薄介质微带天线
第讲微带天线和手机天线
3.3 微带天线辐射原理
K
J
M s
=
nK
×
(
K E1
−
K E2 )
z 该电场可近似表达为（设沿贴片宽度和基片厚度方 向电场无变化）。
x z
L
z L边的磁流抵消。
z两条W边的辐 射增强。
O
W
J
m s
yLeabharlann Eεr3.3 微带天线辐射原理
z 传输线模型法精度不高，但物理概念清晰明了， 特别适合于分析矩形贴片微带天线。
4.2 手机外置天线
z手机外置天线常用的还有法 向模螺旋天线。该天线的方向 图、极化特性类似于单极天 线，但是由于其输入阻抗对频 率很敏感，因而具有窄带特性。
z手机通信过程中人体处于天线 的近区场中，手机天线辐射特 性明显受到人体的影响，同时 由于外置式天线不适合加反射 板，所以外置式天线的手机对 人体的辐射伤害的研究近年来 也受到重视。
改善或消除天线对载体的 空气动力学性能的影响。
有利于增加天线的有效孔 径面积，提高天线增益， 降低雷达散射截面。
便于实现装置的小型化和 宽波束，等。
3.2 微带天线的基本结构
z 矩形微带天线是由矩形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。
x z
L
O
W
J
m s
y
E
εr
3.2 微带天线的基本结构
4.3 手机内置天线
而倒F天线是倒L形天线的变型，它在天线上 增加了一个短路段以获得输入阻抗的改变， 天线因附加特征呈倒F形并因此命名。
4.3 手机内置天线
手机中PIFA的结构如图所示。
4.3 手机内置天线
z 目前已有很多关于双频、双极化或双频双极化微带 天线的研究报道。
天线和微波技术中的天线类型介绍
天线和微波技术中的天线类型介绍天线是通信领域中广泛使用的一种设备，用于收发无线电波信号。
在微波技术中，天线的类型多种多样，每一种天线都有其独特的优点和适用场景。
本文将介绍几种常见的天线类型，在简要介绍其原理和特点的同时，还将探讨其在不同的应用领域中的应用。
一、偶极天线偶极天线是最基本和最常用的天线类型之一。
其结构简单，通常由一对互相对称的导体构成。
偶极天线主要用于接收和发射无线电波，其工作频率范围广泛，从几千赫兹到数百吉赫兹不等。
偶极天线的优点是易于制造，而且天线本身不需要进行特殊的解耦设计。
这使得它成为了无线通信和广播领域的理想选择。
二、方向性天线方向性天线是一种具有明确辐射方向的天线类型。
它主要通过限制天线在特定方向上的辐射能量，以便更好地集中信号。
方向性天线常用于无线通信系统中，用于增加信号传输的距离和强度。
基于不同的设计原理，方向性天线可以分为常见的两种类型：定向天线和定向性天线。
定向天线通过定向辐射辐射能量，以便将信号集中在特定区域内。
而定向性天线则可以通过电子调谐和信号处理技术，自动跟踪信号源的方向。
三、扩束天线扩束天线是一种通过集中信号辐射以提高天线增益的天线类型。
它主要通过在发射和接收器之间添加反射器和透镜等装置来实现辐束。
扩束天线的应用非常广泛，例如在雷达系统中用于提高目标探测和跟踪的准确性，或者在卫星通信系统中用于增加信号传输的距离和质量。
四、天线阵列天线阵列是由多个天线单元组成的天线系统。
它通过联合操作单个天线单元，以实现更大的增益、更高的信噪比和更好的指向性。
天线阵列的设计复杂度相对较高，但是其在无线通信、雷达、卫星通信和航空导航等领域中的应用价值巨大。
五、微带天线微带天线是一种以微带线和介质基片作为支撑结构的天线。
其结构紧凑、制造成本低廉，被广泛应用于卫星通信、无线电频段标签系统和手机通信等领域。
微带天线具有宽带性能、较好的辐射特性和方便的制造工艺，是当今天线设计的热点研究领域之一。
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
(天线技术)第8章缝隙天线和微带天线
将切割好的导电材料与绝缘材料组装在一起，使用适当的粘合剂 或机械固定方式进行固定。
测试与调整
