微带天线论文 基于微波技术中——小型微带天线的应用综述

1、微波技术与天线课程论文第1页第5页基于微波技术的小型微带天线应用概述摘要：在无线通信系统中，天线是不可缺少的组成部分，它可以有效地辐射和接收来自空间的电磁波。在发射系统中，天线将发射机发送的高频电流转换成自由空间中的电磁波，而在接收系统中，天线将自由空间中的电磁波转换成电流信号并发送给接收机。因此，天线作为无线通信系统的重要前端设备，其性能将直接影响整个系统的通信质量。本文简要总结了小型化、高集成度微带天线的研究现状和发展，并对微带天线在生活中的应用前景进行了展望和展望。关键词：小型化和高集成度无线通信微带天线研究背景和意义随着无线通信技术的飞速发展，日益小型化和高集成度的无线通信系统要求通信

2、设备具有多功能、小尺寸和高速的特点。过去，传统通信设备的性能已经不能满足系统要求。为了适应无线通信系统的发展，通信设备必须向小型化和多功能方向发展，而终端天线的体积已经成为降低通信设备体积的瓶颈。此外，减小天线的尺寸将影响天线的带宽、增益和其他特性。如何设计一种小型多功能天线，在减小天线尺寸的同时兼顾其他性能指标，是一项极具挑战性的任务。微带天线的介质基片厚度往往比波长小得多，因此实现了一维小型化，属于电小天线。与普通微波天线相比，微带天线具有截面薄、体积小、重量轻的特点。并且具有平面结构，可以制成与导弹、卫星和其他载体表面共形的结构；同时，其馈电网络可以与天线结构一起制作，便于印刷电路技术的

3、大规模生产；此外，它可以与有源器件和电路集成到单个模块中；而且便于获得线偏振和圆偏振，易于实现双偏振和多频等多功能工作。微带天线的优点使其得到了广泛的应用。军事应用包括卫星通信、导弹遥测、火箭、雷达等。在民用方面，许多无线通信系统如蓝牙、无线局域网、紫蜂、超宽带等。也有微带天线的应用。随着微波集成技术的发展和各种微波高性能介质材料的出现，小型化微带天线的设计已经成为目前无线通信领域的研究热点。因此，本文对小型化微带天线的研究和设计具有良好的应用前景和实用价值。微波技术与天线课程论文第2页、第5页、第22页引言、分类和特征分类和特征1953年，美国的德尚教授提出利用微带线的辐射效应制作两种天线。

4、在接下来的二十年里，科学界对微带天线的研究很少。直到1972年，为了适应微波集成技术的快速发展和空间技术对低剖面天线的需求，Munson和J.Q.Howell研究并生产了第一批用于实际应用的微带天线。微带天线在世界范围内得到了广泛的研究和应用。1979年，第一届微带课题国际会议在新墨西哥州立大学成功召开。1981年，IEEE在天线广播杂志上发表了微带天线专辑，标志着微带天线从天线领域中独立出来，微带天线的相关著作也随之出版。到20世纪80年代中期，微带天线在理论、应用和深度上都有了进一步的发展。如今，微带天线技术已经广泛应用于各种无线通信系统中，如空间技术、生物医学、移动通信卫星等。根据结构特

5、点，微带天线分为两类，即微带贴片天线和微带缝隙天线。根据形状分类，它可以分为矩形、圆形和环形微带天线。根据工作原理，无论哪种天线，都可以分为谐振(驻波)和非谐振(行波)微带天线。微带天线一般用在150千兆赫的频率范围内，特殊天线也可以用在几十兆赫。与常用的微波天线相比，微带天线具有以下优点：(1)体积小、重量轻、外形小、与载体(如飞机)共形；(2)电性能多样化。不同设计的微带元件的最大辐射方向可以从边缘到末端调整。易于获得各种极化(3)易于集成。它可以与有源器件和电路集成到一个统一的组件中。三种微带天线的发展现状三种微带天线的发展现状微带天线因其体积小、外形小、易于共形、制作简单、易于实现双频

6、带、多频带、双极化和圆极化而得到了广泛的研究和应用。为了适应无线通信系统的发展，国内外学者对微带天线做了大量的研究，主要集中在以下几个方面：1)小型化：随着大规模集成电路技术和空间技术的快速发展，电子设备小型化和小型化的发展趋势日益明显，作为无线通信设备的终端设备，天线小型化迫在眉睫。特别是在移动通信、卫星通信等通信系统中，由于物理空间的限制，需要小天线。目前，微带天线的小型化技术主要包括特殊衬底、短路加载技术、曲折加载技术、有源加载技术、特殊贴片结构、左手材料和电磁带隙结构。微波技术与天线课程论文第3页，共5页2)多波段：在无线通信领域，多波段技术的应用越来越广泛，对多波段天线的要求也越来越

7、高。例如，与900 MHz和1800 MHz兼容的移动电话天线、移动站的共享天线以及以跳频方式工作的合成孔径雷达天线等。所有这些都需要天线能够进行双频操作，并且诸如无线局域网和全球定位系统之类的通信系统中的无线设备也需要线路能够进行双频或多频操作。国内外大量文献已经讨论了多频带微带技术的实现。3)宽带：微带天线的带宽一般比较窄，普通微带贴片天线的频带只有%3%。通过选择合适的介电常数和磁导率的介质基片，改变天线的尺寸和形状，采用相应的阻抗匹配和馈电方法，可以有效地展宽天线的频率。4)多极化：多极化广泛应用于雷达、抗干扰和目标识别。国内外已经发表了大量关于如何实现单天线单元的双极化、圆极化和多极

