宽频带双层微带天线概要

采用ANFSOFT HFSS对宽频带双层微带天线设计与仿真石磊北京理工大学微波通讯实验室 100081摘要：天线作为通讯试验箱前段的重要组成部分，他承担着发射信号和接收的回波信号的任务。

微带天线由于其本身的特点（如结构简单、低刨面、小型化、可以与飞行器表面共形安装而不影响飞行器的空气动力性能和占用飞行器内仓空间，天线可以与微带电路集成在一起，工业制造简单，价格低廉等优点）而得到了广泛的应用。

但是对于微带天线来说，最严重的缺陷是单个贴片天的带宽太窄，与阵子天线、缝隙天线、波导开口喇叭天线等工作带宽一般在15%----50%相比，微带单贴片的天线带宽只能有百分之几。

因此，最近微带天线大量的研究是关于微带天线的频带展宽技术。

关键字：双层微带天线 ，ANSOFT HFSS， 宽频带1．天线形式的选择选择双层微带天线原因a.作为微带天线，它具有微带天线体积小、轻便易于集成和便于批量生产等特点。

b.根据设计要求的指标，采取了具有较宽的带宽的双层微带天线的结构。

2．天线的技术指标由于天线作为两个近距离试验箱体上的辐射器，所以对其性能指标的要求不慎严格：* 工作频率：2.2G* 驻波比<1.5（带内）*相对带宽>10%* 极化：线极化* 体积不能过大3．天线结构的分析微带天线的频带可以从以下三个方面的带宽来描述：阻带带宽、方向图带宽和极化带宽。

一般来说阻带带宽是天线带宽的主要因素。

通过对微带天线的分析知道，要展宽微带天线的的频带，可以采取以下几种方法：1）增加微代介质的厚度；2）降低微代介质的介电常数；3）采用有耗介质；4）对馈点电路采用宽带阻抗匹配（如阻抗匹配电路或采用开缝耦合对天线馈点）；5）采用对贴片谐振。

前三种办法的效果比较小，而且第三种方法是以天线增益的降低为代价的；第四种方法需要设计宽带匹配电路，但电路结构复杂，制作难度大，因此我们采用第五种方法。

该方法是利用多贴片耦合的方式，使每个贴片天线的谐振中心频率各不相同，而各谐振带宽又相互交叉，使整个天线的总体带宽展宽，如图1所示就像电路中采用的多级放大器展宽频带的方法类似。

双层微带贴片天线的研究天线的中心频率为31.3GHz，扫频为25GHz-37.5GHz。

贴片天线的结构尺寸如表中所示（单位：mm）：表1 贴片微带天线的结构尺寸利用HFSS进行模拟，模型结果如图1所示：图1 双层贴片微带天线的模型贴片微带天线的S11参数如图2所示：天线的谐振频率为31.3GHz，-10dB带宽为30.4GHz~32.3GHz，绝对带宽达到了1.9GHz。

，图2贴片微带天线的S参数图图3为微带的第一层贴片的尺寸变化时的S11参数，改变长和宽，得到不同的谐振频率和带宽，实际应用中可以根据需要来设定尺寸。

图3 S参数随长度的变化天线的Smith圆图：从圆图中，可以读出天线在带宽内的不同阻抗值，根据读出的值，可以对微带天线的阻抗进行匹配，从而可以增加天线的带宽。

天线的三维增益方向图：图 5.1单层贴片天线增益图图5.2 双层贴片天线增益图该天线的E平面和H面的辐射方向图如下：图6 E平面增益方向图总结从图5.1和5.2中可以看出，天线在z轴方向上辐射增益最强，达到了6.74dB 和7.0dB。

在一般的微带天线中，我们在辐射方向上增加了一个金属贴片，使得天线在z轴方向上的辐射能力更强，使得增益增强。

通过本学期的学习以及本次对微带天线的仿真和分析，了解了HFSS设计天线的整个过程，也掌握了天线的一些基本特性参数。

对以后的学习有很大的帮助。

同轴线馈电的微带贴片天线的研究天线的中心频率为2.45GHz，扫频为1.5-3.5GHz。

贴片天线的结构尺寸如3-1所示（单位：mm）：1贴片微带天线的结构尺寸利用HFSS进行模拟，模型结果如图2所示：图2贴片微带天线的模型贴片微带天线的S参数如图3所示：图3贴片微带天线的S参数图当贴片的宽度固定时，S参数随贴片长度的变化曲线如3-4图所示：图4 S参数随长度的变化由图4可以看出：当贴片长度为29.5mm时，谐振频率点约为2.45GHz。

所以将贴片长度设置为29.5mm，宽度设置为41.4mm，对天线进行优化：天线的Smith圆图：图5 优化后天线的Smith圆图天线的三维增益方向图：图6 三维增益方向图该天线的E平面位于XOZ平面上，E平面增益方向图如下：图7 E平面增益方向图在前面的分析中，我们只优化了微带贴片的长度，使天线的谐振频点落在2.45GHz，但是天线在2.45GHz时的输入阻抗并没有达到标准的50ohm，还需要对输入阻抗进行优化，使天线达到最好的性能。

