微带天线设计

宽带圆极化微带天线分析与设计一、本文概述本文旨在深入探讨宽带圆极化微带天线的分析与设计。

随着无线通信技术的飞速发展，天线作为无线通信系统的关键组成部分，其性能直接影响到整个系统的传输质量和效率。

宽带圆极化微带天线作为一种重要的天线类型，具有宽频带、圆极化、低剖面、易集成等优点，因此在卫星通信、移动通信、雷达系统等领域具有广泛的应用前景。

本文将首先介绍宽带圆极化微带天线的基本原理和特性，包括其辐射机制、极化特性、带宽特性等。

随后，将详细分析宽带圆极化微带天线的设计方法，包括天线尺寸的选择、馈电方式的设计、介质基板的选取等。

在此基础上，将探讨影响天线性能的关键因素，如阻抗匹配、交叉极化、增益等，并提出相应的优化策略。

本文还将通过具体的案例分析，展示宽带圆极化微带天线在实际应用中的性能表现。

通过对比分析不同设计方案下的天线性能，为工程师和研究者在实际应用中提供有益的参考。

本文将总结宽带圆极化微带天线的设计与优化策略，并展望其未来的发展趋势和应用前景。

通过本文的研究，旨在为宽带圆极化微带天线的分析与设计提供理论支持和实践指导。

二、圆极化微带天线的基本原理圆极化微带天线是一种能够在空间中产生圆形极化波的天线，它具有独特的电磁辐射特性，广泛应用于无线通信、雷达探测和卫星通信等领域。

了解圆极化微带天线的基本原理对于其分析与设计至关重要。

圆极化波是一种电磁波，其电场矢量在空间中随时间旋转，形成一个圆形的轨迹。

圆极化微带天线通过特定的设计和构造，能够在其辐射区域内产生这样的圆形极化波。

这种波形的特性在于，无论接收天线的极化方式如何，圆极化波都能在一定程度上被接收，因此具有更好的抗干扰能力和更广泛的适用性。

圆极化微带天线的基本原理主要基于电磁场理论和天线辐射原理。

它通过在微带天线的辐射贴片上引入特定的相位差，使得天线的两个正交分量产生90度的相位差，从而形成圆极化波。

这种相位差可以通过在辐射贴片上刻蚀特定的槽口或引入附加的相位延迟线来实现。

微波仿真论坛_HFSS设计微带天线
一、前言
微带天线，即微带感应力天线，是一种先进的电磁发射天线，它采用微细空心管及其他微带元件，广泛应用于宽带、多址无线通信、脉冲定位系统、脉冲探测系统等许多应用中。

以HFSS为工具，设计微带感应力天线，能够更加直观地分析微带天线的性能，从而帮助我们了解微带天线的传输特性，并根据实际应用需求实现天线高效性能设计。

二、微波仿真HFSS的设计步骤：
1、首先，选择好所采用的HFSS软件，确定需要分析的微带感应力天线的构型，并建立计算模型。

2、根据相关理论，计算出微带天线的基本参数，如振子长度、空心管半径和微带宽度等，以及天线的振荡频率、相位阶跃和频带宽等。

3、设置相应的仿真网格，根据天线实际的构形，划分仿真区域，确定网格大小和步长，以达到较高的空间分辨率，从而获得更准确的仿真结果。

4、设置仿真参考电路，根据计算出的微带天线振子长度、空心管半径和微带宽度等，及其传输特性，利用HFSS软件设置好参考模型，以及仿真频率。

5、开启仿真计算，间接计算和直接计算，从而获得微带感应力天线的S参数，用于评估微带天线的性能。

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（圆形贴片）仿真设计一.设计要求矩形贴片是微带贴片天线最基本的模型，本设计就是基于微带贴片天线基础理论以及熟练掌握HFSS10仿真软件基础上，设计一个右手圆极化矩形贴片天线，其工作频率为2.45GHz，分析其远区辐射场特性以及S曲线。

