微带贴片天线概论.ppt
天线原理第十四章微带天线
■同轴线探针馈电
见图 14-3(b)。这种馈电方式是将同轴线内导体接到辐射贴片上，外导体接 到接地面。 同轴线馈电也具有制造简单， 易于匹配的优点， 同时寄生辐射比较低。 但它的带宽比较窄，而且建模相对难些，尤其介质层比较厚时( h > 0.02λ0 )。
■耦合馈电
微带传输线和同轴线探针馈电由于自身的不对称性会产生高次模而导致交 叉极化。为了克服这些问题人们引入了传输线耦合馈电和小孔耦合馈电，如图 14-3(c)所示。小孔耦合馈电是几种馈电方式中最难制造的，而且带宽也比较窄。 图 14-3(d)所示的耦合馈电，其带宽相对较宽。
(a)
(b) 图 14-2 辐射原理图
(c)
设贴片与接地板间的介质基片中的电场沿贴片宽度 a 方向和厚度 h 方向无变 化。仅沿长度 b 方向有变化，其结构见上图(a)。则辐射场可认为是由贴片沿长 度方向的两个开路端上的边缘场产生的，如上图(b)(c)所示。将边缘场分解为水 平和垂直分量，由于贴片长度 b ≈ λ 2 ，所以两开路端的垂直电场分量反相，该 分量在空间产生的场互相抵消（或很弱） 。而水平分量的电场是同相的。远区辐 射场主要由该分量场产生。最大辐射方向在垂直于贴片的方向。 由此分析可见，矩形微带天线，可用两个相距 λ 2 ，同相激励的缝隙天线 来等效。这是微带天线的传输线模型分析方法的解释。 如果介质基片中的电场同时沿贴片天线的宽度和长度方向都有变化，这时 微带天线可用贴片四周的缝隙的辐射来等效。
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
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
微带天线及有源加载天线综述讲解
微带天线及有源加载天线综述摘要微带天线由于重量轻、制作简单、成本低、易于与载体平台共形以及适合组阵等诸多优点，广泛应用于各种移动地面设备，以及飞行载体电子设备。
但微带贴片天线同时有是阻抗带宽窄、增益低等缺点。
这些缺点大大限制了它的应用范围。
一直以来，有关天线小型化与宽带化的新理论与新技术都是天线领域的研究热点，随着高性能电子器件的不断涌现，越来越多的新技术从理论走向了实践，天线的带宽也因此而做的越来越宽，但是为了有效地实现电磁能量的转换，在设计天线时需保持一定的天线尺寸，因此天线小型化常难以实现。
有源天线既易于实现天线的小型化，且能够实现通信天线的宽频段要求，因而越来越引起人们的关注与研究。
第一部分，本文较详细地描述了微带天线的结构特性和辐射特性，并通过运用HFSS设计了一个中心频率为2.45GHz的矩形微带天线，分析其阻抗特性及方向图等诸多天线性能参数。
第二部分，首先介绍了几种主要的天线小型化宽带化技术，然后着重研究了有源加载天线的加载方式和分析方法，最后简要探讨了两种有源加载天线，并分析其性能参数，旨在引导后续进一步的研究。
关键词：微带传输线；天线设计；有源天线；小型宽带化；加载目录摘要 (I)一、微带天线简述及其HFSS仿真 (1)0 绪论 (1)1 微带天线的基本理论 (2)1.1 微带天线的结构和特点 (2)1.2 微带传输线的基本特性 (3)1.3 微带天线的辐射特性 (3)2 微带天线的HFSS仿真设计 (5)2.1 微带天线模型及设计参数 (5)2.2 天线性能指标及分析 (7)3 总结 (9)二、有源加载天线简述 (10)0 绪论 (10)1 有源天线的研究现状 (10)2 天线的小型化和宽频带技术 (11)2.1 天线的小型化技术 (12)2.1.1 加载技术 (12)2.1.2 采用特殊材料基片 (14)2.1.3 采用特殊形式，优化天线的外形结构 (14)2.1.4 