1.1微带天线的历史与优缺点
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
用于卫星通信技术的金属贴片
01 简介
03 结构与分类 05 分析模型
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ目录
02 特点 04 圆极化技术 06 运用
微带天线的结构一般由介质基板、辐射体及接地板构成。介质基板的厚度远小于波长，基板底部的金属薄层 与接地板相接，正面则通过光刻工艺制作具有特定形状的金属薄层作为辐射体。辐射片的形状根据要求可进行多 种变化。
简介
mps在1953年开始提出了微带天线的概念。但是，直到70年代初期，理论模型的建立更加完备且微波集成技 术快速发展，此时，微带天线才得以实际使用。
一般要求微带天线介质基片的介电常数小于等于10，厚度h小于等于波长；辐射器的形状可以是矩形、圆形、 三角形或其他的规则形状。辐射贴片的形状不同，辐射特性也有所差异。
由于微带阵列天线可以实现提高增益、增强方向性、提高辐射效率、降低副瓣、形成赋形波束和多波束等特 性，故微带阵列天线越来越多的应用于各个领域，而国内外的学者对于微带阵列天线的研究也给予了广泛的。
特点
优点
缺点
微带天线在结构及物理性能等方面具有许多优点。
第一，剖面低，即微带天线可以做的很薄，非常适合于高速飞机及空间飞行器使用。
多元圆极化微带天线实际上是一个微带阵列，即利用多个线极化的辐射源，在相位上相差90°，保持振幅不 变以获得圆极化波，这一原理与多馈点的单个圆极化微带天线比较类似。
分析模型
目前为了更准确地求得其辐射特性，已经出现了多种物理模型来模拟微带天线。但不管是哪种理论分析法， 它们都是在求特定边界条件下的麦克斯韦方程组，只是处理特定边界条件的方法不同，推导过程中的具体解法不 同。
已提出的物理模型有传输线模型、腔体模型、模式展开模型、金属线模型、以及辐射孔径模型等。这些方法 相互补充，各有所长，各有所短。
微带天线与共面波导天线概述与分析
微带天线与共面波导天线概述与分析作者：张秋红来源：《科学家》2015年第12期摘要：随着航空和航天技术的发展，天线的发展在无线应用中的作用越来越重要。
本文主要论述了微带天线与共面波导天线的技术方法，介绍了微带天线结构参数的确定方法和共面波导天线特性阻抗的约束条件，以及它们的优缺点，最后讨论了两种天线的发展趋势。
关键词：微带天线；共面波导天线；带宽中图分类号TN8 文献标识码A 文章编号2095-6363（2015）12-0041-01近年来，天线的应用越来越多。
对天线的发展要求已经越来越高，一些小型化、体积小、集成度高的天线越来越受到人们的青睐。
在工程实践中，上世纪七十年代，Howell和Munsonz 成功制作出最早的微带天线。
在国内外，大量有关微带天线的学术论文和研究报告不断被发表，微带天线建立了独立的课题。
由于微带传输线得到了较好的发展，共面波导线也逐渐发展起来，1969年C.P.Wen教授首先提出了共面波导结构。
本文主要分析研究微带线和共面波导线相同与不同点。
1.微带天线和共面波导天线的技术概括1.1微带天线的介绍微带天线是由一种可以粘贴在介质基片上的金属辐射贴片所构成的天线。
铜和金是组成金属贴片常用的金属，金属贴片形状的选择可以是任意的，通常选择常规的形状作为金属贴片，用以简化分析和预测其性能。
微带天线基片的介电常数比较低，是为了增强边缘辐射场的场强。
但是，基片的介电常数需要大于5才能够满足微带天线其他性能的需要，这样就会使得辐射边缘效应未能够得到增强，从而产生较大的矛盾。
所以，微带天线参数的优化要从选择合适的介质基片的介电常数开始考虑。
微带天线种类繁多，最普遍的是微带贴片天线和微带缝隙天线。
微带贴片天线是在介质基片上附加金属贴片，金属贴片可以是任意形状。
同轴线和微带线主要用于贴片天线馈电。
