第12讲 微带天线
微带天线——微波技术
一、设计目的通过学习和掌握HFSS软件，加强对相关知识的理解和掌握，提高在射频领域的应用能力。
本设计是基于微带贴片天线基础理论以及熟练掌握HFSS仿真软件基础上，设计一个右手圆极化三角形贴片天线，其工作频率为2.45GHz，分析其远区辐射场特性以及S曲线。
二、设计原理如下图所示，用传输线模分析法介绍它的辐射原理。
设辐射元的长为L，宽为ω，介质基片的厚度为h。
现将辐射元、介质基片和接地板视为一段长为L的微带传输线，在传输线的两端断开形成开路，根据微带传输线的理论，由于基片厚度h<<λ，场沿h方向均匀分布。
在最简单的情况下，场沿宽度ω方向也没有变化，而仅在长度方向（L≈λ/2)有变化。
在开路两端的电场均可以分解为相对于接地板的垂直分量和水平分量，两垂直分量方向相反，水平分量方向相同，因而在垂直于接地板的方向，两水平分量电场所产生的远区场同向叠加，而两垂直分量所产生的场反相相消。
因此，两开路端的水平分量可以等效为无限大平面上同相激励的两个缝隙，缝的电场方向与长边垂直，并沿长边ω均匀分布。
缝的宽度△L≈h，长度为ω，两缝间距为L≈λ/2。
这就是说，微带天线的辐射可以等效为有两个缝隙所组成的二元阵列。
矩形贴片天线示意图三、设计记录1.三角形贴片设计模型2.反射系数曲线3.方向图四、设计总结通过本次微带天线的课程设计，进一步的加深了对于微波技术与天线这门课程的理解，同时也掌握了对于HFSS仿真软件的使用。
在课程设计中可以更好的理解平时所学内容中的抽象的模型，通过和同学间的讨论以及老师的指导更好的完成了课设的要求，提高了动手的能力也增强了同学间的合作能力。
设计中发现，设定的参数为 2.45GHz，但工作位置却在2.42GHz，说明还需要对参数进行一定的改进。
微带线天线研究
微带天线研究摘要通信系统的开展带来了天线行业的勃勃生机，在众多的天线类型中微带天线已成为当前研究的前沿之一，很具有研究前景与实用意义。
特别是微带缝隙天线，以其重量轻、剖面薄、平面结构且易与载体共形，馈电网络可与天线结构一起制成等优点已经引起天线工作者的广泛关注。
本文简要介绍了微带天线和微带缝隙天线的分类、分析方法、主要参数，然后提出了一种三角形缝隙微带天线。
在介质基板的一面一个三角形缝隙，另一面采用一个等腰三角形微带线进行馈电。
通过仿真给出了天线的s参数，VSWR和方向图。
关键词：天线参数，微带天线，微带缝隙天线，三角形缝隙微带天线设计目录一、绪论 (3)1.1 简介 (3)1.2 微带天线的开展 (3)1.3 微带天线的特点 (3)二、微带天线根本知识 (4)2.1 微带天线的辐射机理 (4) (4) (5)2.3.1 输入导纳 (5)2.3.2 辐射电阻和品质因数 (5)2.3.3 带宽 (6)2.3.4 方向性系数、增益和天线效率 (6)2.3.5 方向图 (7)2.4 鼓励方法 (7)2.4.1 微带馈电 (7)2.4.2 同轴线馈电 (8)三、微带缝隙天线 (8)3.1 矩形缝隙天线 (9)3.1.1 输入阻抗 (9)3.1.2 方向图 (11)3.2 环形缝隙天线 (11)3.3 锥形缝隙天线天线 (12)四、三角缝隙宽缝微带天线 (13)4.1 天线设计与性能 (13)4.2 软件仿真 (14)参考文献 (15)一、绪论微带天线〔microstrip antenna〕是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，那么为微带振子天线。
②贴片是一个面积单元时，那么为微带天线。
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，那么构成微带缝隙天线。
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。
《微带天线》天线设计32页PPT
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自ຫໍສະໝຸດ 就会消 灭。— —洛克▪
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
谢谢！
32
60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
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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
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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
05_ADS2012微带天线设计教程
05_ADS2012微带天线设计教程ADS 2012微带天线设计教程1.创建⼀个天线⼯作区，点击，在取个好听点的名字，记得要全英⽂的，⼀个礼拜以后⾃⼰还看得懂的哦，然后直接点下⾯的Finish即可；2.然后界⾯就变成这样了：3.记得现在Option-》Technology->Layer definitions，⾥⾯，点击show other Technology Tabs，⾥⾯设置layout unit为mm。