分形技术 (15)2.2 天线的宽频带技术 (17)2.2.1 缝隙以及耦合技术 (17)2.2.2 利用宽带匹配网络实现天线小型化和宽频带特性 (17)3 加载天线的研究 (18)3.1 介质加载 (18)3.2 顶部加载 (19)3.3 分布加载 (21)3.4 集总元件加载 (22)3.5 有源加载 (23)4 有源天线 (24)4.1 有源天线的发展历程 (24)4.2 有源集成天线的分类 (25)4.2.1 振荡器型有源微带天线 (26)4.2.2 放大器型有源微带天线 (26)4.2.3 频率变换型有源微带天线 (26)4.2.4 有源集成天线的收/发模块 (26)4.3 有源集成天线的优点 (27)4.4 有源天线的小型化及等效模型 (27)4.5 几种典型的有源天线 (30)4.5.1 基于加载变容二极管的电扫描天线 (30)4.5.2 基于加载有源网络的微带贴片天线 (31)参考文献 (35)一、微带天线简述及其HFSS仿真0 绪论通信、雷达、遥感、广播、电视、导航等无线电设备，都是依靠无线电波来工作的，都需要无线电波的辐射和接收。
矩形微带天线
一.微带天线简介微带天线的概念首先是有Deschaps于1953年提出来的，经过20年左右的发展，Munson和Howell于20世纪70年代初期造出了实际的微带天线。
微带天线由于具有质量轻、体积小，易于制造等优点，现今已经广泛应用于个人无线通信中。
上图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、介质的相对介点常数ε和损耗正切tanδ、介质的长度LG和宽度WG。
图中所示的天线是采用微带线来馈电的，本次我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。
对于矩形贴片微带天线，理论分析时采用传输线模型来分析其性能。
矩形贴片微带天线的工作模式是TM10模，意味着电场在长度L方向上有λg/2的改变，而在宽度W方向上保持不变，如图所示，在长度方向上可以看成有两个终端开路的缝隙辐射出电磁能量，在宽度方向的边缘由于终端开路，所以电压值最大电流值最小。
从图中可以看出微带线边缘的电场可以分解成垂直参考地的分量和平行于参考地的分量两部分，两个边缘的垂直电场分量大小相等、方向相反，平行电场分量大小相等、方向相反；因此，远区辐射电场垂直分量相互抵消，辐射电场平行于天线表面。
假设矩形贴片的有效长度设为L e ，则有L e =λg /2式中，λg 表示导波波长，有λg =λ0/ε 式中，λ0表示自由空间波长；εe 表示有效介电常数，且εe =21)121(2121-+-++w h εε式中，εr 表示介质的相对介电常数；h 表示介质厚度；w 表示微带贴片的宽度。
因此，可计算出矩形贴片的实际长度L ，有L=L e -2ΔL=λ0/e ε-2ΔL=2102-e f c εΔL 式中，c 表示真空中的光速；f 0表示天线的工作频率；ΔL 表示等效的辐射缝隙的长度，且有ΔL=0.412h ()()()()8.0264.0258.03.0++-+h W h W εε 矩形贴片的宽度W 可以由下式计算，W=212102-⎪⎭⎫ ⎝⎛+εf c对于同轴线馈电的微带贴片天线，在确定了贴片长度L 和宽度W 之后，还需要确定同轴线馈点的位置，馈点的位置会影响天线的输入阻抗。
圆形微带天线
(26)
E j n
hE z (a,0)ak 0 e jk 0 r cos n J n1 (k 0 a sin ) J n1 (k 0 a sin ) (27) 2 r
E j n
hE z (a,0)ak 0 e jk 0 r cos sin n J n 1 (k 0 a sin ) J n1 (k 0 a sin ) (28) 2 r