双层介质板开槽弹载宽频带GPS共形天线文瑞虎;陈伟;王海彬;范永【摘要】针对目前弹载GPS共形天线,在无线电引信特定尺寸和安装环境下工作带宽窄的问题,提出双层介质板开槽弹载宽频带GPS共形天线.该天线采用双层介质板作为天线辐射单元的衬底,通过两种不同介电常数的介质板叠加形成非线性天线基板,其有效磁导率会随频率的升高成平方的减小,这样就可以在不同的频率上对应同一个贴片尺寸,从而拓展了天线的工作带宽.仿真和样机测试结果表明:该天线辐射单元实现了与弹体的共形,工作带宽31 MHz,弹体轴向-58°～+58°范围内天线轴比小于2,实现了天线的圆极化.【期刊名称】《探测与控制学报》【年(卷),期】2016(038)002【总页数】3页(P10-12)【关键词】无线电引信;弹载天线;GPS天线;共形天线;宽频带天线【作者】文瑞虎;陈伟;王海彬;范永【作者单位】机电动态控制重点实验室,陕西西安710065;机电动态控制重点实验室,陕西西安710065;机电动态控制重点实验室,陕西西安710065;机电动态控制重点实验室,陕西西安710065【正文语种】中文【中图分类】TJ43全球定位系统(Global Position System, GPS)[1]由于能够全天候全球范围内为用户提供精确的定位服务而备受人们的关注，并已广泛应用于军事、导航、测绘、科研等各个领域，天线作为GPS接收系统中的重要组成部分，其性能的好坏直接影响到GPS接收机的接收性能。

目前弹载GPS天线[2]根据弹体气动外形，采用GPS共形天线，有效解决了弹载GPS天线的抗高过载、弹体周向增益一致性的问题，但其工作带宽只有10 MHz左右，工作带宽过小增加了天线与信号处理电路的匹配难度。

本文针对目前弹载GPS共形天线，在无线电引信特定尺寸和安装环境下工作带宽窄的问题，提出双层介质板开槽弹载宽频带GPS共形天线。

图1所示为一种典型的弹载GPS共形天线[2]，该天线为一种半波辐射结构，采用柔性介质板或者铸模工艺将天线安装在弹体表面，这种结构形式可以在不改变弹体外形结构的情况下，实现天线的辐射特性。

迫 切 需 要研 制 与 之相 匹 配 的 宽 频 带微 带 天线 ，以 满足 移动 通
信系统 ｆ Ｓ Ｇ Ｍ；８０９０ ｚ需要 ７ ％的带 宽，数字通信 ９—６ＭＨ ） ． ６ 系统（ Ｃ ；１１—８０ ｚ需要 ９ ％的带宽，个人通信系 Ｄ Ｓ ７０ １８ ） ＭＨ ． ５ 统（ Ｃ ：１５ ９０ ｚ需要 ７ ％的带宽 ，通用移动通信 Ｐ Ｓ ８０１９ ） ＭＨ ． ５ 系统（ ＭＴ ；１２— １０ ｚ ｌ Ｕ Ｓ ９０２７ ）Ｊ ＭＨ ￣ 需要 １． ２ ％的带 宽。然而 ， ２
性金属圆片来抵消探针感性 的方法 ， 增加 了天线 的工作带 宽。 制作适用于第二代和第三代移动通信 的宽频带微带天 线，测试 结果显示天线具有 良好 的带 宽特性 ，能够满足移动通信系统对天线 的带宽要求 。 关键词 ：移动通信 ；宽带天线 ；微带天线
中图分类号 ： Ｎ ２ 、 Ｔ ８３ Ｔ ９９ ， Ｎ ２ ５
适用 于移 动通信 的宽频 带微 带天线
贺秀莲 纪奕才 雷 宏 刘其中
北京 １０ ８ ） ０００ ７０７） １０ １
龚书喜
ｆ 中国科 学院电子 学研究所
ｆ 西安电子科技 大学天线与电磁散射研 究所 西安
摘
要 ：该文研究新型的宽频带微带天线 ， 采用 一种 具有双层 贴片结构的微 带天线的形式，并用在探针顶端加 电容
信 系 统 对 于 天 线 的 带 宽 提 出 了 更 高 的 要 求 ，例 如 全 球 移 动 通
方式 为 １２—９０ ｚ２ １— １０ ｚ ９０１８ＭＨ ／１０２７ＭＨ ；对 Ｔ Ｄ 方 式 为 Ｄ １８ ／９０ ｚ２ １—０５ ｚ 民用移动通信 的快速发展 ， ８０１２ＭＨ 、００２２ＭＨ 。
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ａ ｏ ｅ ｒ ａ ｂ ｎ ｉｒ ｓ ｒ ｐ ａ ｔ ｎ ａ ｉ ｒ ｓ ｎ ｅ ｎ ｖ ｌｂ ｏ ｄ ａ ｄ ｍ ｃ ｏ ｔ ｉ ｎ ｅ ｎ ｓ ｐ ｅ ｅ ｔ ｄ．Ｄｏ ｂｌ ａ ｃ ｏ ｆｇ ｒ ｔｏ ｓ ｅ ｌ ｙ ｄ，ａ ｄ ａ ｕ ｅ ｐ ｔ ｈ ｃ ｎ ｉ ｕ ａ ｉ ｎ ｉ ｍｐ ｏ ｅ ｎ ｃ ｒ ｕ ａ ｅ ａ ｎ ｒ ｄ ｃ ｎ ｔ ｅ ｔ ｐ ｏ ｈ ｅ ｄ ｐ ｏ ｏ ｃ ｕ ｔ ｒ ｃ ｈ ｄ ｃ ａ ｃ ｆ ｈ ｒ ｂｅ Ａｓａ ｒ ｓ ｌ ， ｈ ｉｃ ｌ ｒｍ ｔ ｌ ｓｉ ｔ ｏ ｕ ｅ ｏ ｈ ｏ ｆ ｅｆ ｅ ｒ ｂｅｔ ｏ ｎ ｅ ａ ｔｔ ｅ ｉ ｕ ｔ ｎ ｅｏ ｅｐ ｏ ． ｅ ｕ ｔ ｔ ｅ ｉ ｄ ｔ ｎ ｔ ｂ ｎ ｗｉ ｈ ｏ ｉｒ ｓ ｒｐ ａ ｔ ｎ ａ ｉ ｉ ｃ ｅ ｓ ｄ ａ ｄ ｄｔ ｆ ｃ ｏ ｔ ｉ ｎ ｅ ｎ ｎ ｒ ａ ｅ ．Ｂｒ ａ ｂ ｎ ｉｒ ｓ ｒｐ ａ ｔ ｎ ａ ｕ ｔ ｂ ｅ ｆ ｒｓ ｃ ｎ ｅ ｅ ａ ｉ ｎ ａ ｄ ｍ ｓ ｏ ｄ ａ ｄ ｍ ｃ ｏ ｔｉ ｎ ｅ ｎ ｓ ｓ ｉａ ｌ ｏ ｅ ｏ ｄ ｇ ｎ ｒ ｔｏ ｎ ｔ ｉｄ ｇ ｎ ｒ ｔｏ ｏ ｉ ｏ ｍｕ ｉａ ｉｎ ａ ｅ ｆ ｂ ｉ ａ ｅ ｈｒ ｅ ｅ ａ ｉｎ ｍ ｂ ｌ ｃ ｍ ｅ ｎ ｃ ｔｏ ｒ ａ ｒｃ ｔ ｄ，ｗｈ ｓ ａ ｕ ｅ ｎ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗ ｈ ｔ ｇ ｏ ａ ｄ ｔ ｏ ｅ ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ ｒ ｓ ｌｓ ｓ ｏ ｔ ａ ｏ ｄ ｂ ｎ ｗｉｈ