4.点击中间的，可以⽣成⼀个空⽩的版图⽂件，是这样的：；5.点击上⾯的Opinions‐>Preferences，选择最后⾯对Units/Scale，⾥⾯设置各种量纲单位，把长度单位设置为mm；6.把贴⽚天线画上去，点击右上⽅的，在版图上随便画出⼀个矩形，然后双击这个矩形，可以修改其坐标和长宽，改成：这样就创建了⼀个宽30mm，⾼25mm的矩形天线雏形；你可以尝试修改这些坐标和尺⼨看看有什么变化。
7.我们还需要告诉ADS软件，我们是在怎么样的介质基板上做天线的，在【Options】 > 【Technology】>【 Material definitions】从数据库选择FR_4，并做修改8.天线的材料可以⽤Cu，是在上⾯【 Material definitions】的Conductors ⾥⾯添加的9.打开[EM]->【Simulation Setup】，Substrate 和 Ports 选项后各有⼀个黄⾊的警⽰图标⾥⾯可以看到哪些部分还没做设置，上⾯我们只设置了基板的材料，但是基板⼏何结构参数还没设置，⽐如基板厚度，层数等。
10.选择默认的基板名称Substrate1，这时打开设计窗⼝。
11.这是⼀个默认图层的3D基板View，这个基板有⼀个导电层，⼀个介质层，还有默认的边界条件。
新建基板都是从这⼀步开始的。
查看右侧的信息栏，它告诉你怎样进⾏选择、添加、删除项⽬。
微带天线报告
目录一、微带天线简介 (2)1.1微带天线的概念与分类 (2)1.2微带天线的激励方法 (4)1.3微带天线的工作原理——辐射机理 (5)二、微带天线的分析方法 (8)2.1传输线模型 (8)2.2格林函数法 (10)2.3腔体模型 (11)2.4积分方程法 (11)三、微带天线宽频实现 (12)3.1采用厚介质基片 (12)3.2采用介电常数较小或有耗的介质基片 (12)3.3附加阻抗匹配网络 (12)3.4采用楔形或阶梯形基片 (12)3.5采用非线性基片材料 (13)四、微带天线的多频技术 (13)4.1开槽加载 (13)4.2销钉加载 (14)微带天线摘要：随着社会和经济的发展，通信技术在社会中变得越来越重要，人们的生活也越来越离不开通信。
与此同时，对于接受外来信号的天线的设计也越来越多样化。
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。
本文应老师要求，对微带天线进行简单介绍。
关键字：分类激励工作原理分析方法宽频多频内容：一、微带天线简介1.1微带天线的概念与分类概念：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。
分类：微带天线的特征之一就是相对于普通的微波天线有更多的物理参数，可以有任意的几何形状和尺寸。
微带天线可以分为三种基本类型:微带行波天线、微带缝隙天线和微带贴片天线。
Ⅰ、微带行波天线微带行波天线由基片、在基片一面上的链形周期结构或普通的长TEM波传输线(也维持一个TE模)和基片另一面上的接地板组成。
第六章-微带天线
郭景丽 邹艳林
第六章 微带天线
微带辐射器的概念首先由 Deschamps 于 1953 年提出来。但是，过了 20 年， 到了 20 世纪 70 年代初，当较好的理论模型以及对敷铜或敷金的介质基片的光刻 技术发展之后，实际的微带天线才制造出来，此后这种新型的天线得到长足的发 展。
微带天线可以分为三种基本 类型：微带贴片天线、微带行波天 线和微带缝隙天线。微带行波天线 （MTA）是由基片、在基片一面 上的链形周期结构或普通的长 TEM 波传输线（也维持一个 TE 模）和基片另一面上的地板组成。 TEM 波传输线的末端接匹配负 载，当天线上维持行波时，可从天 线结构设计上使主波束位于从边 射到端射的任意方向。
−h / 2 m
(6-1-3) (6-1-4)
将上式转化到球坐标系下应为：
∫ ∫ r
F
=
(−rˆ cosϕ
+ θˆ sinθ
)
1
4πr
W2 −W 2
J e dzdx h / 2
− jk (r − x sin θ cosϕ + z cosθ )
−h / 2 m
(6-1-5)
设磁流沿
x
和
z
的分布都是均匀的，则由
sin
θ
cosϕ ⎟⎞ sinθ ⎠
(6-1-8)
2
2
当介质厚度非常小时 kh << 1，上式可化简为：
Ev
= ϕˆ
jUkW
e − jkr πr
sin( kW cosθ 2
kW cosθ
)
cos⎜⎛ ⎝
1 2
kL
sin
θ
cosϕ ⎟⎞ sinθ ⎠
微带天线CAD1
微带天线CAD1微带天线CAD(1)⼀、微波传输线与微带天线§1.1 微波传输线传输线：同轴线(双导线)，波导，微带线天线：线天线喇叭天线微带天线所谓的传输线是传播微波能量的，天线是⽤来辐射能量的。
只要能传播微波能量，就能设计成专业的天线⽤来辐射能量！天线所辐射的能量就是来⾃于传输线，因此，将微波传输线的形状改变就能够设计成为天线！也正因为如此，每种传输线都对应于⼀系列的天线形式。
例如：⽤双导线和同轴线设计的线天线；⽤波导设计的喇叭天线以及抛物⾯天线；⽤微带线设计的微带天线，等等。
这⾥我们主要讲述微带天线的CAD。
§1.2 微带传输线微带线由⼀条宽度为w的导体带和背⾯有导体接地板的介质基⽚构成(如图1—1所⽰)。
