《射频与微波电路设计》--微带天线设计

《《射频与微波电路设计》--微带天线设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、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），虽然最新资料没有反映，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，HFSS软件依据的是有限元法，CST软件依据的是有限积分技术等。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。微带天线设计1天线举例天

2、线大体可分为线天线、口径天线和面天线三类。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形式的线天线，卫星地面站接收卫星信号大多用抛物面天线（口径天线）。天线的性能特征与天线的形状、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。工作波长=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。2描述天线特性的主要参数与天线方向性有关的参数：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

3、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，向后辐射的波束叫后瓣。1.为了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：增益G、方向性系数GD、波束宽度（或主瓣宽度）、旁瓣电平、后瓣电平等。2．天线效率3．极化特性4．频带宽度5．输入阻抗3增益G与方向性系数GD4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（主瓣宽度）

4、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。θB5天线效率与辐射电阻6极化特性、输入阻抗与天线带宽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

5、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，这一频率范围称为天线带宽。7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。多数天线具有互易性，即天线在发射模式和接收模式具有相同的方向性。如果一给定天线工作在发射模式，A方向辐射电磁波的能力比B

6、方向强100倍，那末该天线工作于接收模式时，接收A方向辐射来的电磁波灵敏度比B方向也强100倍。本章以后讨论的天线都是互易的。如果所观测点离开波源很远很远，则波源可近似为点源。从点源辐射的波其波阵面是球面。因为观测点离开点源很远很远，在观察者所在的局部区域，其波阵面可近似为平面，当作平面波处理。符合这一条件的场通常称为远区场，r>>λ/(2*Pi)。8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：重量轻、体积小、剖

7、面薄的平面结构，可以做成共形天线；制造成本低，易于批量生产；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）；比较容易制成双频或多频工作的天线；不需要背腔；微带天线适合于组合式设计(一些固态器件，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，进行组合式设计)；馈线和匹配网络可以和天线结构同时制作。9微带天线的优缺点及应用但是，与通常的微波天线相比，微带天线也有一些缺点：频

8、带窄；有损耗，因而增益较低；大多数微带天线只向半空间辐射；最大增益受限制(上限约为20dB)；馈线与辐射元之间的隔离差；端射性能差；可能存在表面波；功