微带天线的小型化技术研究

UHF频段RFID天线的小型化设计与分析一、综述随着无线通信技术的飞速发展，RFID（无线射频识别）技术已广泛应用于各个行业，从物流追踪、库存管理到门禁系统等。

特别是在UHF（超高频）频段，RFID系统的读写距离和读取速度得到了显著的提升，使其成为物联网领域备受关注的通信技术之一。

RFID系统主要由RFID阅读器（读写器）和RFID标签（电子标签）组成。

在UHF 频段，RFID阅读器和标签之间的能量传输主要依赖于天线。

传统RFID 天线由于尺寸大、损耗大等问题，在实际应用中逐渐暴露出性能不足的问题。

对UHF频段RFID天线进行小型化设计与分析显得至关重要。

天线的工作原理与性能参数：首先介绍RFID天线的基本工作原理，以及影响其性能的主要参数，如增益、驻波比、效率等。

小型化设计方案：探讨在UHF频段实现RFID天线小型化的各种途径，包括采用截断正方形贴片天线的SRR负载的超材料、开槽环谐振天线、截断正六边形贴片天线等。

同时将几种方案应用于实际中评估性能。

性能分析: 讨论在上述小型化方案中，如何优化设计以提高天线的性能，如提高方向性、减少互扰、降低损耗等，并分析这些方法在实际应用中的优势和局限性。

仿真实验与实际测试：通过使用电磁场仿真软件对小型化RFID天线进行初步设计估计，然后通过实际制作和测试对比实验数据，来验证改进方案的有效性和可行性。

_______技术简介RFID（Radio Frequency Identification，射频识别）技术是一种基于无线射频通信的非接触式识别技术。

它通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需建立机械或光学接触。

RFID系统通常由标签（Tag）、读取器（Reader）和后端管理系统组成。

在RFID应用中，当标签进入阅读器的射频场范围内时，标签会自动激活并与读取器进行通信。

标签内包含了可编程的存储器和天线，用于存储信息、识别码以及接受命令。

读取器发送的无线电波能量会激发标签内的电路，使其能够传输存储在其中的唯一识别信息。

基于微波技术中——小型微带天线的应用综述摘要：在无线通信系统中，天线是一个不可或缺的组件，它能有效辐射和接收自由空间的电磁波。

在发射系统中，天线将发射机送来的高频电流变换为自由空间的电磁波，而在接收系统中天线则可将自由空间传来的电磁波转变为电流信号传送给接收机。

因此，作为无线通信系统的重要前端器件，天线性能的好坏将直接影响到整个系统的通信质量。

本文主要针对小型化、高集成度微带天线的研究现状和发展作了简单的综述，并对微带天线在日后生活中的应用提出了展望和希冀。

关键词：无线通信微带天线小型化高集成度一．研究背景及意义随着无线通信技术的迅猛发展，日趋小型化和高度集成化的无线通信系统要求通信设备具有多功能、小体积、高速率的特点，以往传统的通信设备的性能已经达不到系统的要求。

为适应无线通信系统的发展，通信设备必须向小型化、多功能的方向发展，而终端天线的体积成为通信设备体积缩减的“瓶颈”。

并且减小天线的尺寸又会影响到天线的带宽、增益等特性，如何设计出在天线尺寸减小的同时又能兼顾其他性能指标的小型多功能天线是一项极其富有挑战性的工作。

微带天线介质基片的厚度往往远小于波长，因此它本身就实现了一维小型化，属于电小天线。

与普通的微波天线相比，微带天线的剖面薄，体积小，重量轻；并且具有平面结构，可以制成和导弹、卫星等载体表面共形的结构；同时它的馈电网络可以和天线结构一起制成，便于印刷电路技术大批量生产；另外它能与有源器件和电路集成为单一的模件；而且便于获得线极化、圆极化，易实现双极化、多频段等多功能工作。

微带天线的上述优点使其得到了广泛的应用。

在军事方面的应用有卫星通信、导弹遥测、火箭、雷达等；在民用方面蓝牙(Bluetooth)、无线局域网(WLAN)、短距离无线网络(Zigbee)、超宽带通信(UWB)等诸多无线通信系统也都有微带天线的应用。

