无线通信-小型双层微带贴片天线的理论分析
短距离无线通信中小型双频微带天线的研究
J 1SHANXI AGRIC 1UNIV 1(N at ural S cience Edition )学报(自然科学版)2008,28(3)002420收稿日期:2007210230 修回日期:2007211219作者简介:郭锐(19792),男(汉),山西朔州人,助教,硕士生,主要从事无线通信方面的研究。
短距离无线通信中小型双频微带天线的研究郭锐(山西农业大学文理学院,山西太谷030801)摘 要:设计了一种小型的双频微带天线,使用曲流技术、双谐振模式分别实现了天线的小型化和双频带工作。
对天线的仿真及测试结果表明,天线工作在214GHz 频段和518GHz 频段,且在两个频段上具有较一致的良好的辐射特性,二者的相对带宽分别是1138%和3194%。
关键词:短距离无线通信;双频天线;小型化中图分类号:TN82814 文献标识码:A 文章编号:167128151(2008)0320346204Study on Compact Dual 2frequency Antenna for Shot R ange Wireless Communications G UO Rui(College of A rts and Science ,S hanx i A g ricultural Universit y ,Tai gu S hanx i 030801,China )Abstract :The compact dual 2f requency antenna was designed in the experiment.The compact structure and dual 2f re 2quency characteristics were realized respectively using meander technology and double resonance model.Simulation and measurement results indicated that the compact dual 2f requency antennas operated at 214GHz and 518GHz ,superior and similar radiation characteristics were obtained in two wave bands with the relative bandwidth of 1138%and 3194%respectively.K ey w ords :Short range wireless communication ;Dual 2f requency antenna ;Compact 一切无线电通信、广播、雷达、导航等工程系统都是利用无线电波来进行工作的,而天线是无线电波的出口和入口,担负着电磁波发射与接收的重任。
一种非辐射边馈电的宽带双层微带贴片天线 详细教程讲解
一种非辐射边馈电的宽带双层微带贴片天线详细教程讲解1 引言由于微带天线具有低截面、轻重量、易加工等特点，这类天线在军事和民用领域的应用范围越来越广。
特别是近年来SAR（合成孔径雷达）技术的快速发展，人们对微带天线提出了越来越高的要求，希望在一个天线上能同时获得宽频带、大扫描角、高效率、低交叉极化的性能，并且具有馈电简单、易与馈电系统集成等多方面的优点。
微带贴片天线的馈电方式有多种，这其中以微带线共面馈电在结构形式上最为简单，同时组阵时易于实现与馈电网络的集成设计，应用较广。
微带馈电的矩形微带贴片天线自报道以来成为应用最为广泛的微带单元形式之一。
但此种矩形微带天线采用单层形式，带宽很窄（通常《3%），且馈电位置仅限于辐射边。
随后，国内外的科技工作者对各类矩形微带天线作了大量的研究。
为展宽工作带宽，介绍了一种辐射边馈电的双层微带贴片天线，其下层贴片为馈电元，上层导体贴片为寄生元，两层中间为低介电常数的介质层，该结构利用双谐振来展宽工作频带，此天线的最大工作带宽可达10%左右。
而则率先介绍了一种非辐射边共面馈电的单层矩形贴片天线，当该单元用于微带共面馈电阵列天线设计时可缩短馈电线的长度，简化馈电网络的设计，故其可用作高效微带阵列天线的设计，但其与普通单层矩形微带天线一样带宽较窄。
最近，专利提供了一种针对辐射边馈电双层矩形微带天线的交叉极化抑制技术，其方法是在上、下辐射贴片上同时开4个或4个以上缝隙，缝隙的取向与天线极化方向一致，通过抑制交叉极化的模式电流达到抑制天线单元交叉极化的目的。
将上述多种技术相结合，本文介绍了一种非辐射边馈电的新型双层微带贴片天线，并对该天线的性能特点及其在阵列中的应用情况进行了研究。