二．设计目的1.理解和掌握微带天线的设计原理。

2.选定微带天线的参数：工作频率、介质基片厚度、贴片模型及馈电点位置。

3.创建工程并根据设计尺寸参数指标绘制微带天线HFSS模型。

4.保存工程后设定边界条件、求解扫描频率，生成S参数曲线和方向图。

5.观察对比不同尺寸参数的微带天线的仿真结果，并分析它们对性能的影响。

三．实验原理矩形贴片天线如下图一所示，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。

图一矩形贴片天线示意图四．贴片天线仿真步骤1、建立新的工程运行HFSS，点击菜单栏中的Project>Insert HFSS Dessign，建立一个新的工程。

2、设置求解类型（1）在菜单栏中点击HFSS>Solution Type。

（2）在弹出的Solution Type窗口中（a）选择Driven Modal。

微带天线设计实验报告hsff1. 引言微带天线是指一种在非导体衬底上，厚度远小于工作波长的金属片片状天线。

由于其结构简单、易于实现和与尺寸成正比的频率调谐特性，微带天线在无线通信系统、雷达系统、卫星通信系统等领域都有广泛应用。

本实验旨在设计一种基于微带天线的无线通信系统。

2. 设计原理微带天线的设计基于微带线的传输线理论和天线理论，通过调整微带天线的几何结构，可以实现对特定频率信号的发送和接收。

在本实验中，我们需要设计一种工作频率为2.4 GHz的微带天线。

微带天线主要由导体衬底、金属贴片和喇叭线组成。

导体衬底可以是介电材料，如玻璃纤维板、陶瓷板等，也可以是金属材料。

金属贴片是微带天线的辐射元件，其几何形状和尺寸决定了天线的频率特性。

喇叭线用于连接导体衬底和金属贴片，起到提供电信号的功能。

3. 设计步骤根据微带天线的设计原理和工作频率要求，我们可以按照以下步骤来设计微带天线：步骤一：确定导体衬底材料和尺寸根据设计要求选择合适的导体衬底材料，一般可选用介电常数在2到12之间的材料。

确定导体衬底的尺寸，以便适应工作频率。

步骤二：计算金属贴片的尺寸根据所选导体衬底的材料和尺寸，计算金属贴片的尺寸。

一般来说，金属贴片的长度和宽度与工作波长有关，且与导体衬底的介电常数相关。

步骤三：确定喇叭线的结构根据所选导体衬底的材料和尺寸，设计合适的喇叭线结构。

喇叭线的长度、宽度和厚度都会影响微带天线的频率调谐特性。

步骤四：制作微带天线样品根据设计得到的尺寸参数，使用相应的工艺方法制作微带天线样品。

常用的制作方法包括化学腐蚀、电镀等。

步骤五：测试天线性能通过天线测试仪器对微带天线进行性能测试，包括频率响应、增益、辐射图形等参数的测量。

4. 实验结果与分析经过设计和制作，在实验中成功制作了一种工作频率为2.4 GHz的微带天线样品。

经测试，该微带天线样品的频率响应符合设计要求，在工作频率范围内具有良好的增益和辐射特性。

为了进一步优化微带天线的性能，我们对设计参数进行了微调，得到了更好的工作频率和辐射特性。

矩形微带天线设计1、 技术参数：中心频率2.45GHz ，带宽60MHz 全向微带天线2、 参数计算： 1） 选择介质基片选择陶瓷基片εr ＝9.8，厚度h=1.27mm ，1.27mm 的基片有较高的天线效率，较宽 的带宽以及较高的增益。

