试述介质覆层对圆柱共形微带天线性能的影响
微带天线工作原理
微带天线工作原理
微带天线是一种新型的天线结构，由金属片和介质基板组成。
它的工作原理基于电磁波在金属片和介质基板之间的传播和耦合。
在微带天线中，金属片是天线的辐射元件，它可以是一块导电材料，例如铜片或铝片，形状可以是矩形、圆形或其他形状。
介质基板则是承载金属片的结构，通常由低介电常数的材料制成，例如 FR4 玻璃纤维复合材料。
当电磁波经过微带天线时，它首先与金属片相互作用。
金属片的导电性使得电磁波的能量被吸收，并在金属上产生电流。
这个电流产生的磁场将能量传递到介质基板上，并经过耦合效应进一步传播。
在介质基板中，电磁波会以两种不同的方式传播：表面波模式和耦合模式。
表面波模式是指电磁波沿着金属片和介质基板的表面传播，形成一条沿着金属边缘的电磁波路径。
耦合模式是指电磁波通过介质基板内部的微带传播，与金属片的电流产生进一步耦合效应。
通过控制微带天线的几何形状、基板材料和工作频率，可以调节微带天线的辐射特性。
例如，改变金属片的长度和宽度可以调节天线的频率响应，改变基板的厚度可以调节天线的辐射阻抗。
此外，可以通过添加补偿结构或使用补偿网络来实现天线的宽频工作。
总之，微带天线的工作原理基于电磁波在金属片和介质基板之间的传播和耦合效应。
通过优化微带天线的结构参数，可以实现对天线的频率响应和辐射特性的调节，满足不同应用的需求。
圆形微带天线毕设论文讲解
大连海事大学毕业论文二O—三年六月圆形微带天线的仿真设计专业班级：通信工程1班姓名：徐睿指导教师：王钟葆信息科学技术学院摘要微带天线以其体积小、重量轻且容易实现多频段的特点，越来越得到广泛应用，但其带宽较窄，限制了其发展，因此展宽微带天线的带宽具有十分重要的意义。
为了拓宽阻抗带宽，本文通过HFSS仿真软件，对圆形微带天线进行建模研究。
天线采用聚四氟乙烯和空气两层介质，通过同轴探针顶部加载圆形金属电容片来对辐射贴片进行耦合馈电，由此补偿探针引起的电感，调整圆形贴片尺寸、金属电容片尺寸和馈电点位置，来达到谐振点。
并且分析了不同厚度空气层介质对微带天线带宽的影响，分析其规律，最终使天线带宽达到最大。
本文中建模仿真的工作频率为2.45GHz分析结果表明最终得到带宽达到24%远超过一般微带天线的2%-5%。
关键字：宽频带；圆形微带天线；电容馈电ABSTRACTMicrostrip antenna is getting widely used because of the characteristics of small volume, light weight, and easily achieving multi-band operation. But the narrow bandwidth totally limited its development, improving the bandwidth of the microstrip antenna has much vital significance.In order to broaden the impedance bandwidth, a study on the circular microstrip antenna based on the HFSS simulation software is performed in this paper. The antenna consists of two layer medium, which are the PTFE and the air, feeding the radiation patch by adding a circular metal capactive patch to the top of coaxial probe, so this could cancel out the inductance caused by probe. By adjusting the size of the radiation patch and capacitive patch, and the position of the feed point, the resonance point can be achieved. The analysis of the effect of different thickness of the air layer