2 单元结构及仿真测试结果天线单元的结构组成如图1，为实现宽带工作采用与普通双层微带贴片天线相同的结构形式，整个天线主要由馈电微带板层、泡沫层、寄生微带板层及接地结构板四部分组成。
其中馈电微带板上蚀刻有馈电贴片与馈电微带线，寄生微带板上蚀刻有寄生贴片，为对寄生贴片起保护作用，图中寄生元贴片采用倒置结构。
双层微带贴片天线的研究
双层微带贴片天线的研究天线的中心频率为31.3GHz，扫频为25GHz-37.5GHz。
贴片天线的结构尺寸如表中所示（单位：mm）：表1 贴片微带天线的结构尺寸利用HFSS进行模拟，模型结果如图1所示：图1 双层贴片微带天线的模型贴片微带天线的S11参数如图2所示：天线的谐振频率为31.3GHz，-10dB带宽为30.4GHz~32.3GHz，绝对带宽达到了1.9GHz。
，图2贴片微带天线的S参数图图3为微带的第一层贴片的尺寸变化时的S11参数，改变长和宽，得到不同的谐振频率和带宽，实际应用中可以根据需要来设定尺寸。
图3 S参数随长度的变化天线的Smith圆图：从圆图中，可以读出天线在带宽内的不同阻抗值，根据读出的值，可以对微带天线的阻抗进行匹配，从而可以增加天线的带宽。
天线的三维增益方向图：图 5.1单层贴片天线增益图图5.2 双层贴片天线增益图该天线的E平面和H面的辐射方向图如下：图6 E平面增益方向图总结从图5.1和5.2中可以看出，天线在z轴方向上辐射增益最强，达到了6.74dB 和7.0dB。
在一般的微带天线中，我们在辐射方向上增加了一个金属贴片，使得天线在z轴方向上的辐射能力更强，使得增益增强。
通过本学期的学习以及本次对微带天线的仿真和分析，了解了HFSS设计天线的整个过程，也掌握了天线的一些基本特性参数。
对以后的学习有很大的帮助。
同轴线馈电的微带贴片天线的研究天线的中心频率为2.45GHz，扫频为1.5-3.5GHz。
贴片天线的结构尺寸如3-1所示（单位：mm）：1贴片微带天线的结构尺寸利用HFSS进行模拟，模型结果如图2所示：图2贴片微带天线的模型贴片微带天线的S参数如图3所示：图3贴片微带天线的S参数图当贴片的宽度固定时，S参数随贴片长度的变化曲线如3-4图所示：图4 S参数随长度的变化由图4可以看出：当贴片长度为29.5mm时，谐振频率点约为2.45GHz。
所以将贴片长度设置为29.5mm，宽度设置为41.4mm，对天线进行优化：天线的Smith圆图：图5 优化后天线的Smith圆图天线的三维增益方向图：图6 三维增益方向图该天线的E平面位于XOZ平面上，E平面增益方向图如下：图7 E平面增益方向图在前面的分析中，我们只优化了微带贴片的长度，使天线的谐振频点落在2.45GHz，但是天线在2.45GHz时的输入阻抗并没有达到标准的50ohm，还需要对输入阻抗进行优化，使天线达到最好的性能。
微带天线的小型化技术研究
小型化折合微带天线
开缝和开槽通过电流弯曲增加天线的等效长度 电流的弯曲会使交叉极化电平增加 一种能有效增加天线的有效长度而不增加交叉极化的方法就是采用折合贴片
小型化折合微带天线
贴片单元不再位于一个平面上 向上或者向下弯曲成一定的形状 不会出现纵向的电流 交叉极化电平降低到20dB以下 天线在水平面的投影面积降低了37%。
引言
01
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微波集成技术和空间技术迫切需求低剖面天线 微带天线得到日益广泛的关注和应用 体积小、重量轻、低剖面、能与载体共形 易于制造,成本低,易于集成 便于实现圆极化、双极化和双频段
小型化 多功能 高性能
通信系统的发展方向
集成度低 增益不高 人体特定吸收比(SAR)偏高
添加标题
采用三角形贴片单元，短路探针加载后面积小于常规天线的5％
添加标题
三角形贴片的0场位于 轴距底边 处，与矩形和圆形贴片相比，有很大的调整范围
短路探针的位置愈靠近贴片的周围
添加标题
天线的面积减小的越厉害
添加标题
馈电的位置愈靠近短路点
添加标题
带来制造工艺上的困难
添加标题
对输入阻抗的特性影响非常敏感
设计实例
微带天线的增益和带宽随介电常数增大而减小 天线（b）通过使用较厚的基片来弥补提高介电常数而导致的带宽的下降
两种介电常数的GPS微带天线，工作在同一频率1.575GHz
天线（a）的介电常数为 ，基片厚度
天线（b）的介电常数为 ，基片厚度
短路加载
矩形微带天线开路端电场结构
场分布侧视图
PART 1
微带天线的小型化技术
微带天线工作原理
微带天线工作原理
微带天线是一种常用的无线通信天线，其工作原理是基于微带电路的特性。