阿尔福德天线原理阿尔福德天线（Alford Antenna）是由英国电气工程师彼得·阿尔福德（Peter Alford）于20世纪60年代提出的一种宽频带微带天线。

它的原理基于共振器的分布式技术，可以实现宽频带和高增益的特性。

1. 引言阿尔福德天线作为一种宽频带微带天线，具有广泛的应用领域，如通信、雷达、无线电测量等。

它在通信领域的应用尤为广泛，能够满足不同频段的通信需求。

2. 阿尔福德天线的结构阿尔福德天线由导体贴片和馈电线构成。

导体贴片通常采用金属板制成，形状可以是矩形、圆形等。

馈电线连接导体贴片与射频源或接收器。

3. 阿尔福德天线的工作原理阿尔福德天线的工作原理基于共振器的分布式技术。

当射频信号通过导体贴片时，导体贴片会产生电流和磁场。

这个电流和磁场的分布会导致天线产生辐射，从而实现信号的发射或接收。

4. 阿尔福德天线的特性4.1 宽频带特性：阿尔福德天线能够实现宽频带的特性，即在一定频段内具有较高的增益和较低的驻波比。

4.2 高增益特性：由于阿尔福德天线的结构设计合理，能够实现较高的增益，提高信号的传输距离和接收灵敏度。

4.3 多方向辐射特性：阿尔福德天线可以实现多方向的辐射，适应不同场景的需求。

5. 阿尔福德天线的应用5.1 通信领域：阿尔福德天线广泛应用于无线通信系统，如移动通信、卫星通信等。

它能够满足不同频段的通信需求，并且具备宽频带和高增益的特性。

5.2 雷达系统：阿尔福德天线在雷达系统中也有重要的应用。

雷达系统需要具备宽频带和高增益的特性，以实现远距离的目标探测和跟踪。

5.3 无线电测量：阿尔福德天线在无线电测量中具有重要的作用。

它能够实现高精度的信号测量和分析，为科学研究和工程实践提供支持。

6. 阿尔福德天线的优势和劣势6.1 优势：阿尔福德天线具备宽频带、高增益和多方向辐射等特性，适用于不同的应用场景。

此外，它的结构相对简单，制作成本低。

6.2 劣势：阿尔福德天线的体积较大，对于一些有限空间的场景可能不太适用。

Ａｂｓｔｒａｃｔ： 、 ｗｉ（ｈ—Ｉｌａｔｌｄ ｏｌｉ ｎ．’ｒｏｓｌｒｉｐ ａｎｔｅｎｎａ ｗｉｔｈ ｓｔａｃｋｅｄ ｐａｈ Ｉ１ ｃｏｕｐｌｅｄ ｔｏ ｆｅｅｄｌｉｎｅ ｔｈｒｏｕｇｈ ｒｅ（‘ｔａｎｇｌｅ ｉｌｅａｌ＂一ｒｅｓｏｎａｎｔ ａｐｅｔ’ｔｍ ｅ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｄｅｓｉｇｎｅｄ． Ｔ（１ ｌｅｄｕ（ ｌＪ ｈａ（。ｋｗａｒｄ ｒａｄｉａｔｉｏｎ． ｒｅＩ］ｅｅｔｏｒ ｐｌａｎｅ ｉｓ ｐｌａ（ ｅｌｌ ａｂｏｕｔ ａ ｑｕａｒｔｅｒ ｏｆ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ａｗａｙ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ ｐＩａｎｅ． Ｆｍ’ｗｉｄｔ 一１）ａ『１Ｉｔ ｅｎｈａｎｃｅ— Ｉｌｌ（。ｎｔ，ＩｌｌＩＩｈｉ—ｌａ 。ｅｒ ｌｏｗ ｄｉｅｌｅ（，ｔｒｉｅ ｅｌｍｓｔａｎｔ ｆｕａｍ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｉｓ ｕｓｅｄ ｂｅｔｗｅｅｎ ｐａｔ（’ｈ ａｎｄ ｐａｒａｓｉｔｋ‘ｐａｔｃｈ． Ｔｈｅ ａｎｔｅｎｎａ ｉｓ ｅａｓ＇￣‘ｈ·（‘Ｉｌｉｌｔｉｇｕｒｅ ａｓ ａｏ ａｌ－ｌ‘。 ’
日前 基于缝 隙 舶 合 馈 电 ，能 够 有 效 扩 展 天 线 带 宽 的 方 式 可 以 总 结 为 以 下 二‘点 ：改 变 缝 隙 的 形 状 ，如 “Ｅ”形 、“Ｉ ”彤 、“Ｈ”形 、“Ｈｏｕｒ Ｇｌａｓｓ”形 、“十 ”形 等 ；采 ｆ｝ｊ层 叠 辐 射 贴 片 结 构 ；使 用 低 介 电 常 数 和 较 厚 的 介
０ 引 言 近 年 来 ，随 着 无 线 电 技 术 的 迅 猛 发 展 ，对 天 线 的 要
求 越 来 越 高 ，既 需 要 天 线 高 增 益 、宽 频 带 ，还 要 求 具 备 剖 面 低 、重 量 轻 、易 制 作 等 特 点 ． 当 前 无 芯 片 射 频 标 签 正 逐 渐 兴 起 频 率 编 码 容 量 大 的 无 芯 片 标 签 工 作 的 频 率 范 围 很 宽 ，对 标 签 阅 读 器 的 天 线 提 出 ＿，更 宽 频 带 的要 求 徽带 天 线 为其 同有 的 窄 带 宽 的 特 点 ，导致 其 片Ｊ大 大 地 受 到 限 制 为 了 拓 展 微 带 天 线 的 带 宽 ，ｌ９８４年 ，Ｐｏｚａｒ首 次 提 出 ＿ｒ缝 隙 耦 合 馈 电 微 带 天 线 ，