完成制作后，对缝隙天线进行测试和调整，确保其性能符合设计 要求。
05
微带天线的设计与实现
微带天线的设计方法
确定工作频率
根据应用需求，确定微带天线的工作频率。
设计贴片形状和尺寸
根据理论公式和仿真软件，设计出合适的贴 片形状和尺寸。
性能特点的比较
缝隙天线
结构简单、易于加工、成本低，但带 宽较窄，增益较低。
微带天线
体积小、重量轻、易于集成，具有宽 频带和多频段特性，但效率较低、功 率容量有限。
应用场景的比较
缝隙天线
广泛应用于通信、雷达、导航等领域，尤其适用于低成本、小型化要求较高的 场合。
微带天线
广泛应用于卫星通信、移动通信、电子战等领域，尤其适用于需要集成度高、 体积小的场合。
天线技术的未来展望
多样化应用场景
随着5G/6G通信、物联网、 智能终端等应用的普及， 天线技术的应用场景将更 加多样化。
创新性技术突破
未来天线技术将不断涌现 出新的理论和技术，推动 天线性能的不断提升和应 用领域的拓展。
绿色环保理念
随着社会对环保的重视， 天线技术将更加注重绿色 环保理念，推动可持续发 展。
缝隙天线的历史与发展
缝隙天线最早可以追溯到19世 纪末期，当时主要用于无线电
报通信。
随着技术的发展，缝隙天线 在20世纪得到了广泛的应用， 特别是在雷达、卫星通信无线通信技术的 快速发展，缝隙天线在移动通 信、WiFi通信等领域的应用也
越来越广泛。
02
微带天线概述
微带天线的定义
06
微带天线的工作原理
微带天线的工作原理微带天线是一种常用的无线通信天线，由于其结构简单、制造成本低廉、安装方便等优点，被广泛应用于无线通信系统中。
例如手机、无线局域网、卫星通信等领域都使用了微带天线。
微带天线的工作原理基于微带线的特性和谐振的原理。
微带线是将介质板（常用的是电介质）上的金属贴片与反射板或接地面相连接形成的一条导线。
微带线由于其特殊的结构，具有相对简单的模式存在，并且能够有效地辐射和接收电磁波。
微带天线实际上是通过微带线来辐射和接收无线信号的。
当微带天线处于工作状态时，微带线上的电流被激励，形成电场和磁场的辐射。
辐射的电磁波会通过空间传播到目标区域，实现信号的传输。
微带天线之所以能够工作，主要是依赖于以下几点原理：1. 谐振原理：微带天线的工作的基础是谐振现象。
当微带天线的尺寸合适，使得电磁辐射场能够与电磁波的频率达到谐振，就可以形成较大的辐射阻抗，并将能量有效地辐射到空间中。
2. 过渡线模式：微带天线是通过微带线上的电流来辐射电磁波的。
微带线具有一定的模式存在，其模式的特性主要取决于微带线的几何结构和介质参数。
过渡线模式是微带天线的工作的基础，通过微带线上的电流和电磁场的正常传输，在微带线上形成波导模式，并将电能有效地从发射端辐射到接收端。
3. 特性阻抗匹配：微带天线在工作时还需要考虑特性阻抗的匹配。
特性阻抗是指电磁波在传输线或天线中传播时的阻抗特性。
为了取得较大的能量传输效率，需要将发射端的阻抗与接收端的阻抗匹配，减小功率的反射，使信号能够有效地从发射端传输到接收端。
4. 辐射型式：微带天线的辐射型式主要有主瓣辐射方向和波前辐射特性。
主瓣辐射方向决定了天线的辐射范围和辐射强度分布，而波前辐射特性则描述了天线在空间中的辐射图案。
通过合理设计微带线的形状和尺寸，可以实现所需的辐射型式。
综上所述，微带天线是一种通过微带线辐射和接收电磁波的天线。
通过合理设计微带线的几何结构、介质参数和阻抗匹配，使得微带天线能够实现电磁波的辐射和接收。
微带天线的定义
微带天线的定义：在有金属接地板的介质基片上沉积或贴附所需形状金属条、片构成的微波天线。
它利用微带线或同轴线馈线馈电，在导体贴片与接地板之间激励器射频电磁场，并通过贴片四周与接地板间的缝隙向外辐射。
因此，微带天线也可以看作为一种缝隙天线。
通常介质基片的厚度与波长相比是很小的，因而它实现了一维小型化，属于电小天线的一类。
微带天线的结构：微带天线是由一块厚度远小于波长的介质板（称为介质基片）和（用印刷电路或微波集成技术）覆盖在它的两面上的金属片构成。
