微带贴片天线概论剖析.ppt

第三讲 微带天线设计 本讲座关于微带天线设计理论取自“微带天线”（美I.J.鲍尔 P.布哈蒂亚著，梁联倬等译，1985年电子工业出版社），虽然必威体育精装版资料没有反映，但基本概念仍是有用的。国内也有几本微带天线的书，很多内容也取自鲍尔的著作，故本讲座关于微带天线设计理论部分就参考鲍尔一书。至于本讲座后面推荐的微带天线设计软件是否用了鲍尔的有关公式，我们并不十分关心，比如Sonnet软件依据的是矩量法。不同的设计软件有不同的特色，所依据的设计公式、方法有差别，有兴趣的读者最好参阅相关的文献。 天线举例 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?来计量。因为工作于波长? = 2m的长为1m的偶极子天线的辐射特性与工作于波长? = 2cm的长为1cm的偶极子天线是相同的。 描述天线特性的主要参数 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：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G与方向性GD 波束宽度与旁瓣电平 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?B。波束宽度?B与立体角?B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。 天线效率与辐射电阻 极化特性、频带宽度与输入阻抗 极化特性是指天线在最大辐射方向上电场矢量的方向随时间变化的规律。按天线所辐射的电场的极化形式，可将天线分为线极化天线、圆极化天线和椭圆极化天线。线极化又可分为水平极化和垂直极化；圆极化和椭圆极化都可分为左旋和右旋。 输入阻抗与电压驻波比： 天线的输入阻抗等于传输线的特性阻抗，才能使天线获得最大功率。 当天线工作频率偏离设计频率时，天线与传输线的匹配变坏，致使传输线上电压驻波比增大，天线效率降低。因此在实际应用中，还引入电压驻波比参数，并且驻波比不能大于某一规定值。 天线的电参数都与频率有关，当工作频率偏离设计频率时，往往要引起天线参数的变化。当工作频率变化时，天线的有关电参数不应超出规定的范围，这一频率范围称为频带宽度，简称为天线的带宽。 天线的互易性与远区场定义 在天线很多应用场合，远区场的假设都是成立的。远区场假设为我们分析研究天线辐射的场带来很大方便。这里所谓很远很远都是以波长来计量的。 微带天线的优缺点及应用 同常规的微波天线相比，微带天线具有一些优点。因而，在大约从100MHz到50GHz的宽频带上获得了大量的应用。与通常的微波天线相比，微带天线的一些主要优点是： 重量轻、体积小、剖面薄的平面结构，可以做成共形天线； 制造成本低，易于大量生产； 可以做得很薄，因此，不扰动装载的宇宙飞船的空气动力学性能； 无需作大的变动，天线就能很容易地装在导弹、火箭和卫星上； 天线的散射截面较小； 稍稍改变馈电位置就可以获得线极化和圆极化（左旋和右旋）； 比较容易制成双频率工作的天线； 不需要背腔； 微带天线适合于组合式设计（固体器件，如振荡器、放大器、可变衰减器、开关、调制器、混频器、移相器等可以直接加到天线基片上）； 馈线和匹配网络可以和天线结构同时制作。 微带天线的应用 在许多实际设计中，微带天线的优点远远超过它的缺点。在一些显要的系统中已经应用微带天线的有： 移动通信； 卫星通讯； 多普勒及其它雷达； 无线电测高计； 指挥和控制系统； 导弹遥测； 武器信管； 便携装置； 环境检测仪表和遥感； 复杂天线中的馈电单元； 卫星导航接收机； 生物医学辐射器。 这些绝没有列全，随着对微带天线应用可能性认识的提高，微带天线的应用场合将继续增多。 微带天线结构 微微带天线可以分为三种基本类型：微带贴片天线、微带行波天线和微带缝隙天线。 微带贴片天线 微带贴片天线（MPA）是由介质基片、在基片一面上有任意平面几何形状的导电贴片和基片另一面上的地板所构成。实际上，能计算其辐射特性的贴片图形是有限的。 正方形 圆形 矩形 椭圆形