微带天线的结构包括导体贴片、基底板和接地板。
导体贴片通常呈现出直线、圆形或其他形状，而基底板则是导体贴片的基座，接地板则用于提供天线的接地。
在工作过程中，微带天线通过导体贴片与基底板构成了一个微带传输线。
当电信号通过导体贴片传入时，导体贴片会通过电场和磁场的耦合作用产生辐射。
这种辐射可以在空间中形成一个电磁波，并且以指定的频率传输信号。
电场和磁场的耦合作用是通过微带传输线的微带模式完成的。
微带模式是指电场和磁场在导体贴片和基底板之间建立的共振模式。
通过调整导体贴片的长度、宽度和形状，可以改变微带模式的频率和辐射特性，从而实现对天线性能的优化。
微带天线的工作原理可以进一步解释为，当电信号通过导体贴片传输时，导体贴片会在其中产生电流分布。
这个电流分布将在导体贴片表面产生电场，并形成辐射电场。
同时，电流分布还会在导体贴片和基底板之间形成磁场，并形成辐射磁场。
这两个辐射场的叠加将形成辐射电磁波。
总之，微带天线通过微带传输线的电场和磁场耦合作用，将电信号转化为辐射电磁波。
这种辐射波可以被接收器或其他通信设备接收并解码，从而实现无线通信的传输。
应用于WSN的小型化微带天线的研究
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ａｎ ｄ Ａｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｎ Ｗ ＳＮ Ｍｉ ｎ ｉ ａ ｔ ｕ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ Ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｔ ｒ ｉ ｐ Ａｎ ｔ ｅ ｎ ｎ ａ
世 界各 国均保 留 了一些 无线频 段 ， 以用 于工 业 ， 科学 研 载 、 曲流 、 采用 平 面倒 Ｆ以及 平 面倒 Ｌ结构 等 。本 文主要 采
究， 和微 波 医疗方 面 的应 用 。２ ４ Ｇ Ｈ ｚ 频 段无 线通 信 设备得 用贴 片 曲流技术 来实 现天 线 的小型 化 。
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｍａ ｎ ｄ ｆ ｒ ＷＳ Ｎ．ｏ ｎ ｅ ｔ ｙ ｐ ｅ ｏ ｆ ｃ ｏ ｍｐ ａ ｃ ｔ ａ ｎ ｔ ｅ ｎ ｎ ａ ｉ ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ Ａ ｓ ｑ ｕ ａ ｒ ｅ ｍｉ ｅ ｍｓ ｔ ｒ ｉ ｐ ａ ｎ ｔ ｅ ｎ ｎ ａ ０ Ｄ ｅ
二、 微 带 天 线 的 小 型 化 技 术
天 线 的小型化 是指 在 固定 的工作 频率 测 区域 内大 量 的廉 的尺 寸 。随着移 动通 信 的迅速 发展 ，针对 不 同的小 型天 线 价微 型传 感器 节点组 成 ，通过 无线 通信方 式形 成 的一个 多 （ 如 线天 线 、 平 面倒 Ｆ型 天线 、 介 质振 荡器 天线 、 缝 隙 天线 、 跳 的 自组 织 的网络 系统 ，其 目的是 协作地 感知 、采 集和处 螺旋 天 线以及 印 刷微 带 天线 等 ）有不 同 的小 型化 的方 法 。 理 网络覆 盖 区域 中被感知 对象 的信 息 ， 并 发送 给观 察者 。 微带 贴片 天线 小型 化 的具体 方 法 ， 包括： 增加 介 电常 数 、 加
双微带贴片微带天线
双频贴片天线S. Maci and G. BifJi Gentili佛罗伦萨大学电子工程部地址Via S. Marta 3关键词：微带天线，多频天线1.摘要双频贴片天线在大宽带平面天线上可以提供选择的余地，在应用中，对两个独立的传输接收系统中，大带宽是真实需要的。
当两个工作频率隔的比较远，一个双频贴片天线结构设计能提供分离的系统。
这篇文章，一个关键性的概述的可以解决的方法就双频贴片天线的出现，未来的前景很客观。
2介绍贴片天线具有很吸引人的特性，比如矮小的高度，重量轻和和单片微波集成电路的兼容性。
它们的主要缺点是有一个固定的带宽限制，这个是由于它本身特性结构所决定的属性。
另一方面，现代通信系统，比如卫星连接（全球定位系统，车用，等等），同样新兴的应用也一样，比如无线局域网（WLAN），经常要求天线能够紧密和低价格，因此提出平面技术是很有用的，有时候也是不可避免的。
此外，由于它的低高度，贴片天线非常适合安装在空中平台的系统，像合成孔径雷达（SAR）和散射系统。
由于这些应用，新的动机给予战胜带宽限制的贴片天线的最前沿研究方向。
在增加天线带宽的应用中需要处理两子分开的频带，一个适当的选择是用双频贴片天线做为替代品扩大带宽。
实际上，对一个特定的应用优化天线，是为了保证拥有匹配的传输带宽和或者收到信号。
双频天线通过单一的辐射结构显示出双共振能力。
尽管从空间和成本上看，它们很适合，但很少人保注意力放在双频贴片天线上。
这可能是于它的复杂的馈电网络有关，特别是在对数组中的应用。
双频运行的需要出现在车载卫星的通信系统中。
这个系统的天线是低成本并且能在各向同性模式上满足需要；贴片天线的性能赢得了比赛。
当系统需要在遥远的距离也能工作两个频率，双频贴片天线可以提供两种可以用的不同天线；一种种类是合成孔径雷达。
它是很众所周知的天线，现在合成孔径雷达天线雇佣两个不同的频段。
合成孔径雷达未来的发展趋势就是至少覆盖双频天线的三分之二的带宽。
微带贴片天线阵列的研究与设计
微带贴片天线阵列的研究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件，其性能和设计受到了广泛。
微带贴片天线作为一种常见的平面天线，具有体积小、重量轻、易于集成等优点，被广泛应用于现代通信系统中。
本文将重点探讨微带贴片天线阵列的研究与设计。
微带贴片天线的基本原理是利用微带线来传输信号，并在贴片表面形成电磁场，从而实现电磁波的辐射和接收。
微带贴片天线的应用范围广泛，如移动通信、卫星通信、雷达等领域。
为了满足现代通信系统的需求，微带贴片天线阵列的研究与设计成为了关键。
微带贴片天线阵列的研究与设计方法包括理论分析、实验测试和数据分析。
理论分析是研究微带贴片天线阵列的基础，通过建立模型来分析天线的辐射特性和性能参数。
常用的分析方法包括电磁场理论和有限元法等。
实验测试是研究微带贴片天线阵列的重要环节，通过测试数据来验证理论分析的正确性。
实验测试包括天线性能参数的测量和辐射特性的测试等。
数据分析是对实验测试结果进行处理和解释的过程，通过对比不同数据来优化天线阵列的设计。
实验结果表明，微带贴片天线阵列具有优良的性能特点和优势。
微带贴片天线阵列的辐射性能较强，能够实现方向性和增益的控制。
微带贴片天线阵列的带宽较宽，有利于实现多频段通信。
微带贴片天线阵列易于集成和制造，具有较低的成本和较高的可靠性。
这些优点使得微带贴片天线阵列在未来通信领域中具有广泛的应用前景。
本文通过对微带贴片天线阵列的研究与设计，总结了其性能特点和优势，并指出了微带贴片天线阵列在技术创新和应用推广方面的意义。
微带贴片天线阵列作为一种重要的平面天线，具有广泛的应用前景。
在未来的研究中，可以进一步探索微带贴片天线阵列的高效设计和优化方法，提高其性能和可靠性，以满足不断发展的无线通信需求。
随着无线通信技术的快速发展，天线作为通信系统中关键的组成部分，其性能和设计受到了广泛。
特别是高性能宽带双极化微带贴片天线，其在无线通信领域具有广泛的应用前景。
微带天线的基本理论和分析方法概述
目录摘要 (2)Abstract (3)1 绪论 (4)1.1研究背景及意义 (4)1.2国内外发展概况 (5)1.3本文的主要工作 (6)2 微带天线的基本理论和分析方法 (7)2.1 微带天线的辐射机理 (7)2.2微带天线的分析方法 (8)2.2.1传输线模型理论 (9)2.2.2 全波分析理论 (11)2.3微带天线的馈电方式 (12)2.3.1微带线馈电 (12)2.3.2同轴线馈电 (12)2.3.3口径（缝隙）耦合馈电 (13)2.4本章小结 (13)3宽带双频双极化微带天线单元的设计 (14)3.1天线单元的结构 (14)3.2天线单元的设计 (15)3.2.1介质基片的选择 (16)3.2.2天线单元各参数的确定 (16)3.3天线单元的仿真结果 (17)3.4本章小结 (18)4 结束语 (19)参考文献 (20)致谢 (22)ku波段双频微带天线的设计摘要本文的主要工作是Ku波段宽带双频双极化微带天线研究。
在微带天线的基本理论和分析方法的基础上，对微带天线的技术进行了深入的研究，设计了3种不同结构的Ku波段宽带双频微带天线单元，并完成了实验验证。
依据传输线模型理论并结合软件仿真分析了3种不同结构的天线单元在天线的带宽、隔离度和增益等性能方面的差异，并作了比较，得出了性能最佳的一种天线单元结构形式。
最后，对全文的研究工作加以总结，并提出本文进一步的研究设想。