微带缝隙天线是一种口径类的天线，介质基片上另一侧的微带线激励的接地板上的缝隙是构成微带缝隙天线的缝隙的主要部分。
微带天线的分析与研究
微带线本征阻抗的研究与分析及其电波传播特性微带天线（microstrip antenna）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。
微带天线有很多优点：①剖面薄，体积小，重量轻；②具有平面结构，并可制成与导弹、卫星等载体表面相共形的结构；③馈电网络可与天线结构一起制成，适合于用印刷电路技术大批量生产；④能与有源器件和电路集成为一体；⑤便于获得圆极化，容易实现双频段、双极化等多功能工作；⑥不需要背腔，适合于组合式设计，易于制作成印刷电路、馈线和匹配网络可以和天线结构同时制作。
微带天线的主要缺点有：①频带窄；②有导体和介质损耗，并且会激励表面波，导致辐射效率降低；③功率容量小，一般用于中、小功率场合；微带天线最初作为火箭和导弹上的共形天线获得了应用。
在设计微带天线时，与其他天线一样需要对天线性能参数预先估算，这将大大提高天线研制的质量和效果，降低研制成本。
天线分析的基本问题是求解天线在周围空间的电磁场，求得电磁场后进而得出其方向图、增益和输入阻抗等特性指标。
微带天线的分析方法可分为两大类：一类是简化分析模型，模型简单，但不够准确，且不适用与复杂结构的天线；另一类是全波分析模型，计算复杂，但能对各种结构微带天线进行分析。
我们用有限差分法来解决关于微带线本征阻抗问题。
微带天线上传播的电磁波可近似看成TEM波，其阻抗可用下面的公式计算：（1）式中C、L分别为微带线单位长度的电容和电感，v为波在线上的传播速度。
如假定线上不存在介质时单位长度的电容为Co，这时线的电感L将不会因为电介质的存在与否而改变。
又因介质不存在时线上波的传播速度为光速Vc，而且（2）由这个式子可解出L为（3）将L值代(1)式就可求出微带线的特性阻抗Zo（4）从上面的公式可见，求微带线特性阻抗的关键在于分别求出介质存在和不存在时线上单位长度电容C和Co。
求这些电容的方法有两种：一种是求总电荷Q，另一种是根据求储藏在线上电场内的能量而推得。
微带天线
图1
图2
天线的产生
G.马可尼，意大利人， 第一个采用大型天线实 现远洋通信的，所用的 发射天线由30根下垂铜 线组成，顶部用水平横 线连在一起，横线挂在 两个支持塔上。这是人 类真正付之实用的第一 副天线。
1909年马可尼获得诺贝尔物理学奖，后来享有“无线电之父”的美誉。 1933年12月7日至12日，马可尼曾到我国访问，并在南京停留，宣传普及无线 电知识。
学号：2120150189 姓名：郭建坡
1.天线的发展阶段
电磁波的发现
最早的发射天线是H.R.赫兹在1887年为了验证J.C.麦克斯 韦根据理论推导所作关于存在电磁波的预言而设计的。 他用一根粗铜线弯成环状，环的两端分别连着可以调解 距离的金属小球。即电波环金属球，将电波环放在放电 的莱顿瓶附近，只要电波环金属球间距离大小和放置的 位置调节的合适，电波环两球间就有电花闪现。这正是 莱顿瓶放电时辐射的电磁波，为环路所获得而激发出电 火花。后来他又证明了电磁波射到大型金属板上发生反 射，在通过硬沥青或松脂三棱镜发生反射，并且具有衍 射、偏振等光波所具有的各种特性。赫兹的精彩实验， 不仅证明了电磁理论的正确，而且导致了无线电的产生， 开辟了电子技术的新纪元。
线）、环形天线、长导线天线、同相水平天线等这些 天线比初期的长波天线有较高的增益、较强的方向性 和较宽的频带，后来一直得到使用并经过不断改进。
面天线时期：1930-1945
虽然早在1888年赫兹就首先使用了抛物柱面天线，但由于没有
