小型天线技术精.ppt
小型天线技术第1页，本讲稿共32页小天线是移动通信系统中的关键技术之一小天线是移动通信系统中的关键技术之一l随着移动无线通信技术的发展，各种移动通信设备中的与设备共形的天线技术得到了长足的发展：如l1。GSM(global system for mobile communication)手机工作在800900MHzl2。全球定位系统(GPS:global positioning system)工l作在1.5GHzl3。IEEE802.11为协议的无线局域网工作在2.4GHz;.4。以IEEE802.16为协议的无线城局域网工作在5.8GHzl5。2002年美国联邦通信委员会（FCC）通过了极宽带l通信技术（UWB）所规定的频率汇聚范围为3l11GHz第2页，本讲稿共32页小天线技术小天线技术l为满足以上各种移动通信的需求近二十年来人们发展了各种类型的小天线。l小天线具有外型尺寸小，重量轻，结构简单造价低等特点。l某些小天线还具有与通信设备共形的特性和嵌入系统整机的特性。第3页，本讲稿共32页小天线主要类型小天线主要类型l小天线有各种类型，其中以微带贴片天线和倒F 天线应用较广泛l1。微带贴片天线l(Microstrip substrate l patch antenna)l2。倒F天线lPIFA：Planar linvert F antenna第4页，本讲稿共32页微带贴片天线微带贴片天线l微带贴片天线是1953年由 Deschamps,G.A.在他所发表的论文,Microstrip Microwave Antennas,Proc.3rd USAF Symposiumon Antennas,1953.首先提出来的，文献中又简写为MSA（Microstrip Antenna).l1970年Munson 和 Howell对微带小天线的发展作出了重要的贡献。第5页，本讲稿共32页主要优缺点：主要优缺点：l优点：l重量小，体积小，易于制造。l可以使用微带（微波基片）电路制造技术批量生产，造价低。l可与其他集成电路集成在同一块电路板上，l可以使用多种极化技术。l可以工作在多个频带或宽频带上l可以构成自适应天线；可重构天线或自结构天线等下一代智能天线（Smart Antennas）第6页，本讲稿共32页主要缺点：主要缺点：l Narrow BW;典型的工作带宽只有5%l Lower gain;l Low power-handling capability.l规则形状的微带天线，具有工作频带较窄增益低的特点，但利用一定的技术可以克服这些缺点。l目前使用MSA技术的天线可以构成UWB天线l使用适当的结构也可以克服低增益的缺点。第7页，本讲稿共32页宽带工作的微带天线的例子宽带工作的微带天线的例子IEEE MICROWAVE AND WIRELESS COMPONENTS LETTERS,VOL.15,NO.6,JUNE 2005 395IEEE ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATION LETTERS,VOL.4,2005 237第8页，本讲稿共32页Applications of MSAProximity fuses:接近引信；Pagers:A public-address system used for summoning purposes.microwave hyperthermia微波加热；Intruder alarm 入侵报警,telemetry 遥测第9页，本讲稿共32页天线的带宽理论：天线的带宽理论：l天线的阻抗带宽一般是指天线的输入口的反射系数小于10dB的频率宽度或指其输入口的电压驻波比小于2的频率宽度。阻抗带宽电压驻波比与反射系数的关系第10页，本讲稿共32页天线的阻抗匹配网络天线的阻抗匹配网络加入一微带结构的匹配网络可以大大减小天线工作频带内的反射。第11页，本讲稿共32页基本公式基本公式反射系数输入阻抗与传输线之间的关系第12页，本讲稿共32页主要分析方法：主要分析方法：The transmission line model;The cavity model;The MNM.Numerical Method这里MNM是多口网络模型的缩写multiport network model第13页，本讲稿共32页基本贴片天线分析基本贴片天线分析l对一矩形MSA，其工作主要依靠其边缘电流的辐射。l当矩形边长为L时，其工作波长的一半略小于L，即L/2.是介质基片中的电磁波波长，与自由空间中的电磁波长0的关系为为有效介电常数，是相对介电常数，频率与传输线结构的函数第14页，本讲稿共32页微带天线的分析微带天线的分析2l对较复杂的微带天线的分析需采用数值分析方法。主要数值方法有：l The method of moments(MoM);IE3D矩量法矩量法l The finite-element method(FEM);HFSS有限元法有限元法l The spectral domain technique(SDT);谱域法谱域法l The finite-difference time domain(FDTD)method.XFDTDl时域有限差分法时域有限差分法l.The finite-integral method(FIM)CST有限积分法有限积分法第15页，本讲稿共32页小型微带天线技术小型微带天线技术l小型微带天线技术主要有l1。使用高介质常数基片l（r20)l2。使用边缘短路技术l3.使用开缝技术，加长电流l路径l4。多层介质开孔耦合技术l5。其他技术。如加载技术第16页，本讲稿共32页小型微带天线技术小型微带天线技术2开缝与开孔技术是小型微带天线常用的技术之一。第17页，本讲稿共32页小型微带天线技术小型微带天线技术3开缝及电阻加载技术第18页，本讲稿共32页Chip resister loaded antennas1用微带电阻加载是实现宽带小型微带天线常用的技术第19页，本讲稿共32页Chip resister loaded antennas2不同的电阻加载位置对天线的电特性的作用是不同的。选择并确定适当的加载位置和电阻值是本项技术的关键。第20页，本讲稿共32页加载技术及高阻抗介质板复盖技术加载技术及高阻抗介质板复盖技术据文献报道，在电阻加载时采用高阻抗介质板复盖天线可减小由电阻加载所引入的天线增益降低。第21页，本讲稿共32页高阻抗介质板复盖后的天线增益高阻抗介质板复盖后的天线增益第22页，本讲稿共32页多层结构及短路技术多层结构及短路技术第23页，本讲稿共32页多层激励多层激励第24页，本讲稿共32页短路及开缝技术短路及开缝技术第25页，本讲稿共32页双极化技术双极化技术第26页，本讲稿共32页宽带技术宽带技术第27页，本讲稿共32页宽带微带天线技术宽带微带天线技术缝耦合宽带技术第28页，本讲稿共32页双频带工作技术双频带工作技术第29页，本讲稿共32页双工作频率天线双工作频率天线第30页，本讲稿共32页有源天线技术有源天线技术将有源微波电路融入贴片天线可有效地控制天线性能第31页，本讲稿共32页参考资料参考资料l1。Compact and Broadband Microstrip lAntennas.Kin-Lu WonglCopyrightc 2002 John Wiley&Sons,Inc.lISBNs:0-471-41717-3(Hardback);0-471-22111-2(Electronic)lLibrary of Congress Cataloging-in-Publication DatalKumar,Girish.l2。Broadband microstrip antennas/Girish Kumar and K.P.Ray.lp.cm.(Artech House antennas and propagation library)lIncludes bibliographical references and index.lISBN 1-58053-244-6(alk.paper)l1.Microstrip antennas.I.Ray,K.P.II.Title.lTK7871.67.M5 K85 2003第32页，本讲稿共32页