关键词：Ku波段；双频；传输线模型；微带天线AbstractIn this paper, broadband dual-frequency and dual-polarized microstrip antenna at Ku band is described. Three kind s o f wideband dual-frequency and dual-polarized microstrip antenna element are proposed and their experimental verifications are completed which based o n the classical theory and a deeper stud y on broadband, dual-frequency and dual-polarization technique of microstrip antenna. From the transmission-line mode theory and simulative results, he bandwidth, isolation and gain characteristics of a microstrip patch element with various structures are analyzed in detail and compared, and an antenna element with the best performance is adopted. Based on the element described, four-element linear array and planar array is designed which adopted anti-phase feeding and dislocation anti-phase feeding technique, respectively. In addition, the technique of anti-phase feeding which suppresscross-polarized is further studied by using the even/odd theoretical analysis. Finally, we summarize the research of the paper with an outlook for the further researches. Key words: Ku band; dual-frequency; dual-polarized; microstrip antenna1 绪论1.1研究背景及意义近年来，随着卫星通信技术的发展和卫星通信业务及卫星移动通信的迅猛增长，以往的微波较低频段(300MHz-10GHz)已经变得拥挤不堪，因此卫星通信中开始使用Ku波段甚至Ka波段的通信以满足大信息量的需求。
贴片天线原理
贴片天线原理
贴片天线是一种常用的无线通信天线，在许多小型电子设备中广泛应用。
它具有小型化、易制作、易集成和较高的工作频段等优点。
贴片天线的原理基于电磁感应和电磁辐射。
它由一个金属片做成，可以是铜片或铝片等导电材料。
这个金属片被粘贴或焊接在电路板的表面上，因此称为“贴片”天线。
当贴片天线与电路中的射频信号源相连时，电流会通过天线中的金属片。
这个电流会在金属片上产生电磁场，进而辐射出去。
根据安培法则，这个辐射出去的电磁场会形成一个类似于射频信号源的电磁波。
贴片天线的效果和性能取决于它的形状和尺寸。
在设计时，需要考虑天线的长度、宽度、厚度以及金属片与电路板的距离等因素。
这些参数的选择和调整可以使天线在特定的频段内工作，并获得最佳的匹配和辐射效果。
贴片天线可以用于不同的通信系统和频段，如蓝牙、Wi-Fi、GPS、无线电频段等。
由于它的小巧和易用性，贴片天线被广
泛应用于智能手机、平板电脑、智能手表、无线传感器等设备中。
总的来说，贴片天线通过电磁感应和电磁辐射实现无线通信。
它具有小型化、易制作和易集成等优点，在现代电子设备中发挥着重要的作用。
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2005 年 2 月
大 连 海 事 大 学 学 报 Journal of Dal ian Maritime University
V27736 ( 2005) 0120088203
小型双层微带贴片天线的理论分析
3 结束语
本文对小型双层微带贴片天线进行了理论分 析 , 指出了文献 [ 5 ] 中的错误 , 并对其进行了改 进 . 改进后的计算结果与实测结果相吻合 . 另外 , 本文还对天线输入阻抗和谐振频率随馈电位置的 变化情况进行了研究 . 结果发现 , 天线输入电阻和 输入电抗均随馈电位置变化 , 而天线谐振频率基 本不随馈电位置变化 .
