微帶天線技術(shù)應(yīng)用與展望課件

1.1微帶天線的歷史與優(yōu)缺點(diǎn)

和常用的微波天線相比，微帶天線有如下一些優(yōu)點(diǎn)：⑴體積小，重量輕，低剖面，能與載體（如飛行器）共形，并且除了在饋電點(diǎn)處要開出引線孔外，不破壞載體的機(jī)械結(jié)構(gòu)，這對于高速飛行器特別有利。⑵性能多樣化。不同設(shè)計(jì)的微帶元，其最大輻射方向可以在邊射到端射范圍內(nèi)調(diào)整；易于得到各種極化方式；特殊設(shè)計(jì)的微帶元還可以在雙頻或多頻方式下工作。⑶能和有源器件、電路集成為統(tǒng)一的組件，因此適合大規(guī)模生產(chǎn)，簡化了整機(jī)的制作和調(diào)試，大大降低了成本。和其他天線相比，微帶天線也有如下一些缺點(diǎn)：⑴相對帶寬較窄，特別是諧振式微帶天線，現(xiàn)已有一些改進(jìn)辦法，參見第四章。⑵損耗較大，因此效率較低，這類似于微帶電路。特別是行波微帶天線，在匹配負(fù)載上有較大的損耗。⑶單個(gè)微帶天線的功率容量較小。⑷介質(zhì)基片對性能影響大。由于工藝條件的限制，批量生產(chǎn)的介質(zhì)基片的均勻性和一致性還有欠缺，這影響了微帶天線的批量生產(chǎn)和大型天線陣的構(gòu)建。

1.2微帶天線的饋電技術(shù)

對微帶天線的激勵(lì)方式主要分為兩大類：直接饋電法和間接饋電法。直接與貼片相接觸的方法稱為直接饋電法，目前普遍采用的有同軸背饋法和微帶線側(cè)饋法。與貼片無直接接觸的激勵(lì)方法就是間接饋電法，此類方法主要有：電磁耦合法，縫隙耦合法和共面波導(dǎo)饋電法等。饋電技術(shù)直接影響到天線的阻抗特性，所以也是天線設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要組成部分。1.3饋電結(jié)構(gòu)模型同軸探針饋電模型微帶線側(cè)饋模型縫隙耦合饋電模型共面波導(dǎo)饋電模型電磁耦合饋電模型

1.4微帶天線的應(yīng)用

微帶天線的優(yōu)勢有：低剖面、低成本并可制成多功能、可共形的天線；可集成到無線電設(shè)備內(nèi)部，可用于室內(nèi)，也可用于室外；其尺寸可大可小，大的微帶天線其長寬可到十幾米，而一副用于PCS的內(nèi)部集成的寬帶微帶天線，其尺寸是15mm×15mm×1.5mm。顯然，其優(yōu)勢是明顯的。目前，微帶天線已在空間技術(shù)，移動(dòng)通信衛(wèi)星和手持便攜式通信設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。對微帶天線的研究正在蓬勃地展開，這是一個(gè)具有極強(qiáng)生命力的課題。隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，微帶天線無論在理論研究，還是在工藝制造上都將越來越成熟，必將開辟更為廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。3.1影響微帶天線帶寬的因素

帶寬的定義：帶寬(BW)往往以輸入端電壓駐波比系數(shù)(VSWR)的值小于某給定值的頻率范圍來表示，若給定的VSWR值為S，則VSWR<S的頻帶寬度BW為：

影響帶寬的因素變化方向品質(zhì)因素的變化對帶寬的影響寬長比(W/L)

增加變小，變小BW增大介質(zhì)損耗角正切變大變小BW增大相對介電常數(shù)變小變小，變小BW增大基板的厚度增大變小，變小，變大BW增大4寬頻帶微帶天線

4.1采用介電常數(shù)較小的厚介質(zhì)基板基板厚度h的增加使得天線的輻射電導(dǎo)也隨之增大，輻射對應(yīng)的及總的下降；介電常數(shù)較小時(shí)，介質(zhì)對場的束縛減小，易于輻射，天線的儲能減少，綜合兩者，天線的頻帶變寬。一、E字形貼片天線

天線E面輻射方向圖天線H面輻射方向圖

2.04GHz～2.91GHz，35.1%

(a)f=2.13GHz(b)f=2.7GHz天線貼片上的電流分布情況最大變化幅度不超過1dB，最大增益達(dá)到了9.05dBi

二、采用L形耦合饋電方式的微帶天線

L形耦合饋電微帶天線的S參數(shù)天線輸入阻抗變化曲線

(3.86GHz～5.8GHz)，40.2％

天線E面輻射方向圖天線H面輻射方向圖

天線E面輻射方向圖天線H面輻射方向圖

2.02GHz～3.9GHz

,64%五、蜿蜒探針饋電的微帶天線

1.6GHz～2.24GHz,640M

,

33.3%1.64GHz～2.16GHz

,540M,27%天線E面輻射方向圖天線H面輻射方向圖

最大增益達(dá)到了9.19dBi

最大變化幅度不超過1.45dB

4.2增加額外諧振點(diǎn)

一、附加寄生貼片2.66GHz～3.06GHz,400M,14%

2.65GHz～2.71GHz,60M,2.2%

二、采用LC諧振電路

4.3附加阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)一、單調(diào)諧枝節(jié)匹配技術(shù)

3.375GHz～3.855GHz,13％

二、枝節(jié)匹配在同軸探針饋電的微帶天線中的應(yīng)用

4.4展寬微帶天線頻帶的其他途徑

采用3維V字形貼片天線

1.86GHz~5.36GHz，97%

1.95GHz~3.04GHz,44%

E面輻射方向圖

H面輻射方向圖

5多頻帶微帶陣列天線多片法和單片法5.1

L/X波段雙頻微帶陣列天線一、X波段微帶陣列的設(shè)計(jì)

30mm

二、L波段微帶陣列的設(shè)計(jì)

120mm

三、綜合分析8.52GHz～9.3GHz,780MHz8.9GHz

X波段陣列E面輻射方向圖X波段陣列H面輻射方向圖

1.62GHz～1.67GHz,50M

1.65GHzL波段天線陣列E面方向圖L波段天線陣列H面方向圖

四、L/X雙頻微帶陣列天線各項(xiàng)性能指標(biāo)

5.2S/X波段三頻段微帶陣列天線

一、X波段微帶陣列的設(shè)計(jì)二、S波段微帶陣列的設(shè)計(jì)25mm,75mm

三、綜合分析800MHz,8.48GHz～9.28GHz

,8.9GHz

X波段陣列E面輻射方向圖X波段陣列H面輻射方向圖

20MHz中心頻率：2.75GHz，11MHz中心頻率：3.01GHz

S波段天線陣列E面方向圖2.75GHzS波段天線陣列H面方向圖

S波段天線陣列E面方向圖3.01GHzS波段天線陣列H面方向圖四、L/X雙頻微帶陣列天線