微带天线的历史与优缺点.ppt

1. 1 微带天线的历史与优缺点 和常用的微波天线相比，微带天线有如下一些优点： ⑴ 体积小，重量轻，低剖面，能与载体（如飞行器）共形，并且除了在馈电点处要开出引线孔外，不破坏载体的机械结构，这对于高速飞行器特别有利。 ⑵ 性能多样化。不同设计的微带元，其最大辐射方向可以在边射到端射范围内调整；易于得到各种极化方式；特殊设计的微带元还可以在双频或多频方式下工作。 ⑶ 能和有源器件、电路集成为统一的组件，因此适合大规模生产，简化了整机的制作和调试，大大降低了成本。 和其他天线相比，微带天线也有如下一些缺点： ⑴ 相对带宽较窄，特别是谐振式微带天线，现已有一些改进办法，参见第四章。 ⑵ 损耗较大，因此效率较低，这类似于微带电路。特别是行波微带天线，在匹配负载上有较大的损耗。 ⑶ 单个微带天线的功率容量较小。 ⑷ 介质基片对性能影响大。由于工艺条件的限制，批量生产的介质基片的均匀性和一致性还有欠缺，这影响了微带天线的批量生产和大型天线阵的构建。 1.2 微带天线的馈电技术 对微带天线的激励方式主要分为两大类：直接馈电法和间接馈电法。直接与贴片相接触的方法称为直接馈电法，目前普遍采用的有同轴背馈法和微带线侧馈法。与贴片无直接接触的激励方法就是间接馈电法，此类方法主要有：电磁耦合法，缝隙耦合法和共面波导馈电法等。馈电技术直接影响到天线的阻抗特性，所以也是天线设计中的一个重要组成部分。 1.3 馈电结构模型 1.4 微带天线的应用 微带天线的优势有：低剖面、低成本并可制成多功能、可共形的天线；可集成到无线电设备内部，可用于室内，也可用于室外；其尺寸可大可小，大的微带天线其长宽可到十几米，而一副用于PCS的内部集成的宽带微带天线，其尺寸是15mm×15mm×1.5mm。显然，其优势是明显的。目前，微带天线已在空间技术，移动通信卫星和手持便携式通信设备中得到了广泛的应用。 对微带天线的研究正在蓬勃地展开，这是一个具有极强生命力的课题。随着相关技术的发展，微带天线无论在理论研究，还是在工艺制造上都将越来越成熟，必将开辟更为广阔的应用领域。 2 微带天线的分析方法 传输线模型(TLM—Transmission Line Model) ：最早出现的也最简单，把微带天线的分析简化为一维传输线问题 主要应用于矩形贴片 腔模理论(CM－Cavity Model) ：是在对微带谐振腔分析的基础上发展起来的 ，发展到基于二维边值问题的求解 ，可用于各种规则贴片 积分方程法(IEM－Integral Equation Method)，即全波(FW－Full Wave)分析理论：最为复杂也是最精的，计入第三维的变化，可用于各种结构、任意厚度的微带天线，然而要受到计算模型的精度和机时的限制 3.1 影响微带天线带宽的因素 带宽的定义：带宽(BW)往往以输入端电压驻波比系数(VSWR)的值小于某给定值的频率范围来表示，若给定的VSWR值为S，则VSWRS的频带宽度BW为： 3.2 各种展宽微带天线带宽的途径 一、基本途径：降低等效谐振电路Q 二、增加额外谐振点：附加寄生贴片、采用 LC谐振电路、 加载短路探针 三、附加阻抗匹配网络 四、其他途径 4 宽频带微带天线 4.1 采用介电常数较小的厚介质基板 基板厚度h的增加使得天线的辐射电导也随之增大，辐射对应的 及总的 下降；介电常数较小时，介质对场的束缚减小，易于辐射，天线的储能减少，综合两者，天线的频带变宽。 一、E字形贴片天线 二、采用L形耦合馈电方式的微带天线 三、脊形接地板微带贴片天线 四、使用金属斜面馈电的微带天线 五、蜿蜒探针馈电的微带天线 4.2 增加额外谐振点 一、 附加寄生贴片 二、采用LC谐振电路 4.3 附加阻抗匹配网络 一、单调谐枝节匹配技术 二、枝节匹配在同轴探针馈电的微带天线中的应用 4.4 展宽微带天线频带的其他途径 采用3维V字形贴片天线 5 多频带微带阵列天线 多片法和单片法 5.1 L/X波段双频微带阵列天线 一、X波段微带阵列的设计 二、L波段微带阵列的设计 三、综合分析 四、L/X双频微带阵列天线各项性能指标 5.2 S/X波段三频段微带阵列天线 一、X波段微带阵列的设计 二、S波段微带阵列的设计 三、综合分析 四、L/X双频微带阵列天线各项性能指标 6 总结 本文对微带天线的宽频带和多频带技术做了大量的分析、研究。研究了若干种实现宽频带