微带天线设计13345

一种小型微带宽带全向天线的设计孙鲁兵摘要：随着无线通信技术的高速发展，在通信基站等多类系统中，全向天线得到了越来越广泛的应用，对全向天线的性能要求也越来越高，微带全向天线具有工艺简单和成本低廉等优势，成为全向天线设计的新潮流。

宽带天线在天线应用中具有较高的适应性。

基于这几类天线的优点，本文设计了一种小型的微带宽带全向天线，该天线的尺寸很小，仅为30mm*20mm*0.813mm，它由印刷在介质板上的偶极子组成，以此来实现全向辐射。

该天线通过微帶线侧馈的方式进行馈电。

仿真结果表明，该天线的相对带宽较宽，约为17.5%（4.83～5.76GHz）;在该频带内，天线具有较好的水平全向特性，且天线的最高增益达到了3.2dB。

主瓣方向在整个工作频段内保持相对稳定。

关键词：小型化;微带天线;全向天线DOI：10.12249/j.issn.1005-4669.2020.27.3281引言随着无线通信的飞速发展，对通信系统所需天线性能指标的要求也越来越高。

全向天线可以与水平面360度范围内的目标进行通信，因此被广泛用于移动通信、卫星通信、无线传感器以及空间飞行器等通信设备中。

宽带天线能够最大程度上满足大容量、高速度、高适应性等信息传输的要求，并且一副宽带天线有可能应用于多种不同的通信系统。

进而减少体统中天线的数量，实现通信系统的小型化。

微带天线因其加工工艺简单，成本低，剖面低，可集成化度高等优点有其得天独厚的优势，在当今超薄化、小型化的天线要求下发挥了巨大的作用[1-4]。

本文中，提出了一种小型化的微带宽带全向天线。

该天线结构十分简单紧凑，有利于集成加工以及阵列天线的设计。

该天线在工作频段内表现出良好的水平全向辐射特性，并且具有较高的增益和较宽的带宽及较小的不圆度。

2天线结构设计本文设计的微带宽带全向天线结构如图1所示。

该阵列天线使用的介质板为RO4003C，其尺寸为30mm*20mm*0.813mm。

该天线包含一对偶极子作为辐射单元，将传统的偶极子天线转换到一个平面上，大大缩小了天线的体积，结构紧凑并进行了双面设计，偶极子的两臂分别刻蚀在介质基板的正面和背面。

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。

08通信陆静晔0828401034微带天线设计一、实验目的：●利用电磁软件Ansoft HFSS设计一款微带天线⏹微带天线的要求：工作频率为2.5GHz，带宽（S11<-10dB）大于5%。

●在仿真实验的帮助下对各种微波元件有个具体形象的了解。

二、实验原理：微带天线的概念首先是由Deschamps于1953年提出来的，经过20年左右的发展，Munson和Howell于20世纪70年代初期制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。

图1-1是一个简单的微带贴片天线的结构，由辐射源、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源的长度L、辐射源的宽度W、介质层的厚度h、介质的相图1-1对介电常数εr和损耗正切tanδ、介质层的长度LG和宽度WG。

图1-1所示的微带贴片天线是采用微带线来馈电的，本次将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源相连接。

对于矩形贴片微带天线，理论分析时可以采用传输线模型来分析其性能。

矩形贴片微带天线的工作主模式是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1-2（a）所示，在长度L方向上可以看作成有两个终端开路的缝隙辐射出电磁能量，在宽度W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1-2（b）可以看出，微带线边缘的电场可以分解成垂直于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 （1-1）式中，λg 表示导波波长，有λg =λ0∕√εe (1-2)式中，λ0表示自由空间波长；εe 表示有效介电常数，且εe =εr +12+εr −12(1+12h W)−12 (1-3) 式中，εr 表示介质的相对介电常数；h 表示介质层厚度；W 表示微带贴片的厚度。