其中一片金属片完全覆盖介质板的一面，称为接地板，另一金属板的尺寸可以和波长相比拟，称为辐射元，辐射元的形状可以是方形、矩形、圆形、椭圆形等等。
微带天线的分类：（1）微带贴片天线导体贴片一般是规则形状的面积单元，如矩形、圆形或或圆形薄片等。
（2）微带振子天线天线同微带贴片天线相似，贴片是窄长条形的薄片振子（偶极子）。
（3）微带线型天线利用微带的某种形变（如弯曲、直角弯头等）来形成辐射。
（4）微带缝隙天线利用开在地板上的缝隙，由介质基片另一侧的微带线或其他馈线（如槽线）对其馈电。
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之为直接馈电法，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。
微带天线工作原理——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 λ/2 ，m λ 为微带线上波长。
于是另一端（a 边）处也呈电压波腹。
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） E z =0E )b /(cos x π 天线的辐射由贴片四周与接地板间的窄缝形成。
天线原理第十四章微带天线
(14.10)
(14.11)
291
《天线原理与设计》讲稿
王建
FH (θ ) = sin θ
sin(
βh
2 βh sin θ 2
sin θ ) sin(
cos θ ) 2 βW cos θ 2
βW
(14.12)
由式(14.11)和式(14.12)可绘出矩形贴片微带天线的 E 面和 H 面方向图，如 图 14-7 所示。图中还给出了矩量法计算结果和实测结果。
14.2 微带天线结构及工作原理
14.2.1 微带天线结构
微带天线由很薄( t λ0 ， λ0 是自由空间中的波长)的金属带(贴片)以远小于 波长的间隔( h λ0 ，通常取 0.003λ0 ≤ h ≤ 0.05λ0 )置于一接地面上而成，如下图 14-1 所示。 微带贴片这样设计是为了在贴片的侧射方向有最大的辐射， 这可以通 过选择不同的贴片形状激励方式来实现。 选择不同的贴片组形状还可以实现端射 辐射。对于矩形贴片，贴片长度 L 一般取 λ0 3 < L < λ0 2 。微带贴片与接地面之 间有一介质薄片(称为基片)隔开。
14.2.3 馈电方式
286
287
《天线原理与设计》讲稿
王建
微带天线有许多种馈电装置形式，但主要分为三类，一是微带传输线馈电， 二是同轴线探针馈电，三是耦合馈电，如图 14-3 所示。
■微带传输线馈电
见图 14-3(a)。微带传输线馈电的馈线也是一导体带，一般具有较窄的宽度。 微带传输线馈电制造简单，易于匹配，也易于建模，但是会产生更多的表面波和 寄生辐射，在实际应用中限制了带宽(一般 2～5%)。
(a) 微带传输线馈电
(b) 同轴线探针馈电
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。
微带天线设计
班级：通信13-3班*名：***学号：********** 指导教师：**成绩：电子与信息工程学院信息与通信工程系目录1微带天线设计 (3)1.1微带天线简介 (3)1.2设计要求 (3)1.3设计指标和天线几何结构参数计算 (4)2 HFSS 设计和建模概述 (5)2.1创建微带天线模型 (5)2.1.1新建HFSS 工程 (5)2.1.2建立模型 (6)2.2相关条件设置 (14)2.2.1设置激励端口 (14)2.2.2添加和使用变量 (15)2.2.3求解设置 (17)3设计检查和运行仿真分析 (19)3.1查看天线谐振点 (19)3.1变量Length、Width扫描分析 (21)3.2查看S11参数以及Smith圆图结果 (21)3.3查看驻波比 (22)3.4查看天线的三维增益方向图 (22)3.5查看平面方向图 (23)4总结体会 (23)1微带天线设计1.1微带天线简介微带天线是近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振子天线。