相应的振荡源，一直到30年代才随着微波电子管的出现陆续研 制出各种面天线。这时已有类比于声学方法的喇叭天线、类比 于光学方法的抛物反射面天线和透镜天线等。这些天线利用波 的扩散、干涉、反射、折射和聚焦等原理获得窄波束和高增益。 第二次世界大战期间出现了雷达，大大促进了微波技术的发展。 为了迅速捕捉目标，研制出了波束扫描天线，利用金属波导和 介质波导研制出波导缝隙天线和介质棒天线以及由它们组成的 天线阵。 在面天线基本理论方面，建立了几何光学法，物理光学法和口 径场法等理论。当时，由于战时的迫切需要，天线的理论还不 够完善。 天线的实验研究成了研制新型天线的重要手段，建立了测试条 件和误差分析等概念，提出了现场测量和模型测量等方法。 在面天线有较大发展的同时，线天线理论和技术也有所发展， 如阵列天线的综合方法等。
微带天线
微带天线1011020116 侯良伟目录目录 (2)1微带天线概述 (3)1-1微带天线的辐射机理 (4)1-2微带天线的馈电方法 (5)2.矩形微带天线及其分析方法 (6)2-1腔体模型理论 (7)2-2 传输线模型理论 (8)2-3 矩形微带天线的性能分析 (10)3.我对微带天线的看法 (12)4.参考文献 (13)1.微带天线概述对于阵列天线而言，可作为阵列天线阵元的单元天线有很多种如振子天线、环天线、缝隙天线、螺旋天线、背射天线等。
结合我们近年来实验室的科研项目和实验研究。
单元天线主要选取了微带天线、振子天线、背射天线作为天线阵元进行组阵研究。
重点的研究对象为微带天线。
因为微带天线固有的特点，它很适合进行天线组阵的研究。
在天线组阵中，目前己有本实验室研制的圆环背射天线的二元阵列投入工程应用，并有相应产品面世。
但主要的研究方向还是集中于微带天线的组阵方案，现对微带天线进行理论和实验的分析。
微带辐射器的概念首先是DeshcmaPs在1953年提出的。
但是过了二十年，当较好的理论模型及对敷铜或敷金的介质基片的光刻技术发展之后，实际的天线才制造出来。
这种基片介电常数范围较宽，具有吸热特性和机械特性及低损耗角正切。
最早的实际的微带天线是Howen和Munsno在二十世纪七十年代初期研制成的。
在此之后，由于微带天线的许多优点，诸如重量轻、体积小、成本低，平面结构可以和集成电路兼容等，微带天线得到了广泛的研究和发展，从而使微带天线获得了多种应用，并且在微波天线中作为一个分立领域获得了很大的发展。
目前，已研制成了各种类型平面结构的印制天线，例如，微带天线、带线缝隙天线、背腔印制天线以及印制偶极子天线。
而一般所指的微带天线，可分为三种基本类型:微带贴片天线、微带行波天线、微带缝隙天线。
它们的辐射机理是由微带贴片、或准TEM模传输线、或开在地板上的缝隙产生辐射。
同常规的微波天线相比，微带天线具有一些优点。
小型微带天线分析与设计
小型微带天线分析与设计随着无线通信技术的快速发展，天线作为无线通信系统的重要组成部分，其性能和尺寸成为了的焦点。
其中，微带天线由于其独特的优点在无线通信领域得到了广泛的应用。
本文将主要对小型微带天线的分析与设计进行深入探讨。
微带天线简介微带天线是一种由导体薄片贴在介质基板上形成的天线。
由于其具有体积小、易于集成、易于制作等优点，被广泛应用于移动通信、卫星导航等领域。
微带天线的分析主要涉及电磁场理论、微波传输线和电路理论等方面的知识，而设计则主要天线的性能优化和尺寸减小。
小型微带天线的分析微带天线的特点微带天线的主要特点包括体积小、重量轻、易于制作和低成本等。
微带天线还具有可共形和可集成的优点，使其能够适应不同的应用场景和设备形状。
同时，微带天线的带宽较宽，能够覆盖多个通信频段。
微带天线的分析方法微带天线的分析主要涉及电磁场理论、微波传输线和电路理论等方面的知识。
常用的分析方法包括有限元法、边界元法、高频近似方法等。
这些方法可以根据具体问题选择合适的求解器和计算精度。
小型微带天线的优化设计微带天线的设计要素微带天线的优化设计主要天线的性能优化和尺寸减小。
设计要素包括基板材料、基板厚度、贴片形状和尺寸、缝隙大小和位置等。
通过对这些要素的优化，可以提高天线的辐射效率、增益和方向性等性能。
微带天线的优化方法微带天线的优化方法包括仿真优化和理论优化。