Abstract :Analyzed a miniat ure two2layer microst rip patch antenna was analyed , t he mistakes in original ar2 ticle were pointed out and corrected , t he formulas for calculating t he input impedance of t he antenna were given. The calculated result s f rom t hese formulas agree wit h t he measured result s. Moreover , t he relations between t he input impedance or t he resonant f requency and t he position of coaxial probe were st udied , t he result s show t hat t he imput impedance changes wit h t he position of coaxial probe while t he resonant f re2 quency doesn’ t. Key words :microst rip patch antenna ; input impedance ; t ransmission2line met hod ; resonant f requency ; t he2 oretical analysis
Zin = ZL Z R + j XL ZL + Z R c ( 4)
路线 . 若考虑到实际贴片开路端的边缘场效应 , 则 需将这段传输线等效成终端接负载电阻 R S ( 贴片 开路端的等效辐射电阻) 、 长度为 c′= L / 2 + Δl Δ 的传输线 , 其中 , l 是边缘场效应等效的长度 ,
天线进行了理论研究和实验研究 . 然而 ,利用文献
[ 5 ] 所给公式进行计算并不能得到与实测结果相
吻合的结果 . 为此 , 本文对文献 [ 5 ] 的理论分析进 行了改进 , 并得到了较为满意的结果 . 另外 , 文献
[ 5 ] 没有研究天线输入阻抗和谐振频率随馈电位
图 1 天线结构示意图
置变化的情况 ,本文对此进行了研究 ,并给出了研 究结果 .
大 连 海 事 大 学 学 报 第 31 卷 90 天线输入电阻和天线输入电抗均随馈电探针位置 变化 . 另外 , 本文还对天线谐振频率随馈电位置的 变化情况进行了研究 , 结果发现 , 天线的谐振频率 基本不随馈电位置变化 .
R S 由下式给出
[6 ]
式中 X L 由下式确定 [ 7 ] : πf h1 120
XL = c
ln (
: W < 0 . 35λ
π γε f dP r
)
( 5)
90 (
RS = (
λ
W
)2
其中 : c 为真空中的光速 ; d P 为探针直径 ;γ 为尤 拉常数 ;ε r 为介质基板的相对介电常数 . 文献 [ 5 ] 在进行上述分析时 , 在式 ( 1) 处没有 考虑边缘场效应的影响 , 故导致计算所得天线的 谐振频率发生了偏移 . 另外 , 在式 ( 2) 处 , 文献 [ 5 ] 对缝处阻抗只取了下贴片部分的等效输入阻抗 Z1 , 而漏掉了上贴片在缝处的等效输入阻抗 ZS 1 和 ZS 2 , 而且 , 在式 ( 4) 中 , 文献 [ 5 ] 认为 Z R 与 ZL 串联 , 但由此所得结果与实测结果相差甚远 . 笔者 认为 Z R 与 ZL 并联 , 于是得式 ( 4) 所示的结果 .