伴随微波集成技术的发展和各种微波高性能介质材料的不断出现，小型化微带天线设计已成为现阶段无线通信领域研究的热点。

微带天线的小型化技术作者：覃凤来源：《电子技术与软件工程》2017年第05期摘要微带天线因其体积小、重量轻、易加工等优点而备受国内外学者关注。

随着信息社会的发展，移动终端的便携化已成必然趋势，对终端天线的小型化需求也更加迫切。

因此，小型化微带天线的研究对减小无线通信设备的体积意义重大。

本文对近年来国内外关于小型化微带天线的主要研究成果作了总结，分析了实现微带天线小型化的主要方法。

【关键词】微带天线小型化发展现状研究方法天线作为无线通信终端设备中非常重要的前端部件，其性能直接影响整个通信系统的质量。

而随着自动化技术的进步，已成功将高精度天线跟踪系统与变频器调速结合应用于卫星通信中。

另一方面，随着电路集成度的不断提高，无线通信设备终端天线的小型化已成为必然趋势；同时，自第一批微带天线被研制以来，其在理论和实际应用方面都有了极大的发展。

因此，微带天线的小型化研究对减小无线通信设备的体积有非常重要的意义。

本文对近年来国内外关于小型化微带天线的主要研究成果进行了总结，分析了实现微带天线小型化的主要方法。

1 小型化微带天线的研究现状天线小型化的实质在于采用更小尺寸的天线收发电磁波，从而节省天线所占面积。

常用的小型化技术有使用加载、分形结构，采用新型材料或结构、增加介电常数等。

1.1 使用加载使用加载，即在天线的辐射单元上加入额外元件以改变辐射单元上的电流分布。

如Richard H. Chen等人通过在天线的半波槽中加载一对C形环的方法实现天线的小型化。

通过加载，天线的谐振频率显著降低，尺寸缩减约50%。

但随着小型化程度的加深，天线增益会随之变差，这对于要求高增益、宽频带天线的应用是极为不利的。

1.2 应用分形结构分形结构的空间填充性使得在不增加天线尺寸的同时增长电流路径、减小谐振频率，实现天线的小型化。

目前，多种分形结构已被广泛用于设计小型化微带天线。

如文献[3]采用Minkowski分形结构，有效降低了天线的谐振频率，使天线尺寸减小了约33.6%。

电子科技微带天线小型化技术上海大学通信与信息工程学院(上海200072)　薛睿峰　钟顺时 摘　要　随着科学技术的飞速进步和应用需求的无限扩展,微带天线小型化成为当前国内外研究热点。

文章概述了微带天线小型化研究的现实意义,重点剖析目前微带天线小型化所采用的主要措施及各自的优缺点,并介绍了分析设计方法。

关键词　微带天线　小型化 现代电磁学历经三百多年的发展,日臻成熟完善。

天线作为实现无线电应用的关键设备,顺应通信、广播、雷达、制导等无线电应用系统在不同阶段的需要而不断发展。

今昔对比,天线在功能、设计及制造工艺上都发生巨大变化。

然而微电子技术与大规模集成电路迅猛发展,使天线成为电子设备中庞大、笨重部件的问题日渐突出,因而对能与设备大小协调且具有有效电性能的小天线的需求愈加迫切。

以移动通信和个人通信为例,目前广泛应用于移动通信设备的单极天线和螺旋天线有许多缺点:(1)不能集成到设备外壳上,尺寸大,易损坏;(2)辐射效率低,难于屏蔽,人体对天线的性能影响较大;(3)天线对人体尤其是脑部有较大幅射,局部峰值甚至超出ANSI/IEEE C95.121992标准规定的限制;(4)仅有一种极化特性,电气性能较差;(5)需要匹配电路,损耗大,成本高。

而若采用微带天线,则拥有以下颇具特色的优点:(1)便于与机身共形,集成到设备的印制电路板或外壳上,制成内置式,不易损坏,不额外增加设备尺寸;(2)可采用高水平的屏蔽技术来屏蔽天线,使天线几乎不受人体的影响,同时大大削减天线辐射对人体的危害;(3)馈电方式多样化,易获得阻抗匹配,不需匹配电路或平衡转换器,不存在天线与射频电路之间的物理限制;(4)易设计出移动电话使用的双频或多频天线。