仿真优化通过电磁仿真软件对天线进行建模和仿真，根据性能指标进行优化。
理论优化则是通过对天线理论的深入研究，提出优化的设计方案。
也可以将两种方法结合使用，以获得更佳的设计效果。
小型微带天线的应用前景及挑战应用前景随着无线通信技术的不断发展，小型微带天线具有广泛的应用前景。
未来，微带天线将不断应用于5G、6G等新一代无线通信技术中，实现更高速度、更宽带宽和更低功耗的无线通信。
同时，微带天线也将应用于物联网、智能家居、自动驾驶等领域，实现设备的互联互通和智能化。
虽然小型微带天线具有许多优点，但也存在一些挑战。
微带天线原理
微带天线原理微带天线是目前应用广泛的一种天线，其原理基于微带线与天线的结合，可以实现多种形式的指向性和宽带性能。
本文将介绍微带天线的原理、特点、设计和应用。
1.微带天线的原理微带天线的原理基于微带线。
微带线是在介质基板表面维持一条导电信号轨迹，通常是金属箔，由于介质常数比空气大，因此可以大大减小微带线的尺寸，使其成为一种具有低剖面、低重量、低成本、易于制造和集成等特点的线路形式。
微带天线就是将微带线结合到天线中，利用微带线在天线周围形成的电磁场辐射出无线电信号。
微带天线通常由三个部分组成：金属贴片（辐射元件）、介质基板以及接地板（衬底）。
金属贴片是微带天线的辐射元件，一般采用不同形状，如矩形、圆形、圆环等，也可以采用高阻抗元件，如螺旋线等。
对于微带天线来说，它的特性阻抗主要决定于辐射元件的形状和尺寸。
介质基板是微带天线的关键部分，它的相对介电常数决定了微带线的传输特性，从而影响了微带天线的性能。
介质基板的厚度决定了微带线的振荡频率，因此对于特定的微带天线设计，选择合适的介质基板是至关重要的。
接地板是微带天线的底部剩余部分，通常是一个大的金属板，用于提供对天线的支撑和固定，并提供与辐射元件相对的电地。
接地板的质量和大小也会影响微带天线的性能。
2.微带天线的特点与传统的针对特定频带的天线相比，微带天线具有以下优点：1）微带天线低剖面和小尺寸，可以方便地安装在各种设备和系统中。
2）微带天线具有比较宽的带宽。
微带天线的带宽主要由其介质基板的特性决定，而不是由辐射元件的几何形状决定。
微带天线比传统天线具有更好的带宽特性。
3）微带天线的指向性好。
微带天线的辐射元件制作成不同的形状，可以实现不同的指向性特性。
4）微带天线可复制性好。
由于微带天线的制作通常是通过常见的PCB板上的印刷技术实现的，因此可以非常方便地复制和大规模生产。
5）微带天线可以被集成到其他电子元件中，实现多种应用。
如微带天线可以被集成在蓝牙和Wi-Fi等通讯设备的PCB电路板中，形成各种应用形式。
微带天线设计
同轴线馈电
10
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
16
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。
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3.375GHz～3.855GHz, 13％
二、枝节匹配在同轴探针馈电的微带天线中的应用
1.78GHz~2.31GHz, 26%
微带天线的E面辐射方向图
微带天线的H面辐射方向图
4.4 展宽微带天线频带的其他途径
y
采用3维V字形贴片天线
W
a
L
金属片
b
d
V字形贴片
h1
c
接地板
xz
Theta
二、增加额外谐振点：附加寄生贴片、采用 LC谐振电路、
加载短路探针 三、附加阻抗匹配网络 四、其他途径
4 宽频带微带天线
4.1 采用介电常数较小的厚介质基板
基板厚度h的增加使得天线的辐射电导也随之增大，辐射对应的 Qr 及 总的 QT 下降；介电常数较小时，介质对场的束缚减小，易于辐射，天 线的储能减少，综合两者，天线的频带变宽。
1.3 馈电结构模型
同轴探针馈电模型
微带线侧馈模型
介质基板1 介质基板2
