微带天线的设计

简易微带天线设计

微带天线（Microstrip Antennas）是由导体薄片粘贴在背面有导体接地板的介质基片上形成的天线。微带辐射器的概念首先由Deschamps于1953年提出。和常用的微波天线相比，微带天线具有以下优点：体积小，重量轻，低剖面，能与载体（如飞行器）共形；制造成本低，易于批量生产；天线的散射截面小；能得到单方向的宽瓣方向图，最大辐射方向在平面的法线方向；易于和微带线路集成；易于实现线极化和圆极化，容易实现双频段、双极化等多功能工作。

微带天线根据其辐射单元形式大致可分为4类：微带贴片天线，微带振子天线，微带线形天线，微带隙缝天线，其中微带贴片天线是最常见的形式。

微带贴片天线由带导体接地板的介质基片上贴加导体薄片形成，通常利用微带线或同轴线一类馈线馈电，使在导体贴片与接地板之间激励起射频电磁场，并通过贴片四周与接地板间的隙缝向外辐射。其基片厚度与波长相比一般秀小，因而可实现一维小型化。导体贴片一般是规则形状的面积单元，如矩形、圆形或圆环形薄片等。

本文描述了一个设计完成的简易微带天线模型及其性能仿真结果，由于能力有限，设计不甚成熟。

设计的微带贴片天线如图1所示，其侧面如图2所示。

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图1 微带天线结构设计示意图 图2 微带天线结构设计侧面示意图

如图所示，设计的微带贴片天线的贴片形状为圆形，其馈电线为微带线。

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考察该天线的谐振频率可知，该天线为单频天线，其谐振曲线如图3（以线性单位计）和图4（以dB计）所示。

图3 微带天线谐振曲线（以线性单位计）

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图4 微带天线谐振曲线（以dB计）

从谐振曲线中可看出，该微带天线的谐振频率约为2.9GHz，该谐振频率与天线设计的参数有关，如微带贴片的半径，贴片材料等因素。适当修改这些参数即可得到中心频率不同的微带天线以适应各种不同的要求。

该微带天线的相位曲线如图5所示。从相位曲线可以看出，当天线处于谐振频率时，其相位角恰为零。

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图5 微带天线的相位曲线

设计的微带天线的史密斯圆图如图6所示。

图6 微带天线的史密斯圆图

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天线的方向图可用于表示辐射和接收场强振幅方向特性。以上设计的微带天线的方向图如图7所示。

图7 微带天线的方向图

通过以上所示图示可对所设计的微带天线的一些基本参数有所估计。同时，在天线工作时，其表面电流分布如图8所示。

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图8 微带天线的表面电流分布

当天线工作时，其远场分布也在一定程度上决定了其工作性能，也是天线性能衡量的一个重要指标，该微带天线的远场图如图9所示。

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图9 微带天线的远场图

以上便是我设计的简易微带天线，由于能力有限以及缺少经验，因而设计十分粗糙，很多参数都是找寻的已有参数或是稍加修改得到，从结果上来看，该天线的性能也一般。但是，通过这次作业，我对天线的原理有了更深刻的认识，感受到原来认为很恐怖的天线设计其实并没有那么困难。感谢老师的辛勤教学以及李奥博同学的热情帮助，使我顺利地完成此次作业！

参考文献

[1]《天线(第三版)上册》克劳斯等 著,章文勋 译.北京：电子工业出版社，200405

[2]《天线(第三版)下册》克劳斯等 著,章文勋 译.北京：电子工业出版社，200405

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[3] 百度百科http://baike.baidu.com/view/2371079.htm?fr=ala0

[4] CST软件的help文件

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