０ 引 言
微带 天线 有许 多优 点 ， 如剖 面低 、 体积 小 、 重量 轻 、
１．％（Ｓ Ｒ＜ ． ） ４４ ＶＷ １８ 的微带直线阵， 在保证宽频带要求 的前提下 ， 尽可能使天线的结构简单可靠。
该 天线 的 主要 要求指 标 为 ：） １ 中心频 率 １５Ｇ 。 ． Ｈｚ 带宽 １０Ｍ ｚ Ｖ Ｗ ８ Ｈ （ Ｓ Ｒ＜１８ ； ） 平 极 化 ； ） ． ）２ 水 ３ 天线 增
【 ｙｗｏｄ 】 ｂｏｄ ｎ ；ｉｅｒ ｒ ｙ ｔｏｌ ｅ ｃｏｔｐａｔ ａ ； ｇ ｃｏｔｐｌ ｅｆ Ｋｅ ｒｓ ｒａｂ ｄ ｌ ａ ｒ ； ・ ｙｒ ｒｓｉ ｅ ｓ ｅ ｅｍｉ ｓｉ ｎ ｅ ｅ ｎ ａ ａ ｗ ａ ｍｉ ｒ ｎ ｎ ｄ ｒｒ ｉ ｅ ｄ
种方法来展宽微带贴片天线的带宽 ， 设计了一个带宽达
ｎ ｑ ｅ ．ｉ ｅ ｗ ｏ ｌｙ ｒ ｓ ｕ ｔ ｒ ｄ ｉ ｅ ａ ｃ ｔｈ ｎ ｅ ｏ ｋ ｒ ｄ ｐｅ ｏ ｅ ｈ ｎ ｅ ｔ ｅ ｂ ｎ ｗ ｄ －ａ ｅ ｕｔ ｈ ｎ ｕ ｉ ｕ ｓ ． ．ｔ － ｅ ｔ ｃｕ ｅ ａ ｍｐ ｄ ｎ ｅ ｍａｃ ｌ ８ ｎ ｔ ｒ ．ａ ｅ ａ ｏ ｔｄ ｔ ｎ ａ ｃ ａ ｄ ｔ ａ ｒ ｎ ｗ ｈ ｉ ｈ ｓ ａ ｒ ｓ ｌ。ｔ ｅ ｉ ｐ ｔ ｉ ｅ ａ ｃ ａ ｄ ｉ ｔ ｐ ｔ ３ ３ ｍｐ ｄ ｎ ｅｂ ｎ ｗ ｄ ｉ ｕ １ ． ％ ｆｒＶＳ Ｒ ＜ １ ６ ｎ ｏ ｄ ｒｔ ｅ ｕ ｅ ｔ ｅ ｔ ｉｋ ｅ ｓ ｏ ｈ ｅ ｐ ｏ ｕ ｔ ｄ ｅ ｆｅ ｃｏ ｔ ｐ ｌ ｅ ｈ ｓ ｏ ｏ Ｗ ． ．Ｉ ｒ ｅ ｏ ｒｄ ｃ ｃ ｎ ｓ ｆｔ ｒ ｄ ｃ 。ｅ ｇ ｄ ｍｉｒ ｓｒ ｎ ｈ ｈ ｅ ｉ ｉ ｉ ｓ ａ ｆｃ ｕ ｌ ｅ ｄ ｉ ｕ ｅ ． Ｐ ａ ｉｇ ｔ ｅ ｕ ｐ ｒ ｐ ｔｈ ｕ ｄ ｒ ｉ ｕ ｓ ａｅ ｈ ｅ ａ ｖ ｔｇ ｆｅ ｓｅ ｎ ａ ｓ ａｉｎ ａ ｄ ｍａｎ ｅ ｎ ｔ ｄ ｏ ｏ ｐ ｅ ｆｅ ｓ ｄ ｅ ｓ ｌｃ ｎ ｐ ｅ ａ ｃ ｎ ｅ ｔ ｓ ｂ ｔ ｔ ａ ｔ ｄ ａ ａ ｅ ｏ ａ ｉｒｅ ｃ ｐ ｕ ｔ ｉｔ － ｈ ｓ ｒ ｓ ｈ ｎ ｌ ｏ ｎ ｎ ｎ ｅ ｈ ｓ ｄ ｓｇ ｓａ ｃ ｍｐ ｒｓ ｎ ｂ ｔ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ｑ ｉ ｍｅ ｔ ｆ ｄ ａ ｄ ａ ｄ ｓｍｐ ｅ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ａ ｃ ．Ｔ ｉ ｅ ｉ ｉ ｏ ａｉｏ ｅ ｅ ｅ ｕ ｒ ｎ ｗ ｈ ｅ ｎ ｅ ｂ ｎ ｉ ｌ ｔ ｔ ｒ ． ｏ ｎ ｕ