（11）
由式子（1） 、 （8 ） 、 （11）可得电场的表示式
J 0 (k 0m ) 2 2 k 2a (k 2 k 2 ) aJ (k a) m 2 0 0m 0m E z j J 4a(sin n ) cos n( ) J n (k nm ) n2 2 m1 n 1 n(k 2 k nm ) (a 2 2 ) J n (k nm a ) k nm
2
2
(31)
cos sin n J n1 (k 0 a sin ) J n 1 (k 0 a sin ) sin d d
该式可简化为
(hE z (a,0)ak 0 ) 2 Pr Ir 1920
式中
(32)
I r J n1 (k 0 a sin ) J n 1 (k 0 a sin )
(16)
(17)
已知 k 01 0 ，所以以上二式可以写成
2 ˆ j 2 J M ( a, ) 2 2 m 1 (k k 0m )a m 1 2 E z (a, ) j J 2 2 m1 (k k 0m )a m1
【优秀文档】缝隙天线和微带天线PPT
§1.3 波导缝隙天线的方向特性和宽频带特性
▪ 为了增加缝隙天线的方向性，可在波导的 为了增加缝隙天线的方向性，可在波导的同一壁上按一定规律开多条尺寸相同的缝隙，构成波导缝隙天线阵。
（2）二者的主平面互换了位置，包含缝隙轴线的平面是H面，
缝隙天线和微带天线
§1.1 理想缝隙天线
▪ 缝隙天线就是在波导壁上开有缝隙，以用来辐射 或接收电磁波的天线。在研究实际的缝隙天线之
前，先讨论在无限大和无限薄的理想导电平板上 的缝隙——理想缝隙天线。理想缝隙天线的横向 尺寸远小于波长，纵向尺寸通常为λ/2。
z
z
z
2l
磁流 源
2l
2l O y
O~
y
~ 电 压 源
可在波导的一个壁上开多个缝隙组成天线阵。
4
7
z
a
8
56
9
x
辐射受没有开缝的其他三面波导壁的影响，因此是单 向辐射，其方向图如下：
在研究实际的缝隙天线之前，先讨论在无限大和无y 限薄的理想导电平板上的缝隙—z —理想缝隙天线。
单可缝在隙波天导线的的一方个向壁性上是开比多较个弱缝的隙，组为成了天提线高阵天。线这的种方天向线性阵，的 若一，因D缝馈如 缝3为为为非（ 因（若在（若馈若工为馈D缝3（为（若NN波波波是此隙电果隙了了了谐对此2波研2波电波程了电隙1了1波） ） ） ）导导导 非 ， 天 比 谐天 增 增 增 振 于， 导 究 导 比 导 上 增 比 天 增 导二二二二缝缝内谐根线较振 线加加加缝宽 垂内实内较内波加较线加内者者者者隙隙传振据就方式 就缝缝缝隙壁 直传际传方传导缝方就缝传的的的的天天播缝对是便缝 是隙隙隙天横 缝播的播便播缝隙便是隙播主主方方线线的隙偶在，隙 在天天天线缝 隙的缝的，的隙天，在天的，，平平向向的的是天原波其阵 波线线线阵） （是隙是其是天线其波线是NN面面相相为为方方驻线理导天中 导的的的与； 缝驻天驻天驻线的天导的驻互互同同阵阵向向波阵，壁线的 壁方方方谐隙波线波线波阵方线壁方波换 换 ， ，元元特特型的理上和缝上向向向振轴型之型和型的向和上向型了了方方((性性电波想开馈隙 开性性性式线电前电馈电方性馈开性电缝缝位位向向和和磁导缝有线都 有，，，缝磁，磁线磁向，线有，磁隙隙置置性性宽宽波终隙缝集是 缝可可可隙波先波集波性可集缝可波))的的，，函函频频，端天隙于匹 隙在在在天，讨，于，系在于隙在，个个包包数数带带并接线，一配 ，波波波线并论并一并数波一，波并数数含含都都特特使匹的以体缝 以导导导阵使在使体使可导体以导使。。缝缝是是性性各配方用。隙 用的的的有各无各。各用的。