此外,小型化微带天线还可用于PCMCIA通信卡和无线调制解调器中,为笔记本电脑等便携设备提供通信能力。

然而遗憾的是,在较低频段(V HF/U HF),传统的半波长微带天线尺寸仍然太大。

这样,实用化小型微带天线的研制,特别是用作第三代移动通信(3G)系统、蓝牙(Bluetooth)系统及无线定位系统的天线,成为国内外研究热点。

微带天线综述（2）微带天线综述摘要：近年来，随着个⼈通讯和移动通讯技术的迅速发展，在天线的设计上提出了⼩型化和宽频带的要求。

⽽微带天线具有结构紧凑、外观优美、体积⼩重量轻。

等优点，得到⼴泛的应⽤。

但是，低增益、窄带宽的缺陷也限制了微带天线的使⽤。

因此本⽂除了对微带天线做了基本介绍外，还对微带天线最基本的⼩型化技术、宽频带技术进⾏了探讨、分析和归纳。

关键词：微带天线⼩型化宽频带⼀、引⾔随着全球通信业务的迅速发展，作为未来个⼈通信主要⼿段的⽆线移动通信技术⼰引起了⼈们的极⼤关注，在整个⽆线通讯系统中，天线是将射频信号转化为⽆线信号的关键器件，其性能的优良对⽆线通信⼯程的成败起到重要作⽤。

快速发展的移动通信系统需要的是⼩型化、宽频带、多功能(多频段、多极化)、⾼性能的天线。

微带天线作为天线家祖的重要⼀员，经过近⼏⼗年的发展，已经取得了可喜的进步，在移动终端中采⽤内置微带天线，不但可以减⼩天线对于⼈体的辐射，还可使⼿机的外形设计多样化，因此内置微带天线将是未来⼿机天线技术的发展⽅向之⼀，但其固有的窄带特性（常规微带天线约为2%左右）在很多情况下成了制约其应⽤的⼀个瓶颈，因此设计出具有宽频带⼩型化的微带天线不但具有⼀定的理论价值⽽且具有重要的应⽤价值，这也成为当前国际天线界研究的热点之⼀。

本论⽂的主要⼯作就是提出这类天线的⼀些简单设计⽅法。

⼆、微带天线2.1微带天线[2]的发展史及种类早在1953年G. A. DcDhamps教授就提出利⽤微带线的辐射来制成微带微波天线的概念。

但是，在接下来的近20年⾥，对此只有⼀些零星的研究。

直到1972年，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，芒森(R．E．Munson)和豪威尔(J．Q．Howell)等研究者制成了第⼀批实⽤的微带天线[1]。

随之，国际上展开了对微带天线的⼴泛研究和应⽤。

1979年在美国新墨西哥州⼤学举⾏了微带天线的专题⽬际会议，1981年IEEE天线与传播会刊在1⽉号上刊载了微带天线专辑。

Vivaldi天线小型化及组阵研究本文首先介绍了现在常用的一种天线即Vivaldi天线，分别研究了Vivaldi天线的优缺点。

因其良好的辐射特性而被广泛使用，且具有结构不复杂易于制造等特点，更容易实现天线宽频宽带的目的。

随后对Vivaldi天线的组阵技术作了研究，对组阵后的Vivaldi阵列进行分析。

最后对Vivaldi 天线的散射特性作简要介绍，说明了Vivaldi天线在实际生活中的广泛应用。

1 Vivaldi天线1.1 Vivaldi天线原理简介随着天线技术的快速发展，小型化、超宽带等特性越来越被天线设计研究者所重视。

微带天线因其结构简单易于馈电、易于共形加工等特点而被广泛应用于微波通信的各个领域中。

微带天线通常采用的一类微带天线即在一个薄介质基板（如聚四氟乙烯）上，一面涂层金属薄层作为接地板，另一面用蚀刻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，这就是微带天线的简单结构。

