1.1微带天线的历史与优缺点

第一章微带天线简介1.1微带天线的发展历史与趋势微带天线是20世纪70年代以来逐渐发展起来的一种新型天线。

虽然在1953年就提出了微带天线的概念，但并没有在工程界的引起重视。

从20世纪50年代到60年代也只是做一些零星的研究，直到20世纪70年代初期，在微带传输线的理论模型及对敷铜的介质基片的光刻技术发展之后，第一批具有许多设计结构的实用的微带天线才被制造出来[3]。

为适应现代通信设备的需求，天线的研发方向主要往几个方面进行，即减小天线的尺寸、宽带和多波段工作、智能方向图控制。

随着电子设备集成度的提高，通信设备的体积也变得越来越小，这时天线尺寸就需要越来越小了。

然而，在减小天线的尺寸的同时又不明显影响天线的增益和效率是一项艰巨的工作。

电子设备集成度提高，经常需要一个天线在较宽的频率范围内来支持两个或更多的无线服务，宽带和多波段天线能满足这样的需要。

微带天线由于重量轻、体积小、成本低、制作工艺简单、易与有源器件和电路集成等诸多优点，所以得到广泛的应用和重视。

1.2 微带天线研究的背景微带天线是带有导体接地板的截止基片上贴加导体薄片而形成的天线。

微带天线通过微带线或者同轴线等馈线馈电，在导体贴片与接地板之间激励起射频电磁场，并通过贴片四周与接地板间的缝隙向外辐射。

微带天线主要是一种谐振式天线，相对带宽比较窄，一般设计的带宽只有2%到5%。

随着天线的工作频率的降低，带宽也逐渐变窄。

在这样的背景下，研究影响微带天线带宽的因素，进而找到展宽微带天线的带宽的方法，对于微带天线能否在工业、民用、国防等领域得到广泛的应用，具有重要的意义。

1.3 多频带微带天线研究的意义当今，无线通讯行业发展迅猛，掌上电脑、笔记本电脑和手机都已经成了人们生活的必需品[4]。

对于频谱资源日益紧张的现在通讯领域，迫切需要天线具有双极化功能，因为双极化可使它的通讯容量增加1倍。

对于有些系统，则要求系统工作于双频，且各个频段的极化又不同。

微带天线与共面波导天线概述与分析作者：张秋红来源：《科学家》2015年第12期摘要：随着航空和航天技术的发展，天线的发展在无线应用中的作用越来越重要。

本文主要论述了微带天线与共面波导天线的技术方法，介绍了微带天线结构参数的确定方法和共面波导天线特性阻抗的约束条件，以及它们的优缺点，最后讨论了两种天线的发展趋势。

关键词：微带天线；共面波导天线；带宽中图分类号TN8 文献标识码A 文章编号2095-6363（2015）12-0041-01近年来，天线的应用越来越多。

对天线的发展要求已经越来越高，一些小型化、体积小、集成度高的天线越来越受到人们的青睐。

在工程实践中，上世纪七十年代，Howell和Munsonz 成功制作出最早的微带天线。

在国内外，大量有关微带天线的学术论文和研究报告不断被发表，微带天线建立了独立的课题。

由于微带传输线得到了较好的发展，共面波导线也逐渐发展起来，1969年C.P.Wen教授首先提出了共面波导结构。

本文主要分析研究微带线和共面波导线相同与不同点。

1.微带天线和共面波导天线的技术概括1.1微带天线的介绍微带天线是由一种可以粘贴在介质基片上的金属辐射贴片所构成的天线。

铜和金是组成金属贴片常用的金属，金属贴片形状的选择可以是任意的，通常选择常规的形状作为金属贴片，用以简化分析和预测其性能。

微带天线基片的介电常数比较低，是为了增强边缘辐射场的场强。

但是，基片的介电常数需要大于5才能够满足微带天线其他性能的需要，这样就会使得辐射边缘效应未能够得到增强，从而产生较大的矛盾。

所以，微带天线参数的优化要从选择合适的介质基片的介电常数开始考虑。

微带天线种类繁多，最普遍的是微带贴片天线和微带缝隙天线。

微带贴片天线是在介质基片上附加金属贴片，金属贴片可以是任意形状。

同轴线和微带线主要用于贴片天线馈电。

微带缝隙天线是一种口径类的天线，介质基片上另一侧的微带线激励的接地板上的缝隙是构成微带缝隙天线的缝隙的主要部分。

微带线本征阻抗的研究与分析及其电波传播特性微带天线（microstrip antenna）是由导体薄片粘贴在背面有导体接地板的介质基片上形成的天线。

微带天线有很多优点：①剖面薄，体积小，重量轻；②具有平面结构，并可制成与导弹、卫星等载体表面相共形的结构；③馈电网络可与天线结构一起制成，适合于用印刷电路技术大批量生产；④能与有源器件和电路集成为一体；⑤便于获得圆极化，容易实现双频段、双极化等多功能工作；⑥不需要背腔，适合于组合式设计，易于制作成印刷电路、馈线和匹配网络可以和天线结构同时制作。

