天线原理与设计—第九章微带天线 PPT
微带天线课件.76页PPT
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
微带天线课件.
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成
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。
缝隙天线与微带天线演示文稿
谐振式缝隙阵（Resonant Slot Arrays
）
波导上所有缝隙都得到同相激励。 最大辐射方向与天线轴垂直，为边射阵
。
波导终端通常采用短路活塞。
下面介绍常见的谐振式缝隙阵
第13页，共54页。
开在宽壁上的横向谐振缝隙阵
为保证各缝隙同相，相邻缝隙的间距应取为λg。由于波导波长λg大于自由空间波长，
电阻Rr,e的关P系r,e 为 12
I
e m
2
Rr ,e
推导出理想缝隙天线的辐射电阻与其互补的电对称振子
的辐射电阻之间关系式：
Rr,mRr,e (60 )2
因此，理想半波缝隙天线的辐射电阻为
Rr ,m
(60 )2
73.1
500
理想半波缝隙天线的辐射电导 Gr,m≈0.002S
第10页，共54页。
理想缝隙天线 输入电阻
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 / 2 ，m为 微带线上波长。于是另一端（a边）处也 呈电压波腹。
第27页，共54页。
微带天线工作原理—辐射机理
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）
Ez E0 cos(x / b)
天线的辐射由贴片四周与接地板间的窄
第39页，共54页。
矩形贴片天线的传输线模型
除辐射电导外，开路端缝隙的等效导纳
还有一电容部分。它由边缘效应引起，
其电纳可用延伸长度Δl来表示：
Bs Yc tan(l)
哈默斯塔德给出Δl的经验公式如下：
l 0.412h
e 0.3
w 0.264 h
e 0.258 w 0.8
h
第九章 电磁辐射和天线基础知识PPT课件
第1章 天线基础知识
1.1.1 电基本振子的辐射 电基本振子（Electric Short Dipole）又称电流元，
它是指一段理想的高频电流直导线，其长度l远小于波 长λ，其半径a远小于l，同时振子沿线的电流I处处等幅 同相。用这样的电流元可以构成实际的更复杂的天线， 因而电基本振子的辐射特性是研究更复杂天线辐射特 性的基础。
Emax
（1―2―4）
第1章 天线基础知识
式中，fmax(θ,φ)为方向函数的最大值；Emax为最大辐射方 向上的电场强度;E(θ,φ)为同一距离(θ,φ)方向上的电场强 度。
归一化方向函数F(θ,φ)的最大值为1。因此，电基本 振子的归一化方向函数可写为
F(θ,φ)=|sinθ|
（1―2―5）
为了分析和对比方便，今后我们定义理想点源是无 方向性天线，它在各个方向上、相同距离处产生的辐射 场的大小是相等的，因此，它的归一化方向函数为
方向图可用极坐标绘制，角度表示方向，矢径表 示场强大小。这种图形直观性强，但零点或最小值不 易分清。方向图也可用直角坐标绘制，横坐标表示方 向角，纵坐标表示辐射幅值。由于横坐标可按任意标 尺扩展，故图形清晰。如图1―2―3所示，对于球坐标 系中的沿z轴放置的电基本振子而言，E面即为包含z轴 的任一平面，例如yOz面，
k2 r
k r2
j
1 r3
)e
jkr
E 0
第1章 天线基础知识 z
Er
H
Ir
E
lO y
x
图1―1―1 电基本振子的坐标
第1章 天线基础知识
E Erer E e
H H e
(1―1―2)
式中,E为电场强度，单位为V/m；H为磁场强度，
微带天线工作原理
微带天线工作原理微带天线是一种广泛应用于通信系统中的天线结构，它具有结构简单、制作方便、性能可调和工作频段宽等优点，因此在无线通信系统中得到了广泛的应用。
微带天线的工作原理是基于微带线与辐射负载之间的耦合效应，通过合理设计微带线和辐射负载的结构参数，可以实现对天线的频率、阻抗和辐射特性的调节。
本文将从微带天线的基本结构、工作原理和特点等方面进行详细介绍。
1. 微带天线的基本结构。
微带天线的基本结构包括微带线、辐射负载和基底板三部分。
微带线是由金属导体和绝缘基底组成的，其长度和宽度决定了天线的工作频率和阻抗匹配特性。
辐射负载是用来辐射电磁波的部分，通常是一个金属片或贴片，其结构和尺寸对天线的辐射特性有重要影响。
基底板是支撑微带线和辐射负载的部分，通常采用介质常数较小的材料，如陶瓷基板或塑料基板。
2. 微带天线的工作原理。
微带天线的工作原理主要是基于微带线与辐射负载之间的耦合效应。
当微带线上有高频电流通过时，会在微带线和基底板之间产生电磁场，这个电磁场会通过辐射负载辐射出去，从而实现天线的辐射功能。
微带线的长度和宽度决定了天线的工作频率，而辐射负载的结构和尺寸则影响了天线的辐射特性。
通过合理设计微带线和辐射负载的结构参数，可以实现对天线的频率、阻抗和辐射特性的调节。
3. 微带天线的特点。
微带天线具有结构简单、制作方便、性能可调和工作频段宽等特点。
首先，微带天线的制作工艺相对简单，可以采用印制电路板工艺进行批量生产，成本较低。
其次，微带天线的结构参数可以通过调节微带线和辐射负载的尺寸来实现对天线的频率、阻抗和辐射特性的调节，具有较好的可调性。
最后，微带天线的工作频段较宽，可以满足不同频段的通信需求。
总结：微带天线是一种在无线通信系统中广泛应用的天线结构，其工作原理是基于微带线与辐射负载之间的耦合效应。
通过合理设计微带线和辐射负载的结构参数，可以实现对天线的频率、阻抗和辐射特性的调节。
微带天线具有结构简单、制作方便、性能可调和工作频段宽等特点，因此在无线通信系统中得到了广泛的应用。
微带天线课件.共76页文档
谢谢！
76
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪Байду номын сангаас
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
微带天线课件.