可以看出，微带天线结构简单易加工，方向性好，不管在民用还是军用中都有良好的发展前景。

而Vivaldi天线即属于微带天线，不但具有微带天线制造上的简易的优点，更具有超宽带的良好特性，使其在实际应用中表现出色，也开始被广泛关注和研究。

Vivaldi天线在蚀刻面采用渐变槽式，蚀刻线为一种连续成比例的渐变曲线，而这部分渐变结构的缝隙即为天线的辐射单元。

Vivaldi 天线是一种线极化天线，辐射电场矢量方向与介质平面平行。

通过已有的一些文献研究结果可以发现，对于Vivaldi天线，频带的最低频率与其开口的宽度有直接关系。

Vivaldi天线在不同频率下，只有槽线宽度与波长接近的部分有有效辐射。

随着工作频率的改变，辐射部分也随着变化，而这部分槽线的宽度与辐射波长直接成比例。

可以看出，Vivaldi天线在体积较小且结构比较简单的前提下，实现了超宽带特性，而且由于加工简单，可以适用于大批量生产的情况，因此得到了快速的发展。

微带天线原理微带天线是一种小型化的天线结构，具有体积小、重量轻、制作工艺简单、成本低廉等特点，因此在现代通信系统中得到了广泛的应用。

微带天线的原理是基于微带电路的辐射原理，通过微带线和贴片天线的结合实现信号的辐射和接收。

本文将详细介绍微带天线的原理及其在通信系统中的应用。

微带天线的基本结构包括微带贴片天线和微带线两部分。

微带贴片天线一般由金属贴片和基底组成，金属贴片用来辐射和接收电磁波信号，基底用来支撑和固定金属贴片。

微带线则是用来连接微带贴片天线和馈电点，将射频信号传输到天线上。

当微带线上的高频信号传输到微带贴片天线时，由于金属贴片的存在，会产生电磁场的辐射，从而实现信号的发射和接收。

微带天线的原理是基于微带线上的高频信号在金属贴片上产生感应电流，从而产生电磁场并辐射出去。

微带天线的工作频率与微带线的长度和宽度、基底材料的介电常数以及金属贴片的形状和尺寸等因素有关。

通过合理设计微带线和贴片天线的结构参数，可以实现对特定频段的信号进行辐射和接收。

在通信系统中，微带天线可以用于实现天线阵列、天线分集和波束赋形等功能。

天线阵列是将多个微带天线按照一定的几何形状排列在一起，通过控制各个天线的相位和幅度来实现波束的形成，从而提高通信系统的传输距离和抗干扰能力。

天线分集是利用多个微带天线同时接收信号，并通过信号处理算法将多个信号进行合成，从而提高接收系统的灵敏度和抗多径衰落能力。

波束赋形是根据通信系统的需要，通过调整微带天线的辐射方向和波束形状，实现对特定区域的信号覆盖和干扰抑制。

总之，微带天线作为一种小型化、高性能的天线结构，在现代通信系统中发挥着重要的作用。

通过合理设计微带线和贴片天线的结构参数，可以实现对特定频段的信号进行辐射和接收，从而满足不同通信系统对天线性能的要求。

同时，微带天线还可以通过天线阵列、天线分集和波束赋形等功能实现对通信系统性能的进一步提升，为通信技术的发展提供了重要支持。

实现小型化微带天线的几种设计方法
小型微带天线是近年来不断发展的新技术，它广泛应用于手机终端、导航和定位系统和模块，特别用于智能家居设备，以及医疗仪器、工业应用和战术无线网络。

它具有小尺寸、低功耗和灵活多变的特点，有助于改善用户体验，扩大无线设备的应用场景。

为了实现小型化微带天线的设计，目前已经有多种不同的方法，这取决于嵌入物理环境、天线结构与公共网络中要求的功能，下面我就给出实现小型化微带天线的几种设计方法：
1、增加磁性位移开关（MEMS）：在基础上增加磁性位移开关，其可以将多根天线收发电路连接在一起，实现单个机构的小型化，从而大大减小了天线的尺寸。

2、采用可调谐天线：将可调谐天线的平均尺寸缩小到比传统的微带天线小一些，可以通过控制控制变压器来改变振荡频率，从而满足不同的频率。

3、采用多普勒缩小型化天线：利用多普勒缩小型化天线可以实现多个带宽模块的小型化，此外还可以进一步利用多普勒技术增加天线的中心频率，从而提高小型化天线的频率范围，缩小其尺寸。

4、采用超长电缆波导：把超长电缆波导与普通电缆波导相结合，可以实现微带天线的微型化，同时利用超长电缆波导的周围增，采用相对较低的损耗，实现同样的功能。

5、利用可折叠的天线：设计可折叠的微带天线，它可以使天线更加小型化，且可以满足不同的频带要求。

总之，现有的技术可为实现小型化微带天线提供了很多可能性，也为我们提供了设计的灵活性和自由性。

微带天线的几种小型化技术及分析作者：黄罗生来源：《中国新通信》2017年第05期【摘要】为适应无线通信系统向小型化、集成化方向发展需要，微带天线小型化研究成为天线研究领域的一个重要热点，本文概述了微带天线小型化研究的意义，重点剖析了几种小型化技术及特点。