2） 计算贴片宽度（1）通过公式（1）算出贴片宽度为w=0.02635m=26.35mm3） 计算贴片长度求得 8.9 ， =0.543mm ，L=19.44mm4） 馈电点的计算w=26.35mm 122.45mmG r =20901⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛λw =5.145×10-4β=153 cos 2(βz)=()z Y G2in = 5.145×10-2βz= cos -1(21045.15-⨯)=1.342求得：z=0.00877m=8.77mm 5）馈线的宽度和长度采用ADS 中的linecalc 工具来计算馈线的宽度和长度，计算结果为： 馈线的宽度应为：1.21mm ，长度应为：1.32mm 3、 建模及仿真 1） 建模在ADS 中建立矩形天线的模型2)仿真及结果分析Frequency M a g . [d B ]S11FrequencyP h a s e [d e g ]S11由上图可见，理论上的计算结果与实际的符合还是相当不错的，中心频率大约在2.45GHz 左右只是中心频率处反射系数S11还比较大，从而匹配不理想，在2.45GHz 处，m1距离圆图上的坐标原点还有相当的距离。

在2.45GHz 下的输入阻抗是：Z0*（0.147-j0.517）＝7.35－j25.85。

还需要对初始的设计图进行匹配优化设计工作，使其达到完全的匹配。

下图是天线总的2D 方向辐射图。

3）进行阻抗匹配为了进一步减小反射系数，达到较理想的匹配，并且使中心频率更加精确，可以在Schmatic 中进行匹配。

天线在3GHz 下的输入阻抗是：Z0*（0.147-j0.517）＝7.35－j25.85，这可以等效为一个电阻和电容的串连。

矩形微带天线设计与阻抗匹配网络矩形微带天线设计与阻抗匹配网络引言:微带天线是一种工作在无线通信系统中的重要天线结构，其具有小型化、轻量化、易于集成电路等优点，在现代无线通信系统中得到了广泛应用。

而阻抗匹配网络作为微带天线的关键部分，对于天线的性能起着决定性作用。

本文主要对矩形微带天线设计及其阻抗匹配网络进行研究和分析。

一、矩形微带天线的设计：为了确定矩形微带天线的结构参数和工作频率，需要进行天线的几何构造和电磁参数的计算。

首先，确定天线的长度和宽度，通过优化设计得到最佳的工作频率。

在设计中，天线长度可以用来调节天线的谐振频率，而天线宽度则是用来控制天线的输入阻抗。

根据实际需求，可以选择不同尺寸的矩形微带天线结构。

然后，通过天线的电磁参数计算，包括互感、电感、电容等等，可以确定天线在所选频率下的输入阻抗和谐振条件。

二、矩形微带天线的阻抗匹配网络设计：矩形微带天线由于其特殊的结构和工作原理，导致其输入阻抗常常不匹配。

为了提高天线的实际效能，需要设计适当的阻抗匹配网络，将天线的输入阻抗与发射/接收端的信号源阻抗进行匹配。

阻抗匹配网络的设计目标是使天线输入阻抗与信号源的阻抗相等，从而减小反射损耗，提高天线的效率。

常见的阻抗匹配网络包括LC网络、T型网络和π型网络等。

三、矩形微带天线的性能评估：对于矩形微带天线的设计和阻抗匹配网络的优化，需要进行性能评估。

常见的评估指标包括输入阻抗、驻波比、增益、辐射方向性等。

其中，输入阻抗是确保天线和信号源匹配的重要指标，驻波比则体现了天线的效率和信号的传输质量，增益则是反映了天线的辐射能力。

四、矩形微带天线设计的实例分析：为了验证矩形微带天线的设计与阻抗匹配网络的有效性，我们设计了一个具体的实例。

通过模拟软件和硬件实验的手段，我们得到了矩形微带天线在设计频率下的输入阻抗和驻波比。

然后，通过调整阻抗匹配网络，使得天线的输入阻抗与信号源的阻抗相匹配。

最后，评估天线的增益、辐射方向性等性能指标。

微带天线设计天线大体可分为线天线和口径天线两类。

移动通信用的VHF 、UHF 天线，大多是以对称振子为基础而发展的各种型式的线天线，卫星地面站接收卫星信号大多用抛物面天线（口径天线）。

天线的特征与天线的形状、大小及构成材料有关。

天线的大小一般以天线发射或接收电磁波的波长l 来计量。

因为工作于波长l = 2m 的长为1m 的偶极子天线的辐射特性与工作于波长l = 2cm 的长为1cm 的偶极子天线是相同的。

与天线方向性有关参数：方向性函数或方向图 离开天线一定距离处，描述天线辐射的电磁场强度在空间的相对分布的数学表达式，称为天线的方向性函数； 把方向性函数用图形表示出来，就是方向图。