该天线利用同轴探针进行馈电 , 馈电位置在 贴片宽边的中心线上 , 且与下贴片左端间距为 a. 1 . 2 理论分析 图 1 所示天线结构可等效成图 2 所示电路模 型 . 由传输线理论可知 , 上贴片部分可看成是两段 宽为 W , 长为 l/ 2 的终端短路传输线 . 在缝处 , 两 段传输线所呈现的输入阻抗分别为 ZS 1 和 ZS 2 , 且 ZS 1 = ZS 2 = j Z0 tan (β l/ 2 ) . 对于下贴片 , 缝的右 边可近似看成是一段长为 L / 2 、 宽为 W 的终端开
栾秀珍 ,房少军 ,徐天赐 ,孙 渝
( 大连海事大学 信息工程学院 ,辽宁 大连 116026)
Ξ
摘要 : 对小型双层微带贴片天线进行理论分析 ,指出已有文献中的错误 ,并对其进行了改进 ,给出了天线输
入阻抗的计算公式 . 利用改进后的计算公式所得计算结果与实测结果相吻合 . 对天线输入阻抗和谐振频率随 馈电位置的变化情况进行了研究 . 结果显示天线输入阻抗随馈电位置变化 ,而天线谐振频率基本不随馈电位 置变化 .
图 4 归一化输入阻抗随馈电位置的变化曲线
参 考 文 献:
[ 1 ]LO T K. Miniature aperture2coupled microstrip antenna of very high permittivity[J ] . Electron Lett , 1997 ,33 :9 - 10. [ 2 ] PIN HAS S , SHTRI KMAN S. Comparison between computed and measured bandwidt h of quarter2wave microstrip radiators [J ] . IEEE Trans Antennas Propagat , 1988 ,36 :1615 - 1616. [ 3 ]CHA IR R , L EE K F ,L U K K M. Bandwidt h and cross 2polarization characteristics of quarter2wave shorted patch antennas [J ] . Microwave Opt Technol Lett , 1999 ,22 :101 - 103. [ 4 ] WA TERHOUSE R B. Small microstrip patch antenna[J ] . Electron Lett , 1995 ,31 :604 - 605. [ 5 ] RIC KY Chair , L U K Kwai2man ,L EE Kai2fong. Measurement and analysis of miniature multilayer patch antenna[J ] . IEEE Trans Antennas Propagat , 2002 ,50 :244 - 250. [ 6 ] 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. [ 7 ] EDIMO M , MAHDJ OUB I K , SHARA IHA A , et al . Simple circuit model for coax2fed stacked rectangular microstrip patch antenna[J ] . IEE Proc2Microw Antennas Propag , 1998 ,145 ( 3) :268 - 272.
Theoretical analysis of miniature t wo2layer microstrip patch antenna
L UAN Xiu2zhen ,FAN G Shao2jun , XU Tian2ci , SUN Yu
( I nf orm ation Eng. College , Dalian Maritime U niv. , Dalian 116026 , China)
1/ 2 波长贴片天线的尺寸减小 50 % , 带宽可达 5 % ,且具有较低的交叉极化水平 . 文献 [ 5 ] 对这种
度为 h 2 , 贴片两端用短路片短路 ; 下贴片长为 L , 宽为 W , 介质基片也为泡沫 , 厚度为 h 1 , 贴片两端 开路 , 中间开有宽为 l 1 的长缝 , 通过该缝上 、 下两 贴片之间进行耦合 .
Z R = Z0 Z F + j Z0 tan (β b) Z0 + j Z Ftan (β b) ( 2)
2 理论计算结果
利用上述公式 , 本文对一具体天线进行了计 算 , 天线参数为 W = 20 mm , L = 20 mm , l = 16
mm , l 1 = 2 mm , h 1 = h 2 = 2 mm . 所得天线输入 阻抗随频率的变化曲线如图 3 所示 . 图中 , 实线为 计算结果 ,“ 3 ”为实测结果 , 由图可见二者吻合 较好 .
1 W 1 -1 ) 0 . 35λ ≤ W < 2λ 120 λ π2 60
120
λ
W
2λ ≤ W
于是 , 在缝处下贴片右边的等效输入阻抗为 ) R S + j Z0 tan (β c′ ( 1) Z1 = Z0 ) Z0 + j R S tan (β c′ 在缝处 , ZS 1 、 ZS 2 和 Z1 三者串联 , 故缝处的总输入 阻抗为 Z F = ZS 1 + ZS 2 + Z1 . 对于下贴片 , 馈电探 针右侧可看成一段长为 b 、 宽为 W 的终端接负载 阻抗 Z F 的传输线 , 故从馈电探针向右看的输入阻 抗为