用的各隙隙：：缝负向来， 来同同同两缝限缝缝下同来同缝轴轴隙载性辐即 辐一一一点隙大隙隙式一辐一隙E线线得，函射不 射壁壁壁不得和得得近壁射壁得面的的到使数或在 或上上上同到无到到似上或上到平平同波与接波 接按按按：同限同同估按接按同面面相导同收导 收一一一一相薄相相算一收一相是是激处长电中 电定定定是激的激激：定电定激HH励于度磁产 磁规规规非励理励励规磁规励面面，行的波生 波律律律谐，想，，律波律，，，则波对的反 的开开开振则导则则开的开则x此状称天射 天多多多式此电此此多天多此种态振线， 线条条条缝种平种种条线条种缝，子。终 。尺尺尺隙缝板缝缝尺。尺缝隙缝的端 寸寸寸天隙上隙隙寸寸隙阵隙方短 相相相线阵的阵阵相相阵称由向路 同同同的称缝称称同同称为行性活 的的的相为隙为为的的为H面谐波函塞 缝缝缝邻谐谐谐缝缝谐—振激数也 隙隙隙谐振振振隙隙振—式励在换 ，，，振式式式，，式理天，成 构构构缝天天天构构天E想面线故匹 成成成隙线线线成成线缝和阵天配 波波波的阵阵阵波波阵隙H。线负 导导导间。。。导导。天面x阵 载缝 缝 缝 距 缝 缝线是能， 隙隙隙大隙隙。相在那 天天天于天天互较么 线线线线线交宽就 阵阵阵阵阵换（的构 。。。。。的对频成，于带了如宽内匹下壁保配图纵持缝所缝良隙示）好阵。或的。小匹于配 若波导馈内传电播的比是驻较波型方电磁便波，，并使其各缝天隙得线到同和相激馈励，线则此集种缝于隙阵一称为体谐振。式天适线阵当。 改变缝隙的位
微带天线
Microstrip Patch Antennas微带贴片天线
可进行微带天线仿真设计，加工及各类PCB板上天线拷贝。
天线的工作温度为-45℃～+65℃。
另外，可根据系统要求设计有特殊要求的各类天线。
Beijing Gwave Technology Co., Ltd.
Add: Room 406, Block A, Advanced Materials Building, Yongfeng Base, Haidian District, Beijing 100094 Tel: (8610)58937305/06 Fax: (8610)58937307 Email:gwave@
型号编制和标注方法
★天线类型:
天线类型天线代号天线类型天线代号
喇叭天线 HA 正弦天线 SA 对数周期 LPA 槽线天线 TSA 全向天线 OA 微带阵列天线 MAA 平螺天线 CBSA 微带贴片天线 MPA 槽隙螺旋天线 SSA
微带贴片天线(Microstrip patch antennas)
型号工作频率
GHz 工作带宽驻波Max极化
增益
dBi
接口形式
MPA0560 0.5-6 2% 2.0 线/圆8 N/SMA Beijing Gwave Technology Co., Ltd.
Add: Room 406, Block A, Advanced Materials Building, Yongfeng Base, Haidian District, Beijing 100094 Tel: (8610)58937305/06 Fax: (8610)58937307 Email:gwave@ 。
微带贴片天线原理
微带贴片天线原理
微带贴片天线是一种非常常见的天线类型，其工作原理是利用导电物质覆盖在介质表面上，形成一个带状结构，然后通过与其他电路元件连接，实现电磁波的收发。
与传统天线相比，微带贴片天线具有体积小，重量轻，易于集成等优点，因此广泛应用于无线通信、雷达、卫星导航等领域。
微带贴片天线的设计要考虑频率、阻抗匹配、辐射效率等因素，其中最关键的是选择合适的介质材料和几何结构，以保证良好的性能。
当前，微带贴片天线的研究重点是提高带宽、减小尺寸、增强辐射强度等方面的问题。
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