微帶貼片天線講義

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1、本講座關(guān)于微帶天線設(shè)計理論取自“微帶天線”（美I.J.鮑爾P.布哈蒂亞著，梁聯(lián)倬等譯，1985年電子工業(yè)出版社），雖然最新資料沒有反映，但基本概念仍是有用的。國內(nèi)也有幾本微帶天線的書，很多內(nèi)容也取自鮑爾的著作，故本講座關(guān)于微帶天線設(shè)計理論部分就參考鮑爾一書。至于本講座后面推薦的微帶天線設(shè)計軟件是否用了鮑爾的有關(guān)公式，我們并不十分關(guān)心，比如Sonnet軟件依據(jù)的是矩量法。不同的設(shè)計軟件有不同的特色，所依據(jù)的設(shè)計公式、方法有差別，有興趣的讀者最好參閱相關(guān)的文獻(xiàn)。第三講微帶天線設(shè)計1天線舉例天線大體可分為線天線和口徑天線兩類。移動通信用的VHF、UHF天線，大多是以對稱振子為

2、基礎(chǔ)而發(fā)展的各種型式的線天線，衛(wèi)星地面站接收衛(wèi)星信號大多用拋物面天線（口徑天線）。天線的特征與天線的形狀、大小及構(gòu)成材料有關(guān)。天線的大小一般以天線發(fā)射或接收電磁波的波長?來計量。因為工作于波長?=2m的長為1m的偶極子天線的輻射特性與工作于波長?=2cm的長為1cm的偶極子天線是相同的。2描述天線特性的主要參數(shù)與天線方向性有關(guān)參數(shù)：方向性函數(shù)或方向圖離開天線一定距離處，描述天線輻射的電磁場強度在空間的相對分布的數(shù)學(xué)表達(dá)式，稱為天線的方向性函數(shù)；把方向性函數(shù)用圖形表示出來，就是方向圖。最大輻射波束通常稱為方向圖的主瓣。主瓣旁邊的幾個小的波束叫旁瓣。為了方便對各種天線的方向

3、圖進(jìn)行比較，就需要規(guī)定一些表示方向圖特性的參數(shù)，這些參數(shù)有：天線增益G（或方向性GD）、波束寬度（或主瓣寬度）、旁瓣電平等。2．天線效率3．極化特性4．頻帶寬度5．輸入阻抗?b圖8-33天線增益G與方向性GD4波束寬度與旁瓣電平實際天線的輻射功率有時并不限制在一個波束中，在一個波束內(nèi)也非均勻分布。在波束中心輻射強度最大，偏離波束中心，輻射強度減小。輻射強度減小到3db時的立體角即定義為?B。波束寬度?B與立體角?B關(guān)系為旁瓣電平旁瓣電平是指主瓣最近且電平最高的第一旁瓣電平，一般以分貝表示。方向圖的旁瓣區(qū)一般是不需要輻射的區(qū)域，其電平應(yīng)盡可能的低。5天線效率與輻射電阻6極

4、化特性、頻帶寬度與輸入阻抗極化特性是指天線在最大輻射方向上電場矢量的方向隨時間變化的規(guī)律。按天線所輻射的電場的極化形式，可將天線分為線極化天線、圓極化天線和橢圓極化天線。線極化又可分為水平極化和垂直極化；圓極化和橢圓極化都可分為左旋和右旋。輸入阻抗與電壓駐波比：天線的輸入阻抗等于傳輸線的特性阻抗，才能使天線獲得最大功率。當(dāng)天線工作頻率偏離設(shè)計頻率時，天線與傳輸線的匹配變壞，致使傳輸線上電壓駐波比增大，天線效率降低。因此在實際應(yīng)用中，還引入電壓駐波比參數(shù)，并且駐波比不能大于某一規(guī)定值。天線的電參數(shù)都與頻率有關(guān)，當(dāng)工作頻率偏離設(shè)計頻率時，往往要引起天線參數(shù)的變化。當(dāng)工作頻率

5、變化時，天線的有關(guān)電參數(shù)不應(yīng)超出規(guī)定的范圍，這一頻率范圍稱為頻帶寬度，簡稱為天線的帶寬。7天線的互易性與遠(yuǎn)區(qū)場定義在天線很多應(yīng)用場合，遠(yuǎn)區(qū)場的假設(shè)都是成立的。遠(yuǎn)區(qū)場假設(shè)為我們分析研究天線輻射的場帶來很大方便。這里所謂很遠(yuǎn)很遠(yuǎn)都是以波長來計量的。多數(shù)天線具有互易性，即天線在發(fā)射模式和接收模式具有相同的方向性。如果一給定天線工作在發(fā)射模式，A方向輻射電磁波的能力比B方向強100倍，那末該天線工作于接收模式時，接收A方向輻射來的電磁波靈敏度比B方向也強100倍。本章以后討論的天線都是互易的。如果所觀測點離開波源很遠(yuǎn)、很遠(yuǎn)，波源可近似為點源。從點源輻射的波其波陣面是球面。因為觀

6、測點離開點源很遠(yuǎn)很遠(yuǎn)，在觀察者所在的局部區(qū)域，其波陣面可近似為平面，當(dāng)作平面波處理。符合這一條件的場通常稱為遠(yuǎn)區(qū)場。8微帶天線的優(yōu)缺點及應(yīng)用同常規(guī)的微波天線相比，微帶天線具有一些優(yōu)點。因而，在大約從100MHz到50GHz的寬頻帶上獲得了大量的應(yīng)用。與通常的微波天線相比，微帶天線的一些主要優(yōu)點是：重量輕、體積小、剖面薄的平面結(jié)構(gòu)，可以做成共形天線；制造成本低，易于大量生產(chǎn)；可以做得很薄，因此，不擾動裝載的宇宙飛船的空氣動力學(xué)性能；無需作大的變動，天線就能很容易地裝在導(dǎo)彈、火箭和衛(wèi)星上；天線的散射截面較??；稍稍改變饋電位置就可以獲得線極化和圓極化（左旋和右旋）；比較容易制

7、成雙頻率工作的天線；不需要背腔；微帶天線適合于組合式設(shè)計（固體器件，如振蕩器、放大器、可變衰減器、開關(guān)、調(diào)制器、混頻器、移相器等可以直接加到天線基片上）；饋線和匹配網(wǎng)絡(luò)可以和天線結(jié)構(gòu)同時制作。9微帶天線的優(yōu)缺點及應(yīng)用但是，與通常的微波天線相比，微帶天線也有一些缺點：頻帶窄；有損耗，因而增益較低；大多數(shù)微帶天線只向半空間輻射；最大增益實際上受限制（約為20dB）；饋線與輻射元之間的隔離差；端射性能差；可能存在表面波；功率容量較低。但是有一些辦法可以減小某些缺點。例如，只要在設(shè)計和制造過程中特別注意就可抑制或消除表面波。10微帶天線的應(yīng)用在許