等 ．前两 种方 法制作 起来 比较简单 ， 易 加工： 三 容 第
电位 置 、 介质 层厚 度 、各 介质 层 相对 介 电 常数 如 图
ｌ 所示 ．
种方法 以天线增益的降低为代价； 四种方法需要 第 设 计宽带 匹 配 电路 ， 电路结 构复 杂， 作难 度 大． 制
本 文从 加 工制 作 角 度 出发 ， 合 前 两 种 方 法 ， 结 研 究 和介 绍 了一 种新 型 宽 频带 单 贴 片微 带 天线 一 双 层 微带 贴片 天线 ，并结 合 实 例说 明 了此 种方 法 的有 效性． 质层 由聚四氟乙烯和空气两种介质组 成， 介
通 常情 况 下 ，对 于同轴 探 针馈 电的微 带 贴 片天 线， 介质 厚 度 的增 加 ，探 针 引起 的 电感 也 相 应增 大 ，
１ 微带贴片天线 的模 型结构
收 稿 日期 ： ０ ８ ０ — ５ ２ ０ — ４ ２
作者简介： 武永刚（ ８ 一 男， １ ２ ） …西左云县人， ９ ， 在读硕上， 研究方向： 计算电磁学与天线理论． 邢光龙，博士， 副教授， 通讯作者
Ｌ ｔ （． 一１ｎ２２ ／一 ＝ ａ ｏ５ ） （．５ ｎ 七 ｌ
（） ２
式 （ 中的 为 馈 电点 的输入 阻抗 ， （ 中的 叼和 １ ） 式 ２ ）
分 别是特 性 阻抗 和介质 中 的波数 ， 层 介质是 空 下 气， 则 ， 。 ．
叼 ／ ２ ２１ ｖ ，
片对微带天线进行耦合馈电． 馈电探针的高度 与空 气 介 质 层 次 的 厚 度 相 同， 容 片 的 直 径 为 Ｄ 电 ，圆形
金 属 贴 片 沿 最上 层 的正 方 形 贴 片 的 对 角线 放 置 ， 馈
①增大微带介质的厚度Ｉ ②降低微带介质的介电 ； 常数 ； 采 用 有 耗介 质 ［ ④ 附 加 阻抗 匹 配 网 络 ③ ｑ ；

目录摘要 (2)Abstract (3)1 绪论 (4)1.1研究背景及意义 (4)1.2国内外发展概况 (5)1.3本文的主要工作 (6)2 微带天线的基本理论和分析方法 (7)2.1 微带天线的辐射机理 (7)2.2微带天线的分析方法 (8)2.2.1传输线模型理论 (9)2.2.2 全波分析理论 (11)2.3微带天线的馈电方式 (12)2.3.1微带线馈电 (12)2.3.2同轴线馈电 (12)2.3.3口径（缝隙）耦合馈电 (13)2.4本章小结 (13)3宽带双频双极化微带天线单元的设计 (14)3.1天线单元的结构 (14)3.2天线单元的设计 (15)3.2.1介质基片的选择 (16)3.2.2天线单元各参数的确定 (16)3.3天线单元的仿真结果 (17)3.4本章小结 (18)4 结束语 (19)参考文献 (20)致谢 (22)ku波段双频微带天线的设计摘要本文的主要工作是Ku波段宽带双频双极化微带天线研究。

在微带天线的基本理论和分析方法的基础上，对微带天线的技术进行了深入的研究，设计了3种不同结构的Ku波段宽带双频微带天线单元，并完成了实验验证。

依据传输线模型理论并结合软件仿真分析了3种不同结构的天线单元在天线的带宽、隔离度和增益等性能方面的差异，并作了比较，得出了性能最佳的一种天线单元结构形式。

最后，对全文的研究工作加以总结，并提出本文进一步的研究设想。

关键词：Ku波段；双频；传输线模型；微带天线AbstractIn this paper, broadband dual-frequency and dual-polarized microstrip antenna at Ku band is described. Three kind s o f wideband dual-frequency and dual-polarized microstrip antenna element are proposed and their experimental verifications are completed which based o n the classical theory and a deeper stud y on broadband, dual-frequency and dual-polarization technique of microstrip antenna. From the transmission-line mode theory and simulative results, he bandwidth, isolation and gain characteristics of a microstrip patch element with various structures are analyzed in detail and compared, and an antenna element with the best performance is adopted. Based on the element described, four-element linear array and planar array is designed which adopted anti-phase feeding and dislocation anti-phase feeding technique, respectively. In addition, the technique of anti-phase feeding which suppresscross-polarized is further studied by using the even/odd theoretical analysis. Finally, we summarize the research of the paper with an outlook for the further researches. Key words: Ku band; dual-frequency; dual-polarized; microstrip antenna1 绪论1.1研究背景及意义近年来，随着卫星通信技术的发展和卫星通信业务及卫星移动通信的迅猛增长，以往的微波较低频段(300MHz-10GHz)已经变得拥挤不堪，因此卫星通信中开始使用Ku波段甚至Ka波段的通信以满足大信息量的需求。

