing2hua (SchoolofElectronicEngineering,BeijingUniversityof PostsandTelecommunications,Beijing100876,China)Abstract Thispaperpresentsasingle2patchwide2bandmicrostrippatchantenna1 Thebandwidthisexpandedbycuttingdownasquareatthecorneroftheordinary rectangularpatchantenna1Thewide2bandmechanismisexploredbyinvestigating therelationshipbetweentheresonantfrequencyandthesurfacecurrentdistribution onthepatch1Theelectricalpropertyoftheantennaiscomputedusingcommercially availableFiniteElementsoftware,HighFrequencyStructureSimulator(HFSS),ofAnsoft1Itcanbeseenfromthesimulationresultsthattheantennaproposedinthis paperhasanimpedancebandwidth(S11<-10dB)of16%(370MHz)1Thevalidi2 tyofthisdesignisdemonstrated1Keywords microstrippatchantenna;expandbandwidth;cutdown;surfacecur2rent;flowpath引言随着无线通信技术的迅速发展,微带天线获得了广泛的应用。

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宽频带微带贴片天线技术
摘要:随着现代通信技术和雷达的发展,宽频带微带贴片天线技术的研究已经得到足够重视。

本文简要论述影响带宽的因素,并着重介绍几种展开带宽的方法。

关键词:微带天线宽频带微波通信
微带天线由于具有剖面低、重量轻、体积小、易于共形和批量生产等优点,广泛应用于测量和通讯各个领域。

但微带天线有其固有缺陷,即其阻抗带宽较窄,典型的频带宽度从百分之零点几到百分之几,所以微带天线的窄频带特性成了限制其应用的主要障碍,因此展宽微带天线的带宽具有十分重要的意义。

1 影响微带天线带宽的因素
微带贴片天线的窄带特性是由其高Q值的谐振本性决定的,也就是储存于天线结构中的能量比辐射和他它耗散能量大得多,这就意味着谐振时实现了阻抗匹配而当频率偏离谐振点时电抗分量急剧变化使之失配。

微带天线的带宽(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:
2 展宽带宽的途径
(1)基本途径:增大基板厚度,降低基板相对介电常数,及增大a/b(矩形)。

这三种途径其主要通过降低等效谐振电路的值来展宽频带宽度,较容易实现,但需要根据实际情况合适地选择这些参数。

(2)改变天线的结构来展宽微带天线带宽。

这种途径主要有:电磁藕合馈电;附加阻抗匹配网络;加载短路探针;在贴片单元或接地板上“开窗’,采用多层结构,采用E型贴片等。

电磁藕合馈电的方法是设法修改等效谐振电路,把普通单层微带天线的简单RLC等效电路修改为多频点的藕合谐振电路,从而实现了阻抗带宽的展宽。

这种展宽天线带宽的方法设计制作起来相对较易实现,但是天线占用空间较大。

附加阻抗匹配网络的方法实际上并不属于微带天线本身的问题,而是馈线的匹配问题。

由于线极化微带天线的工作带宽主要受其阻抗
带宽的限制,因此采用馈线匹配技术就能使其工作于较宽的频域上。

例如采用简单的双枝节匹配技术,可将带宽增大至两倍左右。

利用切比雪夫网络来综合宽频带阻抗匹配网络,可将带宽增大到四倍左右。

在微带贴片天线的不同位置开不同形状的“窗口”可等效成引入阻抗匹配元件;在接地板的适当位置处“开窗”可改变微带天线的辐射条件和阻抗特性。

这两种方法都有可能展宽微带天线的带宽。

但这两种方法在作一般的严格理论分析时有巨大的困难,因此,这方面的研究主要是实验性的。

采用多层介质基片的微带天线结构,将馈电网络与天线贴片分别置于不同的介质基片上,这样可以获得宽频带的驻波比特性。

这种类型的天线,它利用馈线本身对贴片进行馈电,改变贴片振子与馈线的相对高度和改变贴片中心与馈线端点的相对位置,就可以获得一个匹配点。

同时,采用多层介质基片可以实现多频段工作,当配置得当时,多个谐振频率适当接近,结果将形成频带大大展宽的多峰谐振电路。

总的而言,采用多层介质基片展宽频带这种方法,匹配调节比较复杂而且精确度不是很高,而且带宽的增加是以增大天线厚度为代价的。

在微带天线上加载短路探针,可以提高谐振频率以调谐天线。

这种结构中,主要是通过调整馈电探针的位置来激励多种相邻的谐振模式,然后借助于短路销钉调谐各个谐振频率,使所有的谐振点适当接近,这样天线总的工作频带将大大展宽。

馈电探针的位置一般偏离天线主轴,用以激励不同的谐振模式,而短路销钉均匀地分列于贴片边缘,用
以调谐天线和实现天线小型化。

但是在这种结构中,阻抗匹配极大地依赖于短路销钉和探针的位置,并且短路销钉的粗细和数量都比较明显地影响谐振频率,所以调谐和实现匹配比较困难,计算和仿真也比较复杂。

采用E形贴片结构,微带贴片上平行分列着两个矩形窄槽,馈电探针位于两个槽的中央。

这两个窄槽相当于在原有矩形微带天线的基础上,增加了一个耦合LC谐振回路,从而使天线工作于两个谐振频率上,当谐振点比较接近时,大大地拓宽了频带。

但是,这种结构的微带天线受窄槽的长度、宽度以及距离馈电点的位置的影响较大,不利于调节匹配。

(3)采用非常规的基板形状及基板材料。

采用楔形或阶梯形基板可简单而有效的展宽微带天线带宽。

这两种基板形状的变化导致带宽展宽的物理意义可解释为是由于两辐射端口处基板厚度不同的两个谐振器经阶梯电容耦合产生双回路现象造成的。

采用大损耗基片或附加有耗材料,例如用铁氧体材料作基板材料,其电磁特性可显著地缩小天线尺寸[2]。

同时,由试验知铁氧体基板的微带天线具有多谐特性。

故若能得到接近理想的色散特性就有可能在几个倍频程内用一个铁氧体天线,即可以在不同频率上对应同一贴片尺寸,从而实现展宽微带天线的带宽。

但是采用铁氧体由于其损耗较大,效率较低。

3 结语
上述的各种宽带方法可以分别单独使用,但一般为了改善天线性能,常综合采用多种方法。

虽然当前针对微带天线提出了很多扩展频带的方法,但是都存在不足,而且实用性不是很高,还有待于进一步的研究和改进。

微带天线的增益、带宽等多项技术指标是互相联系、互相影响的,不可能全部满足,肯定存在顾此失彼的情况。

因此,在后续的研究中要寻找一个最佳的平衡点以尽可能满足设计和工程要求。

随着对微带贴片天线频带展宽方法研究的深入,其固有的窄频特性最终将得以解决。

参考文献
[1] 张钧,刘克诚,张贤铎,赫崇骏.微带天线理论与工程[M].北京:国防工业出版社,1988.272～308.
[2] 钟顺时.微带天线理论与应用[M].西安:西安电子科技大学出版社,1991.152～172.。