小型化微带天线的研究

双频微带天线的研究一、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，在无线通信、雷达、卫星通信等领域得到了广泛应用。

双频微带天线作为微带天线的一种特殊形式，具有能够在两个不同频段同时工作的特点，因此在多频段无线通信系统中具有重要的应用价值。

本文旨在深入研究双频微带天线的设计理论、性能优化及其在实际应用中的表现，为双频微带天线的进一步发展提供理论支持和实践指导。

本文首先回顾了微带天线的发展历程和研究现状，介绍了双频微带天线的基本原理和设计方法。

在此基础上，对双频微带天线的关键参数进行了详细分析，包括天线的尺寸、介质基板的选取、馈电方式等，并对影响天线性能的主要因素进行了讨论。

接着，本文提出了一种新型的双频微带天线设计方案，并对其进行了仿真分析和实验验证。

仿真结果表明，该设计方案在预定频段内具有良好的阻抗匹配和辐射性能。

本文还对双频微带天线在实际应用中的性能表现进行了评估，为其在无线通信系统中的应用提供了参考依据。

通过本文的研究，不仅能够加深对双频微带天线设计理论和性能优化的理解，还能为双频微带天线在实际应用中的推广提供有力支持。

本文的研究成果也为其他类型的多频段天线设计提供了有益的借鉴和参考。

二、双频微带天线的基本理论双频微带天线是近年来无线通信领域研究的热点之一，其基本理论主要基于电磁波的传播特性和天线的辐射原理。

微带天线是一种薄型、轻质、低剖面的天线，它利用微带线或同轴线等馈电方式，将电磁波辐射到空间中。

双频微带天线则是指能够在两个不同频段内同时工作的天线，这种天线具有多频带、小型化、集成化等优点，在无线通信、雷达、卫星通信等领域具有广泛的应用前景。

双频微带天线的基本理论主要包括天线辐射原理、谐振理论、阻抗匹配等。

天线辐射原理是天线工作的基础，它涉及到电磁波的传播和辐射。

微带天线通过微带线上的电场和磁场分布，将电磁波转化为空间中的辐射波。

双频微带天线则需要在两个不同频段内实现辐射，因此需要通过设计合适的天线结构和馈电方式来实现。

一种基于超材料的小型化宽带微带天线何杨炯;张世全;李雪健【摘要】分别将创新设计的“正方形”和“四方形”超材料单元刻在普通微带天线的辐射贴片和接地板上，设计了工作在3.66GHz-14.42GHz的一种小型化宽带高增益微带天线。

与原始的天线相比，新型天线的谐振中心频率降低了34.8%，相对带宽从3.76%扩展到229.9%，同时保持了良好的增益。

实物测试结果与仿真结果吻合较好。

因为超材料的左手传输特性影响了微带天线介质基板的等效媒质参数，导致天线的辐射场主要集中在水平方向，而不是传统的微带天线的垂直方向。

%The novel designed“square”metamat erial units were etched on upper patches with ordinary microstrip antenna and the bottom ground plane, respectively,thus working out a miniaturized broadband high-gain microstrip antenna working under pared with the original antenna,the resonance center frequency of the new antenna is decreased by 34.8%;the relative bandwidth is expanded to 229.9% from 3.76% while favorable gain is maintained.The material test results and the simulation results are in line with each other.The performance improvement is attributed to the fact that the left-hand transmission features of metamaterial affected the equivalent medium parameters of the microstrip antenna dielectric substrate,and the radiation field of the antenna concentrates on the horizontal direction rather than the vertical direction for traditional bandwidth antenna.【期刊名称】《电子世界》【年(卷),期】2016(000)011【总页数】2页(P46-47)【关键词】小型化;微带天线;宽带;超材料【作者】何杨炯;张世全;李雪健【作者单位】武警工程大学;武警工程大学理学院;武警工程大学【正文语种】中文实现天线的小型化一直是科研工作者的研究热点，常用的方法包括加载无源集总元件、加载特殊材料基板、增加接地板等。

现代电子技术Modern Electronics TechniqueJul.2023Vol.46No.142023年7月15日第46卷第14期0引言随着时代的发展，向大容量、高速率方向发展的无线通信技术成为了该领域的主要目标[1‐2]。

作为通信系统中的关键模块，超宽带[3‐4]（UWB ）天线可以极大提高无线通信系统的信道容量、频谱效率和工作带宽范围，有着广阔的应用前景。

具有三维结构的倒锥天线，结构对称性高，能够实现43∶1的阻抗带宽[5]，但是其体积大，馈电结构稳定性差。

因此，具有低成本、易小型化及易加工等优势的微带单极子天线，逐渐成为无线通信领域的焦点[6]。

基于印刷电路板（PCB ）的微带单极子天线，在贴片上采用分形结构，比如六边型[7]、雪花型[8]或者勋章型[9]等，增加贴片的周长来提升带宽。

相比于线形结构，圆形结构周长更大，且对称性高，带宽更宽。

文献[10]中，利用椭圆型辐射贴片实现了24.1∶1的宽带阻抗匹配。

DOI ：10.16652/j.issn.1004‐373x.2023.14.001引用格式：李想，曹建银，姚晨阳，等.小型化超宽带叶型微带单极子天线设计[J].现代电子技术，2023，46（14）：1‐6.小型化超宽带叶型微带单极子天线设计李想1，3，曹建银2，姚晨阳2，3，丁振东2，王昊2，3，陶诗飞2（1.电磁空间认知与智能控制技术实验室，北京100191；2.南京理工大学，江苏南京210094；3.南湖实验室，浙江嘉兴314002）摘要：针对目前超宽带（UWB ）微带单极子天线带宽较窄以及尺寸较大等缺点，文中提出一种基于共面波导（CPW ）馈电的小型化超宽带微带单极子天线。

该天线由叶型的辐射贴片（其上挖去3个圆形贴片）、梯形地板和环形三叉戟共面馈电组成，可实现1~18GHz 的超宽带频率覆盖。

使用HFSS 软件对天线的结构和尺寸进行分析，得出最终的天线尺寸仅为40mm×75mm×0.5mm 。

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。

第一章论文设计研究背景1.1微带天线的发展1.1.1天线天线是作无线电波的发射或接收用的一种金属装置(如杆、线或线的排列)。

在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。

无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来进行工作。

此外，在用电磁波传送能量方面，非信号的能量辐射也需要天线。

一般天线都具有可逆性，即同一副天线既可用作发射天线，也可用作接收天线。

同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。

这就是天线的互易定理。

天线的分类：①按工作性质可分为发射天线和接收天线。

②按用途可分为通信天线、广播天线、电视天线、雷达天线等。

③按工作波长可分为超长波天线、长波天线、中波天线、短波天线、超短波天线，微波天线等。

④按结构形式和工作原理可分为线天线和面天线等。

描述天线的特性参量有方向图、方向性系数、增益、输入阻抗、辐射效率、极化和频率。

天线按维数来分可以分成两种类型：一维天线和二维天线一维天线由许多电线组成，这些电线或者像手机上用到的直线，或者是一些灵巧的形状，就像出现电缆之前在电视机上使用的老兔子耳朵。

单极和双级天线是两种最基本的一维天线。

二维天线变化多样，有片状（一块正方形金属）、阵列状（组织好的二维模式的一束片），还有喇叭状，碟状。

1.1.2微带天线微带天线是近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。

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。