可重构微带天线及宽带圆极化微带天线研究一、本文概述随着无线通信技术的快速发展，微带天线作为一种重要的天线形式，因其体积小、重量轻、易于集成和制造成本低等优点，在无线通信、卫星通信、雷达系统等领域得到了广泛应用。

传统的微带天线在应对复杂多变的通信环境和需求时，其性能往往难以达到理想状态。

研究和开发具有可重构特性和宽带圆极化特性的微带天线，对于提升无线通信系统的性能、适应性和灵活性具有重要意义。

本文旨在深入研究可重构微带天线及宽带圆极化微带天线的相关理论与技术。

对可重构微带天线的设计原理和实现方法进行探讨，分析其在不同通信需求下的重构机制与性能优化。

研究宽带圆极化微带天线的设计理论和技术实现，探讨其在宽频带范围内实现稳定圆极化辐射的机理和方法。

结合实际应用场景，对可重构和宽带圆极化微带天线的性能进行仿真分析和实验验证，为无线通信系统的天线设计提供理论支持和技术指导。

本文的研究内容不仅有助于推动微带天线技术的发展，还可为无线通信系统的天线设计提供新的思路和方法。

通过深入研究和探索可重构及宽带圆极化微带天线的性能和应用，有望为未来的无线通信系统提供更加高效、灵活和稳定的天线解决方案。

二、微带天线理论基础微带天线，作为一种重要的平面天线形式，自上世纪70年代被提出以来，因其低剖面、易共形、低成本以及易于与微波集成电路集成的优点，在无线通信、卫星通信、雷达系统以及导弹和航天器等众多领域得到了广泛应用。

微带天线的设计和实现涉及到电磁场理论、传输线理论、微波网络理论等多个学科的知识。

微带天线的辐射原理可以通过传输线模型来解释。

在微带天线中，辐射贴片可以视为一段具有特定长度和宽度的传输线，其两个开路端作为辐射边。

当天线被激励时，传输线上的电磁场分布会发生变化，进而激发出辐射场。

辐射贴片上的电场分布决定了天线的辐射方向图和增益，而磁场分布则影响天线的输入阻抗和带宽。

微带天线的性能还受到介质基片的影响。

介质基片的介电常数决定了天线的工作频率和尺寸，而基片的厚度则影响天线的带宽和辐射效率。

超宽带平面微带天线本论文在对现有超宽带(UWB)平面天线广泛调研的基础上,借助于电磁仿真软件设计了七种新型超宽带平面微带天线,实际制作和测试了其中四种天线,测试结果和仿真结果进行了对比,吻合较好,证实了天线的优越性。

本论文的主要工作及创新之处可以归纳为以下几点:对圆形UWB天线进行了改进,将圆形贴片超宽带印刷单极子天线的带宽扩展到六倍频程。

在天线尺寸不变的情况下,极大地扩展了天线的带宽,但天线的增益随频率变化非常大,天线色散较为严重。

针对FCC规定的3.1~10.6GHz免费使用频段,并保证较好的天线增益频响特性,借助于电磁仿真软件HFSS研制了三款新型带陷超宽带印刷单极子天线,该天线既能有效覆盖相应频段又避免了与现有的WLAN系统干扰,具有相对稳定的增益特性和近似的全向特性。

论文分析了天线的回波损耗、增益、带陷特性和归一化方向图,并进行了实际制作和测试,测试结果和仿真结果吻合较好。

为了进一步有效地抑制该天线与WiMax系统的干扰,论文设计提出了一种结构紧凑的双带陷超宽带印刷单极子天线,通过在辐射贴片开圆弧形缝隙槽和在微带馈线加载两个匹配节实现了在WLAN频段和WiMAX频段上的双带陷功能。

借助电磁仿真软件HFSS对天线进行了详细仿真分析设计,研究结果表明其具有良好的双带陷性能。

为了进一步得到较好的辐射特性,设计提出了一种新颖的结构紧凑的超宽带平面天线,该天线工作频率覆盖了5.9GHz到9.4GHz,具有3.5GHz绝对带宽,并且在工作带宽内的y-z面的方向图具有稳定的增益特性和非常好的全向特性。

论文中设计的平面微带天线具有小型和超宽带的特点,仿真测试结果验证天线满足超宽带无线通信技术的要求,非常适合应用于超宽带短距离无线通信系统中。

同主题文章【关键词相关文档搜索】：电磁场与微波技术; UWB; 微带天线; 短距离无线通信; 平面天线; 单极子天线【作者相关信息搜索】：南京航空航天大学;电磁场与微波技术;刘少斌;邓宏伟;。