导体带宽度为t，介质基⽚厚度为h，相对介电常数为rε。
ε=1 表⽰的是什么？空⽓介质！近年来，以空⽓为介质的微带天线在基r站天线中得到了⼴泛的应⽤，例如：西安华天。
微带线是⼀种开放线路，因此它的电磁场可⽆限延伸。
这样，微带线的场空间由两个不同介电常数的区域（由空⽓和介质)构成。
我们知道，只有填充均匀媒质的传输线才能传输单⼀的纯横向场——TEM 模。
现在由于空⽓—介质分界⽽的存在，使微带中的传输模是具有电场和磁场所有三个分量(包括纵向分量)的混合模。
不过，当频率较⾼，微带宽度w 和⾼度h 与波长可相⽐拟时，微带中可能出现波导型横向谐振模。
其最低模TEl0的截⽌波长为：(1-1)04h 是计⼊边缘效应后的等效宽度的延伸量。
（a ）(b)图1—1 微带传输线最低次TM 模（TM01）的截⽌波长为：（1-2）此外，微带线中还存在表⾯波。
最低次TM 型表⾯波（TM 0)的截⽌波长为∞，即其截⽌频率没有下限。
最低次TE 型表⾯波TE 0的截⽌波长：（1-3）上述波导模和表⾯波模称为微带的⾼次模。
为抑制⾼次模的出现，微带尺⼨的选择需满⾜如下条件：亦即对应于最⾼的⼯作频率。
（为什么要抑制微带中的⾼次模？作业⼀）微带传输线传输的是准TEM 模，其有两个主要持性参数：特性阻抗（characteristic impedance ）Z 0和沿线传输相速（亦即电磁波在介质中的传播速度）p v 或有效介电常数(effective dielectric constant )re ε。
2_4GHz_12GHz微带天线的设计_基于HFSS9_2软件微带天线的设计
第16卷 增刊3 广西工学院学报 V ol.16 Sup3 2005年10月 JO U RN A L OF GU AN G XI U N IV ERSIT Y OF T ECHNO L OG Y Oct.2005文章编号:1004-6410(2005)S3-0077-032.4GHz/12GHz微带天线的设计——基于HFSS9.2软件微带天线的设计电子信息工程 013班 20000202 任 伟指导教师:曾文波摘 要:本文研究的是微带天线的设计。
A N SOF T HFSS9.2的使用是本设计研究的重点,它适用于射频/无线通信天线及其他任意形状三维电磁场仿真。
A N SOF T HFSS9.2是业界公认的三维电磁场标准仿真软件包,它提供了简洁直观的用户设计界面、精确自适应的场求解器,拥有空前电性能分析能力的功能强大后处理器,能计算任意形状三维无源结构的S参数和全波电磁场。
本设计通过对A N SOF T HFSS9.2的学习,设计出了几款2.4G Hz/12GHz中心频率上的微带天线。
仿真结果表明,这几款设计出来的微带天线有较好的辐射特性和阻抗特性,能适用于无线局域网、G PS、RFI D等无线通信场合。
关 键 词:微带天线;HFSS9.2;仿真Abstract:This paper studies the design of micro strip antennas.The emphasis of study is how to use the softwar e of ANSOFT HFSS9.2and3D electromag netic sim ulator w hich is used in RF/ w ireless com munication antennas,packag es and photoelectron designs.ANSOFT HFSS9.2is a w ell-know n standard3D electro magnetic simulato r.It prov ides a simple designing inter face and an accurate sell-adapted field so lver,w hich also has a po werful backup pro cessor for unique electricity analysis.It can compute the S-parameters and full-w av e electromag netic of various structures.Sev eral microstrip antennas are designed at the center frequency about2.4GHz or12GHz by lear ning ANSOFT HFSS9.2.T he sim ulation result indicates that the micr ostrip antennas desig ns hav e g ood r adiation characteristics and im pedance characteristics,w hich can be used in w ir eless LAN,GPS and RFID sy stem.Key words:microstr ip antenna;HFSS9.2;simulate一、HFSS9.2功能及使用简介HFSS——High Frequency Structure Simulato r。
《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