微带天线的主要缺点有：①频带窄；②有导体和介质损耗，并且会激励表面波，导致辐射效率降低；③功率容量小，一般用于中、小功率场合；微带天线最初作为火箭和导弹上的共形天线获得了应用。

在设计微带天线时，与其他天线一样需要对天线性能参数预先估算，这将大大提高天线研制的质量和效果，降低研制成本。

天线分析的基本问题是求解天线在周围空间的电磁场，求得电磁场后进而得出其方向图、增益和输入阻抗等特性指标。

微带天线的分析方法可分为两大类：一类是简化分析模型，模型简单，但不够准确，且不适用与复杂结构的天线；另一类是全波分析模型，计算复杂，但能对各种结构微带天线进行分析。

我们用有限差分法来解决关于微带线本征阻抗问题。

微带天线上传播的电磁波可近似看成TEM波，其阻抗可用下面的公式计算：（1）式中C、L分别为微带线单位长度的电容和电感，v为波在线上的传播速度。

如假定线上不存在介质时单位长度的电容为Co，这时线的电感L将不会因为电介质的存在与否而改变。

又因介质不存在时线上波的传播速度为光速Vc，而且（2）由这个式子可解出L为（3）将L值代(1)式就可求出微带线的特性阻抗Zo（4）从上面的公式可见，求微带线特性阻抗的关键在于分别求出介质存在和不存在时线上单位长度电容C和Co。

求这些电容的方法有两种：一种是求总电荷Q，另一种是根据求储藏在线上电场内的能量而推得。

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。

小型微带天线分析与设计随着无线通信技术的快速发展，天线作为无线通信系统的重要组成部分，其性能和尺寸成为了的焦点。

其中，微带天线由于其独特的优点在无线通信领域得到了广泛的应用。

本文将主要对小型微带天线的分析与设计进行深入探讨。

微带天线简介微带天线是一种由导体薄片贴在介质基板上形成的天线。

由于其具有体积小、易于集成、易于制作等优点，被广泛应用于移动通信、卫星导航等领域。

微带天线的分析主要涉及电磁场理论、微波传输线和电路理论等方面的知识，而设计则主要天线的性能优化和尺寸减小。

小型微带天线的分析微带天线的特点微带天线的主要特点包括体积小、重量轻、易于制作和低成本等。

微带天线还具有可共形和可集成的优点，使其能够适应不同的应用场景和设备形状。

同时，微带天线的带宽较宽，能够覆盖多个通信频段。

微带天线的分析方法微带天线的分析主要涉及电磁场理论、微波传输线和电路理论等方面的知识。

常用的分析方法包括有限元法、边界元法、高频近似方法等。

这些方法可以根据具体问题选择合适的求解器和计算精度。

小型微带天线的优化设计微带天线的设计要素微带天线的优化设计主要天线的性能优化和尺寸减小。

设计要素包括基板材料、基板厚度、贴片形状和尺寸、缝隙大小和位置等。

通过对这些要素的优化，可以提高天线的辐射效率、增益和方向性等性能。

微带天线的优化方法微带天线的优化方法包括仿真优化和理论优化。

仿真优化通过电磁仿真软件对天线进行建模和仿真，根据性能指标进行优化。

理论优化则是通过对天线理论的深入研究，提出优化的设计方案。

也可以将两种方法结合使用，以获得更佳的设计效果。

小型微带天线的应用前景及挑战应用前景随着无线通信技术的不断发展，小型微带天线具有广泛的应用前景。

未来，微带天线将不断应用于5G、6G等新一代无线通信技术中，实现更高速度、更宽带宽和更低功耗的无线通信。

同时，微带天线也将应用于物联网、智能家居、自动驾驶等领域，实现设备的互联互通和智能化。

虽然小型微带天线具有许多优点，但也存在一些挑战。

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。

微带天线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。

按工作原理分类，无论那一种天线都可分成谐振型(驻波型)和非揩振型(行波型)微带天线。

前一类天线有特定的谐振尺寸，一般只能工作在谐振频率附近；而后一类天线无谐振尺寸的限制，它的末端要加匹配负载以保证传输行波。

1.2微带天线的性能微带天线一般应用在1～50GHz频率范围，特殊的天线也可用于几十兆赫。

和常用微波天线相比，有如下优点：(1)体积小，重量轻，低剖面，能与载体(如飞行器)共形；(2)电性能多样化。

不同设计的微带元，其最大辐射方向可以从边射到端射范围内调整；易于得到各种极化；(3)易集成。

能和有源器件、电路集成为统一的组件。

1.3微带贴片形状贴片形状是多种多样的，实际应用中由于某些特殊的性能要求和安装条件的限制，必须用到其他形状的微带贴片天线。

例如，国外某型炮弹引信天线要求半球覆盖的方向图，即E面和H面方向图在端射方向()的电平也要求在半功率电平以上，而规则的矩形或圆形贴片无法满足。