小型化宽带化微带天线首先，我们来了解小型化宽带化微带天线的定义。

微带天线是一种由导体和介质基板组成的二维天线，具有体积小、重量轻、易于制作等优点。

而小型化宽带化微带天线则是指天线的尺寸和带宽都得到了一定程度的缩小和拓宽。

通过采用先进的材料和技术，微带天线可以实现更高的性能和更低的成本，成为无线通信领域的理想选择。

接下来，我们将详细阐述小型化宽带化微带天线的特点。

首先，它具有高度集成性，可以方便地与其他通信组件集成在一起，组成尺寸更小的通信系统。

其次，它具有较宽的带宽，可以实现高速数据传输。

此外，它还具有多频段工作的能力，可以在多个频段内实现通信。

最后，它还具有可定制性，可以根据不同的应用场景定制不同的天线结构，满足各种不同的需求。

然而，小型化宽带化微带天线也存在一些缺点。

首先，由于其尺寸的限制，其方向性和增益可能不如传统天线。

其次，由于其结构较为复杂，设计和制作需要较高的精度和成本。

此外，由于其工作频率较高，传输距离可能受到一定的限制。

尽管存在这些缺点，小型化宽带化微带天线的优点仍然使其具有广泛的应用前景。

例如，在无线通信系统中，它可以用于基站、卫星通信、无人机通信等领域。

此外，在物联网、智能家居、车载通信等新兴领域，它也有着广泛的应用前景。

综上所述，小型化宽带化微带天线具有许多优点和缺点，其应用场景也十分广泛。

随着技术的不断进步和发展，我们相信未来小型化宽带化微带天线将会在更多领域得到应用，并且在无线通信领域发挥越来越重要的作用。

在此，我们也提出一些建议和看法。

首先，需要进一步加强小型化宽带化微带天线的研究力度，提高其性能和降低其成本。

其次，需要研究更加有效的天线设计和制作方法，以满足不同场景的需求。

此外，也需要更加注重天线与其他通信组件的兼容性和互操作性，以实现整个通信系统的优化。

总之，小型化宽带化微带天线是一项具有挑战性和前景的研究领域。

通过不断的探索和研究，我们有信心克服其存在的缺点，充分发挥其优点，推动无线通信技术的持续发展。

微带天线工作原理微带天线是一种常见的天线类型，它在无线通信、雷达系统、卫星通信等领域得到了广泛应用。

微带天线具有结构简单、体积小、重量轻、成本低等优点，因此受到了广泛关注。

本文将介绍微带天线的工作原理，包括其结构、工作方式和特点。

微带天线的结构。

微带天线由几个主要部分组成，包括辐射片、基底板、馈电线和接地板。

辐射片是微带天线的主要辐射元件，通常由金属片制成，其形状可以是圆形、方形、矩形等。

基底板是支撑辐射片的主体，通常由介质材料制成，如FR-4玻璃纤维复合材料。

馈电线用于将射频信号传输到辐射片上，通常连接在辐射片的一端。

接地板位于基底板的下方，用于与辐射片形成匹配的特性阻抗。

微带天线的工作方式。

微带天线的工作原理基于辐射片和基底板之间的电磁耦合效应。

当射频信号通过馈电线输入到辐射片上时，辐射片和基底板之间会产生电磁场耦合。

这种耦合效应导致辐射片上产生电流，并且在空间中辐射出电磁波。

由于辐射片的尺寸通常远小于工作波长，因此微带天线通常被认为是一种表面波天线，其辐射模式主要集中在基底板表面附近。

微带天线的特点。

微带天线具有许多独特的特点，使其在无线通信系统中得到了广泛应用。

首先，微带天线的结构简单、体积小、重量轻，易于集成到各种设备中。

其次，微带天线的工作频段宽，可以通过调整辐射片的尺寸和形状来实现多频段的设计。

此外，微带天线的辐射特性可以通过改变基底板的介电常数和厚度来实现调节，具有较高的灵活性。

最后，微带天线的制作成本低，适合大规模生产和应用。

微带天线的应用。

微带天线在无线通信、雷达系统、卫星通信等领域得到了广泛应用。

在无线通信系统中，微带天线常用于移动通信基站、无线局域网、蓝牙设备等。

在雷达系统中，微带天线常用于航空雷达、地面雷达、海洋雷达等。

在卫星通信中，微带天线常用于卫星通信地面站、卫星通信终端设备等。

由于微带天线具有结构简单、性能稳定、制作成本低等优点，因此在各种应用场景中都得到了广泛应用。

机遇在于随着新材料、新工艺的不断 涌现，为微带天线的发展提供了更多 可能性。
感谢观看
THANKS
04
微带天线优缺点
优点
低剖面
微带天线的高度通常在毫米级，非常适合于 空间受限的应用场景。
多频段工作
通过改变贴片的形状和尺寸，微带天线可以 在多个频段上工作。
易于集成
微带天线可以方便地与微波集成电路集成在 一起，形成统一的微波系统。
易于实现圆极化
微带天线可以方便地实现圆极化，从而扩大 其应用范围。
先进的工艺技术
采用先进的工艺技术，如光刻、刻蚀等，以实现精确的贴片形状和 尺寸。
设计实例
矩形微带天线
设计一个矩形微带天线， 工作在2.4GHz频段，增 益为5dBi，波束宽度为 60度。
圆形微带天线
设计一个圆形微带天线， 工作在5GHz频段，增 益为8dBi，波束宽度为 45度。
多频带微带天线
设计一个多频带微带天 线，覆盖2.4GHz和 5GHz频段，增益为 7dBi，波束宽度为60度。
历史与发展
起源
微带天线由马可尼公司于1970年 代初研制成功，最初用于卫星通
信。
发展历程
随着微波集成电路技术的发展，微 带天线在材料、工艺和理论等方面 不断取得突破，逐渐成为天线领域 的重要分支。
未来展望
随着5G、物联网等技术的发展，微 带天线将面临更多机遇和挑战，未 来将朝着高性能、多功能、小型化、 集成化等方向发展。
极化方式决定了微带天线 信号的极化状态和稳定性。
方向性决定了微带天线信 号传输的方向和范围。
效率决定了微带天线能量 转换的效率和信号传输的 质量。
03
微带天线设计
设计流程