on the bandwidth of microstrip antenna is performed to find the maximum bandwidth.The operation frequency of the designed antenna in this paper is 2.45GHz, the results show that the bandwidth of 24%, far more than 5% of the traditional microstrip antenna.Keywords：Broadband; Circular microstrip antenna; Capactive fed目录第1章绪论 (1)1.1 概述 (1)1.1.1 国内外研究动态 (2)1.1.2.研究目的和意义 (2)1.2 本章小结 (2)第2章微带天线的基本理论 (3)2.1 概述 (3)2.2 微带天线的分析方法 (3)2.2.1 传输线法 (4)2.2.2 空腔模型 (5)2.2.3 其它方法 (6)2.3 微带天线的馈电方法 (6)2.3.1 微带线馈电 (6)2.3.2 同轴线馈电 (6)2.3.3 电磁耦合馈电 (7)2.4 微带天线频带展宽的方法 (7)2.4.1 采用厚基板 (7)2.4.2采用相对介电常数较小或损耗角正切较大的基板 (7)2.4.3 附加阻抗匹配网络 (8)2.4.4 采用楔形或阶梯形签板 (8)2.4.5 采用非线性基板材料 (8)2.4.6 采用非线性调整元件 (8)2.4.7采用在贴片或接地板“开窗”的办法 (9)2.5 空气介质对天线影响 (9)2.6 本章小结 (9)第3章软件模型构建 (11)3.1 HFSS 简介 (11)3.2 模型建立 (11)3.2.1 分步建模 (11)3.2.2 模型效果图 (13)3.3 分析设置 (14)3.4 本章小结 (15)第 4 章 (16)4.1 微带天线的理论分析 (16)4.2 仿真分析 (16)4.2.1. S 参数图 (16)4.2.2 Z 参数图 (18)4.2.3 电压驻波比和方向图 (19)4.3 比较不同空气层厚度 (21)4.3.1 空气层厚度8mm (21)4.3.2 空气层厚度10mm (23)4.3.3 空气层厚度12mm (25)4.3.4 比较分析 (27)4.4 本章小结 (28)结论 (29)参考文献 (30)致谢 (32)圆形微带天线的仿真设计第1章绪论1.1概述微带天线是20世纪70年代出现的一种新型天线形式。
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。
PCB材料对微带线和接地共面波导电路有着怎样的影响
PCB材料对微带线和接地共面波导电路有着怎样的影响在为某一电路设计选择最优PCB材料时，高频电路设计者通常需考虑电路的性能变化、物理尺寸和功率高低。
不同传输线技术的选择会影响电路设计的最终性能，如使用微带线或是接地共面波导（GCPW）。
大部分设计者都了解高频微带线和带状线的明显区别，但接地共面波导与传统微带线有很多的不同。
接地共面波导能为高频电路设计者的设计带来了许多好处和便利。
选择不同电路时，了解不同PCB材料对微带线和接地共面波导电路的影响对设计是非常有帮助的。
下图中可以看到两种电路的不同结构。
图1：同种结构对比图我们可以看到：微带线电路的结构是信号导体线加工在介质层的顶部，接地导体面在介质层的底部。
而接地共面波导结构中，除了介质层底部有的接地平面外，在介质层顶部，增加了额外的两个地平面并使信号导体处于这两个地平面中，且相互间隔。
通过金属填充过孔使顶部和底部的接地平面相连接实现了一致的接地性能。
此外，为保证如接合处等电路不连续处的一致性，许多接地共面波导电路通过接地母线来实现两顶层接地导体间的电气连接。
两种传输线技术的不同之处在于：接地共面波导中，顶层接地导体和信号导体之间的小间距可以实现电路的低阻抗，且通过调节该间距可以改变电路的阻抗。
接地导体和信号导体的间距增大，阻抗也会增大。
当接地共面波导的顶层接地导体和信号导体的间距增大时，接地导体对电路的影响会降低。
当间距足够大时，接地共面波导电路就类似于微带线电路了。
为什么某种传输线比其他传输线技术有优势呢？很明显，相比于接地共面波导，微带线结构简单，这更加便于加工和电脑建模。