【关键词】微带天线小型化微带天线具有易于共形、体积小、馈电灵活和剖面低等优点，因而在现代通信系统中得到越来越多运用。

然而，当微带天线在较低频段工作时，由于体较积大，无法适应当今无线通信系统向小型化和集成化发展的需要。

为了更好满足无线通信系统的需要，小型化微带天线便成为一个迫切的研究课题。

微带天线的小型化是指：当天线工作在固定频率时，减小体积尺寸；或者天线尺寸大小不变的情况下，可以工作在更低的频率范围内。

经过持续多年的研究发展，小型化的技术主要有以下几种：1.表面开槽。

天线的贴片因为表面有了槽或细缝后，使得贴片表面的电流路径被切断，电流只能绕槽或细缝的边缘曲折流过，这样就延长了电流路径。

它的人优点是：具有简单的结构，易于加工制造，天线造价成本也较低。

其缺点是：利用这种技术缩减天线的尺寸也不是无限度的，当天线的尺寸减小到一定程度后，天线的带宽、增益和其它方面性能也会呈现明显劣化态势。

2.采用特殊形状的辐射贴片或折叠辐射贴片。

天线尺寸虽然没有变化，但是因为辐射电流的路径得到了增加，从而天线带宽得以展宽，工作在较低频率，因此这也是较为容易实现的一种小型化技术。

3.短路加载。

通过加载短路探针和短路墙等方式，使得微带天线与接地板部分短路，各个谐振频率通过进一步短路调谐，能够实现谐振点间的相互接近，使得天线可以在更低的频率工作，天线小型化也得以实现。

4.采用高介电常数的介质基板。

由于天线的谐振频率与相对介电常数是反比关系。

因此采用陶瓷、石英和聚乙烯等高介电常数，或者是镍、铁等高磁导率磁性材料的介质基板，都可以极大缩减天线的体积尺寸。

但是实验也发现，当采用这种方法时，较强的表面波会被激励出，从而造成表面损耗增大。

微带天线综述摘要：微带天线具有结构紧凑、外观优美、体积小重量轻等优点，得到广泛的应用。

但是，近年来，随着个人通讯和移动通讯技术的迅速发展，在天线的设计上提出了小型化的要求。

本文除了对微带天线做了基本介绍外，还对微带天线最基本的小型化技术进行了探讨、分析和归纳。

关键词：微带天线小型化宽频带一、引言随着全球通信业务的迅速发展，作为未来个人通信主要手段的无线移动通信技术己引起了人们的极大关注，在整个无线通讯系统中，天线是将射频信号转化为无线信号的关键器件，其性能的优良对无线通信工程的成败起到重要作用。

快速发展的移动通信系统需要的是小型化、宽频带、多功能(多频段、多极化)、高性能的天线。

微带天线作为天线家祖的重要一员，经过近几十年的发展，已经取得了可喜的进步，在移动终端中采用内置微带天线，不但可以减小天线对于人体的辐射，还可使手机的外形设计多样化，因此内置微带天线将是未来手机天线技术的发展方向之一，设计出具有小型化的微带天线不但具有一定的理论价值而且具有重要的应用价值，这也成为当前国际天线界研究的热点之一。

二、微带天线2.1微带天线[1]的发展史及种类早在1953年G. A. DcDhamps教授就提出利用微带线的辐射来制成微带微波天线的概念。

但是，在接下来的近20年里，对此只有一些零星的研究。

直到1972年，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，芒森(R．E．Munson)和豪威尔(J．Q．Howell)等研究者制成了第一批实用的微带天线[1]。

随之，国际上展开了对微带天线的广泛研究和应用。

1979年在美国新墨西哥州大学举行了微带天线的专题目际会议，1981年IEEE天线与传播会刊在1月号上刊载了微带天线专辑。

至此，微带天线已形成为天线领域中的一个专门分支，两本微带天线专辑也相继问世。

80年代中，微带天线无论在理论与应用的深度上和广度上都获得了进一步的发展；今天，这一新型天线已趋于成熟，其应用正在与日俱增。