最大辐射波束通常称为方向图的主瓣。

主瓣旁边的几个小的波束叫旁瓣。

为了方便对各种天线的方向图进行比较，就需要规定一些表示方向图特性的参数，这些参数有：1．天线增益G （或方向性GD ）、波束宽度（或主瓣宽度）、旁瓣电平等。

2．天线效率3．极化特性4．频带宽度5．输入阻抗天线增益是在波阵面某一给定方向天线辐射强度的量度。

它是被研究天线在最大辐射方向的辐射强度与被研究天线具有同等输入功率的各向同性天线在同一点所产生的最大辐射强度之比。

天线方向性GD与天线增益G类似但与天线增益定义略有不同。

因为天线总有损耗，天线辐射功率比馈入功率总要小一些，所以天线增益总要比天线方向性小一些。

理想天线能把全部馈入天线的功率限制在某一立体角ΩB内辐射出去，且在ΩB立体角内均匀分布。

这种情况下天线增益与天线方向性相等。

理想的天线辐射波束立体角ΩB及波束宽度θB实际天线的辐射功率有时并不限制在一个波束中，在一个波束内也非均匀分布。

在波束中心辐射强度最大，偏离波束中心，辐射强度减小。

辐射强度减小到3db时的立体角即定义为ΩB。

波束宽度θB与立体角ΩB关系为旁瓣电平旁瓣电平是指主瓣最近且电平最高的。

第一旁瓣电平，一般以分贝表示。

方向图的旁瓣区一般是不需要辐射的区域，其电平应尽可能的低。

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。

微带天线的设计和阻抗匹配微带天线是一种广泛应用于无线通信领域的新型天线。

它具有体积小、重量轻、易于集成等优点，因此特别适合于现代通信系统的应用。

本文将详细介绍微带天线的原理、设计思路、阻抗匹配方法以及实验验证等方面的内容。

微带天线是在介质基板上制作的一种天线。

它主要由辐射元和传输线组成，通过在介质基板上印制金属导带，形成辐射元和传输线，利用电磁波的辐射和传播特性实现天线的功能。

由于辐射元和传输线都印制在介质基板上，因此微带天线具有体积小、重量轻、易于集成等优点。

选择合适的介质基板，根据需要选择介电常数、厚度、稳定性等参数；在介质基板上印制金属导带，形成辐射元和传输线；根据设计要求，对金属导带进行形状和尺寸的调整；为提高天线的性能，需要进行阻抗匹配等调试；选取合适的材料：根据应用场景和设计要求，选择合适的介质基板和金属材料；设计形状和尺寸：根据天线设计的原理，设计合适的辐射元和传输线形状，以及其尺寸大小；考虑天线的抗干扰能力：为提高天线的性能，需要采取措施提高天线的抗干扰能力，如设置保护区、采用滤波器等。

微带天线的阻抗匹配是实现天线高效辐射的关键环节。

通常情况下，微带天线的阻抗不是纯电阻，而是具有一定的电抗分量。

为了使天线与馈线之间实现良好的阻抗匹配，通常采用以下方法：改变馈线的特性阻抗：通过调整馈线的几何形状、材料等参数，改变馈线的特性阻抗，使其与天线的阻抗相匹配；添加电阻、电容等元件：在馈线与天线之间添加适当的电阻、电容等元件，以调整天线的阻抗，实现阻抗匹配；采用分步匹配：通过在馈线与天线之间设置适当的阶梯状阻抗，逐渐接近天线的阻抗，从而实现良好的阻抗匹配。