微带线和带状线是微波波段最常用的传输线技术，但在毫米波频段时，微带线和带状线电路的损耗将增加。
这使得这两种传输线技术在30GHz及以上频段的工作效率降低。
但接地共面波导则具有牢固的接地结构，在高频频段具备更低的损耗。
这为毫米波频段甚至100GHz及以上频段的设计提供了潜在的优势和稳。
圆柱共形全向微带缝隙天线阵的设计
圆柱共形全向微带缝隙天线阵的设计今天，随着技术的发展，比如电脑科学、通信技术、无线网络等等，天线阵（Antenna Array）的应用也越来越广泛。
在科学研究和工程应用中，圆柱共形全向微带缝隙天线阵（Cylindrical Conformal Omnidirectional Microstrip Gap Antenna Array）是一种重要的应用。
本文针对该类天线阵，将介绍其构成、建模及其设计。
一、圆柱共形全向微带缝隙天线阵的构成圆柱共形全向微带缝隙天线阵是由多个微带缝隙天线（microstrip gap antenna）构成的一种新型全向天线阵。
它的特点是天线元件的排列成圆柱形，从而能够兼容多个方向的信号。
其原理是由多个微带缝隙天线元件组成，每个元件可以实现圆柱全向特性，在全向垂直极化方向可以得到均匀的匹配。
圆柱共形全向微带缝隙天线阵主要由多个微带缝隙天线和驱动源组成。
其中，微带缝隙天线是由传输线和谐振器构成的元件，传输线可以理解为一种金属线路，把射频信号通过介质传播到元件的另一端，而谐振器是一种振子，它的作用是增加元件对特定波长信号的响应度。
除了传输线和谐振器外，天线阵中还有一个驱动源，它的作用是把信号的能量传送给天线阵中的每个元件，从而使天线阵能够发射信号。
二、圆柱共形全向微带缝隙天线阵的建模圆柱共形全向微带缝隙天线阵的复杂性高，因此建模是比较关键也是比较复杂的步骤。
其建模主要依据天线阵中每个元件的放射状况和传播性能进行，同时也还考虑其传输线、谐振器、驱动源等元件的参数、尺寸及位置等其他因素。
在建模过程中，一般以3D有限元法（Three-dimensional Finite Element Method，FEM）为主，实现天线阵的参数建模和仿真。
根据建模和仿真结果，可以确定天线阵的形状和尺寸，以及其他部件的方位和参数等信息。
三、圆柱共形全向微带缝隙天线阵的设计圆柱共形全向微带缝隙天线阵的设计是一个相对复杂的过程，需要综合考虑其原理、建模和仿真的结果等多个方面的信息。
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。
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。
折叠贴片结构设计对微带天线性能的影响
第２５卷第３期２０２０年６月 新 余 学 院 学 报ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＸＩＮＹＵ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＶｏｌ．２５，ＮＯ．３Ｊｕｎ．２０２０折叠贴片结构设计对微带天线性能的影响●牛凤文（安徽职业技术学院， 安徽 合肥 ２３００１１櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆）摘 要：研究了微带天线中折叠贴片位置、折叠贴片长度和介质基板对微带天线性能的影响。
结果表明，向内双折叠凹陷型介质基板可以在实现微带天线小型化（三维体积和贴片宽度不增加）和介质基板不变的前提下，将微带天线的谐振频率和微带天线谐振点的最大增益进一步增加至２．６２ＧＨｚ和３ ８４ｄＢ，反射系数低于－１０ｄＢ的相对带宽也增加至３．００％。
这种介质基板设计可以在实现微带天线小型化的同时提升其反射性能和增益，在实际生产过程中可以加以应用。
关键词：微带天线；折叠贴片；介质板；设计；性能中图分类号：ＴＮ８２２．８；ＴＪ４３０．３ 文献标识码：Ａ 文章编号：２０９５－３０５４（２０２０）櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆０３－００２４－０６收稿日期：２０２０－０２－２７作者简介：牛凤文（１９８４－），女，河南焦作人，讲师，硕士。
微带天线是利用微带线或同轴探针对贴片馈电构成的天线，它是在薄介质基片上的两面分别附上金属薄层作为接地板和采用光刻腐蚀方法制成的具有一定形状的金属贴片［１］。