8、化技术的文章。5)高增益：在实现天线小型化的同时，天线的增益也会相应降低。在实现天线多功能工作的同时，保持天线的高增益也是天线设计的一个热点。44分析和设计方法分析和设计方法4.4.1.1。微带天线阵列微带天线阵列以其独特的优势广泛应用于雷达、医疗、精密制导、遥测等领域。中等增益线性极化微带天线阵的常用形式有：梳状阵和贴片阵。梳状阵列通常串联馈电，而贴片阵列通常并联馈电，如图1所示。这两个阵列的增益很小。当梳齿阵列以24dB的频率并行馈入贴片阵列时，性能良好，但与贴片阵列相比，梳齿阵列可以充分利用给定的面积，而贴片阵列具有更宽的频带。当天线增益大于24dB时，梳齿阵列的天线尺寸增大，当频率变化

9、时，最边缘辐射单元的相位变化也从第4页增加到第5页，尤其是其E面结构不对称。当工作频率偏离中心频率时，天线的E面方向图迅速恶化，因此天线频带非常窄。这对于具有特定频带要求的应用来说是不可行的，甚至对于点频率应用来说，在开发过程中将频率调整到所需的频率速率也是不容易的，因为它的频带很窄。平行馈电贴片天线的辐射单元数量一般为2个，设计尺寸有限。在给定大小的情况下，它可能无法充分利用其面积。当天线阵较大时，馈线的损耗由于馈线的加长而相应增加，从而降低了天线的效率。平行馈电贴片天线的馈电网络复杂，在加工过程中难以保证精度。然而，本文介绍的谐振串联馈电贴片阵列可以更好地解决一些问题。虽然串联馈电的贴片阵

10、列和梳齿阵列都是串联馈电的天线阵列，但是由于前者的E面结构的对称性比后者好，所以E面的方向图频带比梳齿阵列宽，所以整个天线的工作频带比相同尺寸的梳齿阵列宽。这个天线阵的大小可以自由选择，这样可以充分利用给定的面积。此外，它结构简单，易于制造。4.4.2.2原理贴片阵列的形式如图2所示。它由串联馈电的微带线阵列组成。每个线阵由谐振矩形贴片元件和半波长微带线串联而成，即贴片和一段串联的微带线形成一段，贴片的谐振长度为半波长，使得相邻段之间的相位差为2/2，从而保证每个贴片同相辐射。因为在馈线和补片之间的连接处存在横截面跳跃和不连续，所以实际尺寸应适当修改。线阵的馈电位置位于线阵的中间。由于馈电点两

11、侧的电流相反，为了保证两侧的贴片元件同相馈电，馈电点两侧长度不等，一端比另一端长半个波长，这样可以保证馈电点两侧的贴片同相辐射。几个相同的线阵排列成一个矩形平面阵列，用一根微带线串联每个线阵的馈电点。同轴微带接头用于在整个微带线的中间馈电，使天线阵列的每个贴片元件在中心频率保持同相，从而获得最大的轴向增益。一般的串联馈电阵列在天线阵列的一侧馈电。由于其馈线尺寸对频率敏感，当工作频率偏离中心频率时，相邻的贴片元件和相邻的线阵不能保证相同的相位，所以正方形图形的最大允许辐射方向往往是偏斜的。然而，在中心馈电的串联馈电阵列中，中心两侧的阵列元件的辐射方向彼此偏离，复合波束的最大方向可以在软且宽的频带

12、中保持不变，并且增益降低较少，因此图案更加对称。微波技术与天线课程论文第5页摘要与展望摘要与展望5.15.1摘要微带天线因其体积小、剖面低、易于共形、制作简单、易于实现双频、多频带、双极化和圆极化等优点，得到了广泛的研究和应用。然而，微带天线的带宽一般比较窄，这在一定程度上限制了它的应用。同时，为了满足日益小型化和高度集成化的无线通信系统的发展要求，通信天线必须朝着小型化和多功能的方向发展。在减小天线尺寸的同时，会影响天线的性能。如何设计一种尺寸小、性能好的微带天线是国内外天线领域的研究热点。5.25.2展望无线通信技术的快速发展，势必对通信天线的设计提出更高的要求。微带天线的许多新技术已经逐渐被人们所采用。对于微带天线的发展，可以预见的是：1)在微带天线中引入电磁带隙结构可以提高天线的效率和增益，改善天线方向图，降低天线的交叉极化水平，但这种电磁带隙结构的尺寸已经成为其应用。2)由于左手材料可以实现后向波效应，将其应用于微带天线时，可以设计出小于半波长的谐振腔结构，突破了传统微带天线半波辐射的限制，从而达到天线小型化的目的，避免了因减小物理尺寸而导致的天线性能下降的问题。目前，许多学者和研究人员正在这一领域进行研究。3)计算机辅助设计制造技术在一定程度上与天线的设计周期有关。该计算方法和程序方便、准确、占用计算机资源少，将受到天线工程师的青睐。参考文献