为了验证微带天线的性能和阻抗匹配的效果，通常需要进行实验测试。

实验测试主要包括以下步骤：搭建测试平台：根据需要搭建测试平台，包括信号源、功率放大器、接收机等；连接测试平台：将微带天线与测试平台连接，确保稳定的信号传输；调整阻抗匹配：根据实验结果，对天线的阻抗匹配进行微调，以获得最佳的性能；进行测试：在不同的频率、距离等条件下进行测试，收集数据并进行分析；结果分析与讨论：根据实验数据进行分析和讨论，评估微带天线的性能和阻抗匹配的效果。

实验十：综合设计-微带贴片天线设计
（自我认为这个做的非常好）
一、设计要求
设计一个矩形微带贴片天线，要求与50Ω馈线匹配连接，匹配结构采用短路单枝节形式。

基板参数:FR4基板，介电系数4.5，基板厚度3 mm，双面覆铜，金属厚度0.018 mm.过孔壁金属厚度0.05 mm.
设计指标:中心频率800 MHz，带宽10 MHz，反射系数小于-10 dB，驻波比小于2,增益大于6 dB。

二、实验仪器
硬件：PC
软件：AWR软件
三、设计步骤
1、贴片天线设计
2、匹配电路设计
3、总体电路设合计
四、数据记录及分析
1、贴片天线设计
（1）尺寸计算：
参数εre
辐射单元馈线
宽度/mm 长度/mm 宽度/mm 长度/mm
计算值 3.4 113 102 5.6 50.7 优化结果—138.1615906405 86.5 ——（2）贴片天线模型：
（3）参数化设置：
（4）Patch参数化模型：（5）分析及优化：
（6）注释分析：
2、匹配电路设计
天线阻抗/Ω参数 d l Z0圆图计算结果0.1930987λ0.109773λ50
电长度/deg 69.515532 39.51828 W/mm
实际值/mm 0.072412 0.041165 5.61906
调节结果/mm —
3、总体电路设合计
（1）建立电路原理图：
（2）版图验证：
（3）分析与调节：调节前：
调节后：
（4）AXIEM电磁提取分析：AXIEM提取后比没有提取的效果差！。

简易微带天线设计微带天线（Microstrip Antennas）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。

微带辐射器的概念首先由Deschamps于1953年提出。

和常用的微波天线相比，微带天线具有以下优点：体积小，重量轻，低剖面，能与载体（如飞行器）共形；制造成本低，易于批量生产；天线的散射截面小；能得到单方向的宽瓣方向图，最大辐射方向在平面的法线方向；易于和微带线路集成；易于实现线极化和圆极化，容易实现双频段、双极化等多功能工作。

微带天线根据其辐射单元形式大致可分为4类：微带贴片天线，微带振子天线，微带线形天线，微带隙缝天线，其中微带贴片天线是最常见的形式。

微带贴片天线由带导体接地板的介质基片上贴加导体薄片形成，通常利用微带线或同轴线一类馈线馈电，使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隙缝向外辐射。

其基片厚度与波长相比一般秀小，因而可实现一维小型化。

导体贴片一般是规则形状的面积单元，如矩形、圆形或圆环形薄片等。

本文描述了一个设计完成的简易微带天线模型及其性能仿真结果，由于能力有限，设计不甚成熟。

设计的微带贴片天线如图1所示，其侧面如图2所示。

图1 微带天线结构设计示意图图2 微带天线结构设计侧面示意图如图所示，设计的微带贴片天线的贴片形状为圆形，其馈电线为微带线。

考察该天线的谐振频率可知，该天线为单频天线，其谐振曲线如图3（以线性单位计）和图4（以dB计）所示。

图3 微带天线谐振曲线（以线性单位计）图4 微带天线谐振曲线（以dB计）从谐振曲线中可看出，该微带天线的谐振频率约为2.9GHz，该谐振频率与天线设计的参数有关，如微带贴片的半径，贴片材料等因素。

适当修改这些参数即可得到中心频率不同的微带天线以适应各种不同的要求。

该微带天线的相位曲线如图5所示。

从相位曲线可以看出，当天线处于谐振频率时，其相位角恰为零。

图5 微带天线的相位曲线设计的微带天线的史密斯圆图如图6所示。