微带天线在互联网、无线通信等领域都有较为广泛的应用，这主要与其体积小、剖面低、制造工艺简单以及较容易实现与集成电路的集成等特性有关［２］。
近年来，主要运营商和科研工作者在微带天线领域已经做了大量工作，且已经形成了曲流技术、折叠技术和加载技术等小型化技术［３］，但是关于折叠技术的各项参数对微带天线性能特性方面的报道相对较少［４］，且具体的影响规律及作用机理仍然不清楚［５］。
具有介质覆盖层的微带贴片天线方向性研究
第３２卷 第１Ｏ期 ２０１０年１Ｏ月 系统工程与电子技术
Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｖｏ１．３２ ＮＯ．１０
Ｏｃｔｏｂｅｒ ２０１０
文章编号：１００１—５０６Ｘ（２０１０）１０—２１２４—０４
具有介质覆盖层的微带贴片天线方向性研究 李彦霏，逯贵祯 （中国传媒大学信息工程学院通信工程系，北京１０００２４）
摘 要：对增加放置在法布里一珀罗谐振腔内的微带贴片天线方向性系数进行了系统的研究。仿真表明，采 用介质覆盖层后天线的方向性增加了近１１ ｄＢ。在此基础上，分析了天线电场分布，提出了在覆盖层的不同位置 采用不同的介电常数能够使相位分布曲线更加均匀的理论，从而使方向性又增加１ ｄＢ。分析并给出了采用平面 的介质覆盖层（ｄｉｅｌｅｃｔｉｒｃ ｓｕｐｅｒｓｔｒａｔａ，ＤＳ）和渐变介电常数覆盖层的贴片天线方向性系数的仿真结果，并分析了天 线口面的辐射效率。 关键词：微带贴片天线；法布里一珀罗谐振腔；方向性；介质覆盖层；渐变介电常数 中图分类号：ＴＮ ８２２ 文献标志码：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－５０６Ｘ．２０１０．１０．２３
Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｄｉｒｅｃｔｉｖｉｔｙ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｍｉｃｒｏ—ｐａｔｃｈ ａｎｔｅｎｎａ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｓｕｐｅｒｓｔｒａｔａ
ＬＩ Ｙａｎ—ｆｅｉ．ＬＵ Ｇｕｉ—ｚｈｅｎ （Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｃｈｏｏｌ，Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｕｎｉｖ．ｏｆ Ｃｈｉｎａ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １ ０００２４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｅｎｈａｎｃｉｎｇ ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ ｐａｔｃｈ ａｎｔｅｎｎａｓ （ＭＰＡ）ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ｉｎ ｗｈｉｃｈ ＭＰＡ ｉｓ ｕｓｅｄ ａｓ ａｎ ｅｘｃｉｔｅｒ ｏｆ ａ Ｆａｂｒｙ—Ｐｅｒｏｔ（ＦＰ）ｒｅｓｏｎａｎｔ ｃａｖｉｔｙ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ａｆｔｅｒ ｕｓｉｎｇ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｓｕｐｅｒｓｔｒａｔａ ａｓ ｃｏｖｅｒｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ＭＰＡ，ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔｉｖｉｔｙ ｃａｎ ｂｅ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｂｙ ａｌｍｏｓｔ １ １ ｄＢ ｏｖｅｒ ｔｈａｔ ｏｎｅ ｗｉｔｈｏｕｔ ｔｈｅ ｓｕｐｅｒｓｔｒａｔａ，ａｎｄ ｄｉｒｅｃｔｉｖｉｔｙ ｃａｎ ｂｅ ｆｕｒｔｈｅｒ ｅｎｈａｎｃｅｄ １ ｄＢ ｕｓｉｎｇ ｇｒａｄｅｄ ｓｕｐｅｒｓｔｒａｔａ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈａｔ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｕｎｉｆｏｒｍ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｓｕｐｅｒｓｔｒａｔａ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ａｐｅｒｔｕｒｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｐｅｒｓｔｒａｔａ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ ｐａｔｃｈ ａｎｔｅｎｎａ（ＭＰＡ）；Ｆａｂｒｙ－Ｐｅｒｏｔ ｃａｖｉｔｙ；ｄｉｒｅｃｔｉｖｉｔｙ；ｄｉｅｌｅｃｔｉｒｃ ｓｕｐｅｒｓｔｒａｔｅ；ｇｒａ— ｄｅｄ—ｊｎｄｅｘ ｄｉｅ】ｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ
微带天线的报告
微带天线的报告微带天线的综述卢宁摘要：移动通信技术的迅速发展和应⽤，有⼒地推动了现代通信天线向⼩型化、多功能(多频段、多极化和多⽤途)的⽅向发展，设计⼩型化多功能天线已成为当前天线界研究的重点。
微带天线以其体积⼩，重量轻，低剖⾯，能与载体共形，易于制造，成本低，易于与有源器件和电路集成为单⼀的模件，便于实现圆极化、双极化和双频段等优点得到⽇益⼴泛的关注和应⽤。
本⽂详细介绍了关于微带天线的基础知识。
1 微带天线的辐射机理微带天线的辐射是由微带天线导体边沿和地板之间的边缘场产⽣的。
以图1.1所⽰的矩形微带贴⽚天线为例，可以简单说明其辐射机理。
图1.1 微带天线辐射机理⽰意图矩形微带贴⽚天线由介质基⽚、在基⽚上⾯的矩形导电贴⽚(辐射器)和基⽚下⾯的接地板构成。
假定电场沿微带贴⽚的宽度与厚度⽅向没有变化，则辐射贴⽚上的电场仅沿贴⽚长度(λ/2)⽅向变化。
辐射基本上是由贴⽚开路边沿的边缘场引起的。
在两端的场相对于地板可以分解为法向分量和切向分量，因为贴⽚长为λ/2，所以，法向分量反相，由它们产⽣的远场区在正⾯⽅向上互相抵消。
平⾏于地板的切向分量同相，因此，合成场增强，从⽽使垂直于结构表⾯的⽅向上辐射场最强。
所以，贴⽚可表⽰为相距λ/2、同相激励并向接地板以上半空间辐射的两个缝隙。
微带天线的辐射场是由各种假定的电流及其沿天线结构的分布得来的。
为了求解微带天线辐射场中的远场值(⽅向图等)，必须知道贴⽚表⾯精确的电流分布。
如果介质材料各向同性、均匀且⽆损耗，微带导体和地板导体的电导率为⽆限⼤，则⾯电流和⾯磁流可以分别⽤切向电场和切向磁场表⽰为:式中:?n-----⾯法向单位⽮量图1.2就是微带天线辐射边沿的场态和电流密度分布(侧⾯图)。
由图中可以清晰地看出，微带天线的向外辐射是由边缘缝隙实现的。
实际应⽤中，为简单起见，可以认为贴⽚单元上、下表⾯的⾯电流和⾯磁流相同。
然后，就可以使⽤位函数由⾯电流和⾯磁流求解辐射场。
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试述介质覆层对圆柱共形微带天线性能的影
响
作者：吴峻岩 马成睿 陶琴
来源：《科学与信息化》2018年第25期
摘 要 天线工作受到多个因素影响，这些因素有可能影响天线的使用价值，合理加以控
制、应用也能发挥积极作用。基于此，本文以介质覆层对圆柱共形微带天线性能的基本影响作
为分析的切入点，论述其影响谐振频率、降低阻抗带宽等情况，再以此为基础，通过模拟实验
对上述理论进行证明，以期通过分析明晰理论，为后续圆柱共形微带天线的应用提供参考。
关键词 介质覆层；微带天线；谐振频率；阻抗带宽
前言
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。圆柱共形微带天线是微带天线的一种，其性能与常规微带天线相似，介质覆层的存在会影
响圆柱共形微带天线的性能，这种影响利弊共存，进行针对性的研究十分必要。
1 介质覆层对圆柱共形微带天线性能的基本影响
1.1 影响谐振频率
在此前学者的研究中，介质覆层会影响圆柱共形微带天线的谐振频率，这种影响带有一定
的变化性特征，包括介质覆层的厚度，信号收发方向等。美国科学家柯林斯（Micheal