1、 舟 遥 遥 以 轻飏， 风飘飘 而吹衣 。 2、 秋 菊 有 佳 色，裛 露掇其 英。 3、 日 月 掷 人 去，有 志不获 骋。 4、 未 言 心 相 醉，不 再接杯 酒。 5、 黄 发 垂 髫 ，并怡 然自乐 。
▪
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1、 舟 遥 遥 以 轻飏， 风飘飘 而吹衣 。 2、 秋 菊 有 佳 色，裛 露掇其 英。 3、 日 月 掷 人 去，有 志不获 骋。 4、 未 言 心 相 醉，不 再接杯 酒。 5、 黄 发 垂 髫 ，并怡 然自乐 。
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
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28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
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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。
《微带贴片天线讲义》课件
提高微带贴片天线的效率可以提 高天线的辐射能力和能量利用率
。
04
PART 04
微带贴片天线的应用
无线通信系统
无线局域网（WLAN）
微带贴片天线广泛应用于无线局域网中，作为接入点（AP）和客户端（如笔记本 电脑和智能手机）的通信天线，实现高速数据传输。
蓝牙通信
蓝牙耳机和蓝牙设备中使用的微带贴片天线，用于无线传输语音和数据信号，方 便用户进行无线连接和通信。
雷达系统
车载雷达
在自动驾驶汽车中，微带贴片天线常 被用作车载雷达系统的发射和接收天 线，用于探测障碍物、车辆和行人的 位置和速度。
气象雷达
气象雷达中的微带贴片天线，能够发 射和接收微波信号，用于监测降雨、 风速、冰雹等气象信息。
卫星通信系统
卫星电视接收
微带贴片天线在卫星电视接收系统中应用广泛，用于接收来自卫星的电视信号，提供高清电视节目。
小型化和宽频带是微带贴片天线面 临的挑战之一，需要研究新型材料 和优化设计方法来实现。
高增益与低交叉极化问题
高增益
为了提高通信质量和距离，需要微带贴片天线具有较 高的增益。
低交叉极化
交叉极化会导致信号质量下降，因此需要微带贴片天 线具有较低的交叉极化。
总结
在提高增益的同时降低交叉极化是微带贴片天线的另 一个挑战，可以通过改进结构和材料来实现。
高效率与低成本问题
高效率
为了减少能量损失，微带贴片天线需要具有较高 的效率。
低成本
在满足性能要求的同时，降低微带贴片天线的制 造成本也是重要的考虑因素。
总结
高效率和低成本是微带贴片天线的第三个挑战， 可以通过优化制造工艺和采用新型材料来实现。
PART 06
【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
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缝隙辐射功率为
定义缝隙两端间有一辐射电导Gr，它所损耗的功 率等于缝的辐射功率：
于是，辐射电导
9.1 微带天线
9.1 微带天线
侧馈矩形微带天线的等效电路
9.1 微带天线
Jackson近似公式
辐射电阻 频带宽度 天线的有效高度
9.1 微带天线
有效口径
9.1 微带天线
微带天线的基本形式
微带天线阵
9.2 微带天线阵
9.3 微带行波天线
微带行波天线
用各种形状的弯曲微带线，在其终端接匹配负载， 则在线上形成行波。
微带天线
微带天线
9.1 微带天线
与普通天线相比，微带的优点： ♣剖面薄，体积小，重量轻，易共形。 ♣适合于用印刷电路技术大量生产，成本低。 ♣易于与有源器件集成，构成有源集成天线。 ♣易于实现圆极化、多频段、双极化等。
与普通天线相比，微带天线的缺点：
♣频带窄（相对带宽一般为1-5%）。 ♣辐射区只限于半个平面。 ♣有导体和介质损耗，并且激励表面波，导致辐 射效率低。 ♣功率容量较小。
单缝的辐射
单缝的等效磁流为
9.1 微带天线
单缝的辐射场为
9.1 微带天线
矩形微带天线的辐射场
以相距d=l的二元阵因子乘以单缝的辐射场，便
可以得到矩形微带天线的辐射场：
由பைடு நூலகம்式可得两个主平面的方向函数：
9.1 微带天线
取w=1cm，l=3.05cm，f=3.1GHz，计算得到的
方向图：
9.1 微带天线
9.1 微带天线
不同的微带天线结构
9.1 微带天线
矩形微带天线的基本结构：
9.1 微带天线
微带天线的辐射原理
9.1 微带天线
两侧边的垂直电场分 量彼此反向，故辐射 相互抵消。 辐射主要由两端边的 水平电场分量贡献。 辐射部分可以等效为 二元的缝隙天线阵。
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交流
九、微带天线
9.1 微带天线
微带辐射器的概念首先是Deschamps在1953年提 出来的。但是，直到二十年后因为加工工艺的进 步，实际的天线才制造出来。 最早的微带天线是Howell和Munson在二十世纪 70年代初期研制成的。 近20年来由于微波集成技术的发展和空间技术对 低剖面天线的迫切需求，促进了微带天线快速发 展。 微带天线的理论和技术日臻成熟，应用非常广泛。