图1.1 是一个简单的微带贴片天线的结构，由辐射元、介质层和参考地三部分组成。
与天线性能相关的参数包括辐射元的长度L、辐射元的宽度W、介质层的厚度h、介质的相对介电常数εr 和损耗正切tan δ、介质层的长度LG 和宽度WG。
图10.1 所示的微带贴片天线是采用微带线来馈电的，本章将要设计的矩形微带贴片天线采用的是同轴线馈电，也就是将同轴线接头的内芯线穿过参考地和介质层与辐射元相连接。
微带天线——精选推荐
微带天线科技名词定义中文名称：微带天线英文名称：microstrip antenna定义：在有金属接地板的介质基片上沉积或贴附所需形状金属条、片构成的微波天线。
所属学科：航空科技（一级学科）；航空电子与机载计算机系统（二级学科）本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布微带天线（microstrip antenna）在一个薄介质基片上，一面附上金属薄层作为接地板，另一面用光刻腐蚀方法制成一定形状的金属贴片，利用微带线或同轴探针对贴片馈电构成的天线。
微带天线分2 种：①贴片形状是一细长带条，则为微带振子天线。
②贴片是一个面积单元时，则为微带天线。
如果把接地板刻出缝隙，而在介质基片的另一面印制出微带线时，缝隙馈电，则构成微带缝隙天线。
目录1.微带天线简介2 微带天线的分析方法3 微带天线的应用分析与设计方法1.微带天线简介2 微带天线的分析方法3 微带天线的应用分析与设计方法展开编辑本段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，真正的发微带天线展和使用是在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。
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薄介质微带天线
HFSS与FEKO仿真结果比较
一、矩形微带天线结构
为了比较HFSS和FEKO软件计算结果，我采用最基本的矩形微带天线来做。
介质板厚 1.0mm，相对介电常数是2.65。
天线的具体尺寸如图1所示，其中红色为金属贴片层，蓝色为介质层，地板层大小与介质层一致，采用探针馈电方式，位置距离窄边14.8mm。
（注：报告中所有尺寸单位均为mm）。
图1 微带天线CAD图
二、HFSS仿真结果
首先，采用HFSS11来计算天线的s11，频率范围：2.4
—2.5GHz。
计算结果如图2所示。
图2 HFSS仿真反射系数曲线
三、FEKO 5.3 仿真结果
在FEKO 5.3中，我采用了两种方法（MOM、MOM/FEM）分别计算上述模型，以便于比较。
1）MOM
天线几何模型是由HFSS导入。
具体剖分如下：贴片边缘和介质板边缘采用lambda/30的介质波长来加密（f=2.5e9）；其余edge length为lambda/12；segment length为1mm，wide segment radius 为0.3mm。
剖分结
果如图3所示，计算结果如图4所示。
图2 MOM方法剖分结果以及馈电示意图
图3 MOM方法计算结果
2）MOM/FEM
①我对MOM/FEM方法的使用不是很清楚，仿照feko说
明书中的example 12，建立馈源模型。
各部分剖分尺
寸不变。
剖分结果如图4所示，计算结果如图5所示。
图4 MOM/FEM_1方法剖分结果以及馈电示意图
图5 MOM/FEM_1方法计算结果
②同样采用MOM/FEM方法，但是FEM current soure，
直接加在馈电位置处。
各部分剖分尺寸不变。
剖分结
果如图6所示，计算结果如图7所示。
图6 MOM/FEM_2方法剖分结果
以及FEM current soure 示意（已略去介质板）
图7 MOM/FEM_2方法计算结果。