双频微带天线的研究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，其性能和设计受到了广泛。

双频微带天线作为一种具有特殊性能的天线，具有广泛的应用前景。

本文将介绍双频微带天线的相关知识和研究现状。

双频微带天线的基本结构双频微带天线由基板、辐射元和接地板组成。

基板通常采用低损耗介质材料，如聚四氟乙烯、陶瓷等。

辐射元和接地板通常采用金属材料，如铜、铝等。

辐射元的设计是双频微带天线的核心部分，通常采用贴片、孔径、缝隙等结构形式。

双频微带天线的工作原理双频微带天线的工作原理是利用不同的频率对应不同的谐振模式，从而实现双频工作。

在高频段，天线以主模进行辐射，而在低频段，天线以次模进行辐射。

通过合理设计辐射元的形状和大小，可以调整两个谐振模式的频率比和带宽，从而实现双频微带天线的性能要求。

双频微带天线的特点双频微带天线具有以下特点：1、小型化：由于微带天线是基于印刷电路技术制造的，因此可以在很小的基板上实现天线的功能，方便集成到各种通信设备中。

2、多频性：双频微带天线可以同时工作在两个频率上，提高了天线的利用率和系统性能。

3、宽波束：双频微带天线的辐射波束较宽，增益较低，适用于多方向通信。

4、高隔离度：由于双频微带天线采用不同的谐振模式进行工作，因此具有较高的隔离度，减少了相互干扰。

双频微带天线的应用前景双频微带天线具有广泛的应用前景。

在移动通信领域，双频微带天线可以被应用于手机、平板等便携式设备中，以实现全球移动通信网络的接入。

在卫星通信领域，双频微带天线可以应用于卫星、卫星电视等设备中，实现远距离、高速率的通信。

此外，双频微带天线还可以应用于无线局域网、蓝牙、Zigbee等无线通信系统中。

例如，在无线局域网中，双频微带天线可以提供更高的数据传输速率和更稳定的信号接收效果，提高无线局域网的性能。

总结双频微带天线作为一种具有特殊性能的天线，在无线通信领域具有广泛的应用前景。

本文介绍了双频微带天线的相关知识和研究现状，包括基本结构、工作原理和特点等，并探讨了其应用前景。

宽带微带天线技术的探讨
目录
01 一、宽带微带天线的 定义和重要性
02 二、技术原理
03 三、设计制作
04 四、测试与结果分析
05 五、结论
06 参考内容
在当前的无线通信领域中，宽带微带天线技术已经成为一项至关重要的技术。 本次演示将概述宽带微带天线的定义和重要性，介绍其技术原理、设计制作、 测试与结果分析以及结论和未来的研究方向。
接下来，本次演示将详细介绍小型宽带微带天线的关键设计技术。首先需要对 天线的基本参数进行优化，包括辐射单元、介质基板和接地板等。通过对这些 参数的合理调整，能够使天线在广泛的工作频段内保持稳定的性能。其次，采 用合适的馈电结构也是关键，它可以保证天线的阻抗匹配例如通过优化结构设计、选用高可靠性的材料以 及实施严格的质量控制等手段。
五、结论
本次演示对宽带微带天线技术进行了探讨，介绍了其技术原理、设计制作、测 试与结果分析以及结论和未来的研究方向。宽带微带天线技术具有宽频带、高 集成度、易于制作等优点，被广泛应用于无线通信领域。通过对测试结果的分 析，可以得出该技术在无线通信领域中具有广泛的应用前景。
未来研究方向包括进一步优化宽带微带天线的电路设计，提高其辐射效率和带 宽；研究宽带微带天线在复杂环境和多频段条件下的性能表现；探索将宽带微 带天线与其他通信组件集成一体化的可能性，以实现更小体积、更低成本的无 线通信设备。这些研究方向对于进一步推动宽带微带天线技术的发展具有重要 的意义。
3、制作工艺：将金属导带和电介质按照电路设计的要求进行加工和组装，可 以采用印刷电路板（PCB）工艺或者微机械加工工艺等，制作出微带天线的基 本结构。
4、测试与调试：对制作完成的宽带微带天线进行性能测试，包括辐射效率、 输入阻抗、频率响应等指标的测量，根据测试结果进行调试和优化，确保天线 性能达到预期要求。

1、采可以增加天线的带宽。这是因为多层结 构可以提供更多的谐振腔体，从而产生更多的谐振频率点。此外，通过在各层之 间添加适当的阻抗变换器，可以进一步扩展带宽。
2、采用多频带工作
通过设计多个独立谐振频率的微带天线，可以实现多频带工作。例如，可以 采用多个贴片或多个地面结构来产生多个谐振频率。这种方法可以在不同频率范 围内获得良好的辐射特性，从而实现宽频带工作。
3、采用可调谐谐振器
通过采用可调谐的材料或结构，可以改变微带天线的谐振频率。例如，可以 采用压电材料或磁性材料来实现频率调谐。这种方法可以在不同频率范围内获得 良好的辐射特性，从而实现宽频带工作。
4、采用超材料技术
通过采用超材料技术，可以设计出具有特殊电磁特性的微带天线。例如，可 以采用超材料结构来增强天线的带宽或改变天线的辐射方向图。这种方法可以在 不同频率范围内获得良好的辐射特性，从而实现宽频带工作。
一、宽频带微带天线的理论基础
微带天线的带宽主要受限于其辐射单元的尺寸和形状。为了提高微带天线的 带宽，可以从以下几个方面进行考虑：
1、增加辐射单元的尺寸：辐射单元的尺寸增加可以有效地减小表面波的传 播长度，从而扩展天线的带宽。然而，这也会导致天线的尺寸增大，因此在设计 时需要权衡尺寸和带宽的关系。
二、微带天线的宽频带设计
宽频带设计是指通过调整天线的设计参数，使其在宽频率范围内保持稳定的 性能。对于微带天线来说，宽频带设计是一项重要的挑战，因为微带天线的带宽 通常很窄。
1、调整几何结构：通过改变导体片的形状和尺寸，可以影响微带天线的带 宽。例如，可以增加导体片的面积或调整导体片的边缘曲线，以改变电流分布和 辐射阻抗，从而增加带宽。
3、阻抗：天线的阻抗是指电流在天线中流动时遇到的电阻。阻抗与天线的 辐射效率和稳定性密切相关。计算阻抗通常需要考虑天线的工作频率、形状和尺 寸，以及周围环境的介电常数和磁导率等因素。