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。

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。

《新型级联馈电微带天线设计及应用》篇一一、引言随着无线通信技术的飞速发展，微带天线因其轻便、低成本、易集成的优势，被广泛应用于各种无线通信系统中。

为了满足日益增长的通信需求，研究新型的微带天线设计成为了天线设计领域的重要课题。

本文提出了一种新型级联馈电微带天线设计，并通过仿真验证了其优越的性能。

二、新型级联馈电微带天线设计1. 设计原理新型级联馈电微带天线设计基于微带线与耦合馈电技术的结合，通过优化馈电网络和天线结构，实现了天线的级联馈电。

该设计利用多个微带天线单元的级联，提高了天线的增益和带宽，同时降低了天线的互耦效应。

2. 设计流程(1) 确定天线的工作频率和带宽要求；(2) 选择合适的介质基板和天线材料；(3) 设计微带线馈电网络，优化馈电点的位置和阻抗匹配；(4) 设计天线单元，包括辐射贴片、接地平面和馈电点的形状和尺寸；(5) 对天线进行仿真和优化，调整参数以获得最佳性能；(6) 制作实物并进行测试，验证仿真结果的正确性。

三、仿真与实验结果1. 仿真结果通过电磁仿真软件对新型级联馈电微带天线进行仿真，得到了天线的回波损耗、辐射方向图、增益等性能参数。

仿真结果表明，该天线具有较宽的工作带宽和较高的增益，同时具有较低的互耦效应。

2. 实验结果根据仿真结果，制作了实物天线并进行测试。

测试结果表明，该天线的性能与仿真结果基本一致，验证了设计的正确性和可行性。

四、应用与展望1. 应用领域新型级联馈电微带天线具有宽频带、高增益、低互耦等优点，可广泛应用于无线通信、雷达、遥感等领域。

例如，可用于移动通信基站的收发天线、卫星通信系统的天线等。

2. 展望未来随着无线通信技术的不断发展，对天线的性能要求也越来越高。

未来，新型级联馈电微带天线设计将继续优化，提高天线的增益和带宽，降低互耦效应，以适应更高频段和更大容量的无线通信需求。

同时，结合新材料、新工艺，实现天线的轻量化、低成本化，推动无线通信技术的发展。

《新型级联馈电微带天线设计及应用》篇一一、引言随着无线通信技术的飞速发展，天线作为无线通信系统中的重要组成部分，其性能的优劣直接影响到整个系统的性能。

微带天线因其体积小、重量轻、低剖面、易于集成等优点，在无线通信领域得到了广泛应用。

然而，传统的微带天线存在带宽窄、效率低等问题。

为了解决这些问题，新型级联馈电微带天线设计应运而生。

本文将介绍新型级联馈电微带天线的设计原理、设计方法以及应用领域。

二、新型级联馈电微带天线设计原理新型级联馈电微带天线设计是基于传统微带天线的基础上，通过级联的方式改变天线的馈电方式和结构，以提高天线的带宽和效率。

其设计原理主要包括以下几个方面：1. 级联馈电结构设计：通过将多个微带天线单元级联起来，形成一个具有多频段特性的天线阵列。

这种结构可以有效地扩展天线的带宽，提高天线的增益和辐射效率。

2. 阻抗匹配技术：在级联馈电结构的基础上，采用阻抗匹配技术，使天线的输入阻抗与传输线的特性阻抗相匹配，从而减小反射损耗，提高天线的传输效率。

3. 材料选择与优化：选择合适的材料和优化材料参数，如介电常数、损耗角正切等，以降低天线的谐振频率和减小辐射损耗。

三、新型级联馈电微带天线设计方法新型级联馈电微带天线设计需要结合具体的应用场景和要求，采用合适的设计方法。

一般来说，设计过程包括以下几个步骤：1. 确定天线的工作频率和带宽要求；2. 选择合适的材料和基板厚度；3. 设计级联馈电结构，包括天线单元的数量、排列方式和馈电方式；4. 进行阻抗匹配和优化设计；5. 仿真分析和实验验证。

四、新型级联馈电微带天线的应用新型级联馈电微带天线具有优异的性能和广泛的应用领域。

其主要应用包括：1. 无线通信领域：用于手机、基站、卫星通信等无线通信设备中，提高通信质量和传输速率。

2. 雷达探测领域：用于雷达天线中，提高雷达的探测距离和精度。

3. 航空航天领域：用于飞机、卫星等航空航天器的通信和导航系统中，提高系统的可靠性和性能。