馈线
接地板
电磁耦合馈电模型
辐射贴片
缝隙耦合馈电模型
矩形槽
共面波导馈电模型
共面波导
1.4 微带天线的应用
微带天线的优势有：低剖面、低成本并可制成多功能、可共形的天线； 可集成到无线电设备内部，可用于室内，也可用于室外；其尺寸可大可 小，大的微带天线其长宽可到十几米，而一副用于PCS的内部集成的宽 带微带天线，其尺寸是15mm×15mm×1.5mm。显然，其优势是明显 的。目前，微带天线已在空间技术，移动通信卫星和手持便携式通信设 备中得到了广泛的应用。
ห้องสมุดไป่ตู้
4.2 增加额外谐振点
一、 附加寄生贴片
y z
W 2
L2
a
贴片2
贴
L
片
3
3S
W 3
接地板
x
b d
L 1 S 贴片1 W 1
贴 片 L4 4
W4
h
r
y
z x
2.66GHz～3.06GHz, 400M, 14%
2.65GHz～2.71GHz, 60M, 2.2%
泡沫介质层
L1
L
h1
h
W x
1.65GHz
L波段天线阵列E面方向图
L波段天线阵列H面方向图
四、L/X双频微带阵列天线各项性能指标
5.2 S/X波段三频段微带阵列天线
第二层 第一层
S波段和X波段天线单元
接地板
X波段单元的馈电网络
一、X波段微带阵列的设计
二、S波段微带阵列的设计
10mm
2.5mm
40mm
2.5mm 3.5mm
1. 1 微带天线的历史与优缺点
和常用的微波天线相比，微带天线有如下一些优点： ⑴ 体积小，重量轻，低剖面，能与载体（如飞行器）共形，并且除了在馈电
点处要开出引线孔外，不破坏载体的机械结构，这对于高速飞行器特别有利。 ⑵ 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范围
内调整；易于得到各种极化方式；特殊设计的微带元还可以在双频或多频方式 下工作。 ⑶ 能和有源器件、电路集成为统一的组件，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。 和其他天线相比，微带天线也有如下一些缺点： ⑴ 相对带宽较窄，特别是谐振式微带天线，现已有一些改进办法，参见第四 章。 ⑵ 损耗较大，因此效率较低，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。 ⑶ 单个微带天线的功率容量较小。 ⑷ 介质基片对性能影响大。由于工艺条件的限制，批量生产的介质基片的均 匀性和一致性还有欠缺，这影响了微带天线的批量生产和大型天线阵的构建。
3.1 影响微带天线带宽的因素
带宽的定义：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：BW (S 1) / QT S
1111 1 QT Qr Qc Qd Qsw
影响带宽的因素
宽长比(W/L)
y
一、E字形贴片天线
W w
L
d
l
x
空气介质层 h
馈点探针
z
x
Theta
y
0 Phi
x
2.04GHz～2.91GHz，35.1%
天线E面辐射方向图
天线H面辐射方向图
(a) f =2.13GHz
(b) f =2.7GHz
天线贴片上的电流分布情况
最大变化幅度不超过1dB， 最大增益达到了9.05dBi
a ß d
五、蜿蜒探针馈电的微带天线
W
L
y
Ws
x z
蜿蜒馈 电片
接地板
Hp 同轴探针
y z
x
g2 h1 h2 S g1
z x
y
1.6GHz～2.24GHz, 640M , 33.3%
1.64GHz～2.16GHz , 540M,27%
天线E面辐射方向图
天线H面辐射方向图
最大增益达到了9.19dBi 最大变化幅度不超过1.45dB
Lg
L
a
同轴探针
h
H
z
Theta x
y
0 Phi
x
2.02GHz～3.9GHz ,64%
天线E面辐射方向图
天线H面辐射方向图
四、使用金属斜面馈电的微带天线
z Theta