Collins）首次在研究中获取了较为精准的信息，柯林斯选取了同等级别的圆柱共形微带天线进
行了400多次试验，从结果上看，在不考虑其他破坏因素的情况下，介质覆层使圆柱共形微带
天线的谐振频率由2.95GHz下降到2.84GHz，柯林斯的研究还提出了介质覆层厚度可能对圆柱
共形微带天线谐振频率产生影响，该理论在后续工作中也得到了证实[1]。
1.2 降低阻抗带宽
阻抗带宽也即通常所用说工作带宽，包括圆柱共形微带天线在内，所有信号收发设备都是
在固定带宽内进行工作的，工作范围越大的天线其阻抗带宽也越大，反之则越小。在此前，德
国科学家卡佩拉（Capela）的研究中，介质覆层会影响圆柱共形微带天线的阻抗带宽，这种影
响不受工作时间、信号强度的限制，但会受到电磁场和同类信号的干扰而出现非典型必要。卡
佩拉在实验中选取同等强度的信号进行模拟，结果上看，无论信号出现何种变化、工作时间长
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短如何，介质覆层都降低了圆柱共形微带天线的阻抗带宽，天线加载介质层前VSWR≤2的阻
抗带宽为1.08%，加载介质层后VSWR≤2的阻抗带宽为0.7%，变化明显[2]。
2 模拟实验
2.1 实验观察指标
本次实验依靠计算机进行，通过参数代入法进行仿真模拟，所用圆柱共形微带天线的基本
参数为：a0=50mm，h=0.795mm，ε1=2.32ε0，μ1=μ0，d0=15mm，2a1φ0=40mm，馈电点为
φs=0°，zs=5mm，介质层为熔融石英陶瓷。观察指标为谐振频率和阻抗带宽的变化，为获取较
为精准的数据，实验反复进行60次，取数据的平均数作为实验结果，并通过方差（X2）进行
检查，了解误差控制情况，进一步提升工作数据的可信度。实验的变量包括信号强度、收发的
角度和介质覆层的厚度三个方面。
2.2 实验过程与结果
实验共分为3组，第一组实验取固定的信号强度和收发角度，不断调整介质覆层的厚度，
反复进行20次，收集谐振频率和阻抗带宽的变化情况，进行记录并求取平均值、计算方差。
第二组实验取固定的信号强度、介质覆层的厚度，不断调整收发的角度，反复进行20次，收
集谐振频率和阻抗带宽的变化情况，进行记录并求取平均值、计算方差。第三组实验取固定的
收发角度和介质覆层厚度，不断调整信号强度，反复进行20次，收集谐振频率和阻抗带宽的
变化情况，进行记录并求取平均值、计算方差。实验所获数据结果如表1所示。
从结果上看，圆柱共形微带天线性能受到介质覆层的影响明显，谐振频率平均下降
1.12GHz（第1组）、1.13GHz（第2组）、1.11GHz（第3组），60次实验方差分别为0.004
（第1组）、0.007（第2组）、0.009（第3组），这表明实验误差控制理想。同时阻抗带宽
平均下降1.654%（第1组）、1.585%（第2组）、1.659%（第3组），方差分别为0.008（第
1组）、0.007（第2组）、0.005（第3组），这表明实验误差控制理想，结果科学可信。
2.3 实验分析
对实验结果进行分析，可以发现介质覆层对圆柱共形微带天线性能的影响体现在两个方
面，即降低了谐振频率和阻抗带宽，这两个影响带有一定的变化规律。实验中，研究人员尝试
调整了介质覆层的厚度，结果上看，当介质覆层的厚度逐渐增加时，圆柱共形微带天线的谐振
频率、阻抗带宽出现了进一步下降的情况，这意味着在后续工作中可以适当调整圆柱共形微带
天线的介质覆层厚度，将其限定在某一个固定的频段内，有效的接受该频段内的信息内容，避
免其他信息的干扰，提升工作效率。
3 结束语
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综上，介质覆层对圆柱共形微带天线性能的影响较为明显，主要体现在两个方面，即影响
谐振频率、降低阻抗带宽，这种影响还受到一些非典型因素的影响，但从权重的角度分析，影
响程度并不高。通过模拟实验证明了介质覆层对圆柱共形微带天线性能的影响，也为后续工作
提供了一定思路，可以适当增加介质覆层厚度，控制圆柱共形微带天线的工作范围。
参考文献
[1] 田畅，李思敏，曹卫平.新型磁负材料结构在微带阵列天线互耦抑制中的应用[J].无线电
工程，2018，48（07）：579-583.
[2] 周婷婷，何怡刚，张楠，等.一种声表面波传感器的Minkowski分形微带天线[J].传感器
与微系统，2018，37（06）：66-68.