h 50
100 53
塑料支撑杆
馈电点
y
28
18
U 形接地板
80 Phi x
2.15GHz～4.76GHz ，BW＝75.5％
二、采用L形耦合馈电方式的微带天线
y
Wg
W
金属带
Lg
L
a
d
探针
泡沫 支撑块
h
接地板
泡沫 支撑块
z
Theta x
y
0 Phi
x
L形耦合馈电微带天线的S参数 (3.86GHz～5.8GHz)，40.2％
天线输入阻抗变化曲线
天线E面辐射方向图
天线H面辐射方向图
三、脊形接地板微带贴片天线
y
d
一、X波段微带阵列的设计
5mm
耦合缝隙
4mm
1mm
30mm
二、L波段微带阵列的设计
75
50
50
46mm 16mm
开路匹配枝节
120mm
三、综合分析
8.52GHz～9.3GHz, 780MHz
8.9GHz
X波段阵列E面辐射方向图
X波段阵列H面辐射方向图
1.62GHz～1.67GHz, 50M
介质损耗角正切 tan 相对介电常数 r
基板的厚度
变化方向 增加 变大 变小 增大
品质因素的变化
Qr 变小， Qsw 变小
Qd 变小
Qr 变小， Qsw 变小
Qr 变小，Qsw 变小，Qc 变大
对带宽的影响 BW 增大 BW 增大 BW 增大 BW 增大
3.2 各种展宽微带天线带宽的途径
一、基本途径：降低等效谐振电路Q
腔模理论(CM－Cavity Model) ：是在对微带谐振腔分析的基础上发展起 来的 ，发展到基于二维边值问题的求解 ，可用于各种规则贴片
积分方程法(IEM－Integral Equation Method)，即全波(FW－Full Wave)分 析理论：最为复杂也是最精的，计入第三维的变化，可用于各种结构、 任意厚度的微带天线，然而要受到计算模型的精度和机时的限制
对微带天线的研究正在蓬勃地展开，这是一个具有极强生命力的课题。 随着相关技术的发展，微带天线无论在理论研究，还是在工艺制造上都 将越来越成熟，必将开辟更为广阔的应用领域。
2 微带天线的分析方法
传输线模型(TLM—Transmission Line Model) ：最早出现的也最简单，把 微带天线的分析简化为一维传输线问题 主要应用于矩形贴片
7mm
4mm
25mm, 75mm
10mm
5mm
1mm 4mm
1mm 9mm
4mm 5mm
三、综合分析
800MHz , 8.48GHz～9.28GHz ,
8.9GHz
X波段阵列E面辐射方向图
X波段阵列H面辐射方向图
20MHz 中心频率：2.75GHz，
11MHz 中心频率：3.01GHz
S波段天线阵列E面方向图 2.75GHz S波段天线阵列H面方向图
1.2 微带天线的馈电技术
对微带天线的激励方式主要分为两大类：直接馈电法和 间接馈电法。直接与贴片相接触的方法称为直接馈电法， 目前普遍采用的有同轴背馈法和微带线侧馈法。与贴片无 直接接触的激励方法就是间接馈电法，此类方法主要有： 电磁耦合法，缝隙耦合法和共面波导馈电法等。馈电技术 直接影响到天线的阻抗特性，所以也是天线设计中的一个 重要组成部分。
y
0 Phi
x
h2
1.86GHz~5.36GHz，97%
1.95GHz~3.04GHz, 44%
E面辐射方向图
H面辐射方向图
5 多频带微带阵列天线
多片法和单片法 5.1 L/X波段双频微带阵列天线
第四层 第三层
第二层 第一层
L波段单元
X波段天线单元和L波 段单元的馈电网络
接地板 X波段单元的馈电网络
S波段天线阵列E面方向图 3.01GHz S波段天线阵列H面方向图
四、L/X双频微带阵列天线各项性能指标
6 总结
本文对微带天线的宽频带和多频带技术做了大量 的分析、研究。研究了若干种实现宽频带和多频带 的方法。最后，利用Ansoft HFss和Designer天线仿 真软件，仿真实现了八款宽频带微带天线，一款共 享同一物理口径的L、X波段双频微带阵列天线和一 款共享同一物理口径的S、X波段三频段微带阵列天 线。