微带天线的历史与优缺点.pptx

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1、1.2 微带天线的馈电技术 对微带天线的激励方式主要分为两大类：直接馈电法和间接馈电法。直接与贴片相接触的方法称为直接馈电法，目前普遍采用的有同轴背馈法和微带线侧馈法。与贴片无直接接触的激励方法就是间接馈电法，此类方法主要有：电磁耦合法，缝隙耦合法和共面波导馈电法等。馈电技术直接影响到天线的阻抗特性，所以也是天线设计中的一个重要组成部分。第1页/共46页1.3 馈电结构模型同轴探针馈电模型 微带线侧馈模型第2页/共46页缝隙耦合馈电模型 共面波导馈电模型电磁耦合馈电模型 第3页/共46页 1.4 微带天线的应用 微带天线的优势有：低剖面、低成本并可制成多功能、可共形的天线；可集成到无线电设备内

2、部，可用于室内，也可用于室外；其尺寸可大可小，大的微带天线其长宽可到十几米，而一副用于PCS的内部集成的宽带微带天线，其尺寸是15mm15mm1.5mm。显然，其优势是明显的。目前，微带天线已在空间技术，移动通信卫星和手持便携式通信设备中得到了广泛的应用。对微带天线的研究正在蓬勃地展开，这是一个具有极强生命力的课题。随着相关技术的发展，微带天线无论在理论研究，还是在工艺制造上都将越来越成熟，必将开辟更为广阔的应用领域。第4页/共46页2 微带天线的分析方法 传输线模型(TLMTransmission Line Model)：最早出现的也最简单，把微带天线的分析简化为一维传输线问题 主要应用于矩

3、形贴片腔模理论(CMCavity Model)：是在对微带谐振腔分析的基础上发展起来的，发展到基于二维边值问题的求解，可用于各种规则贴片积分方程法(IEMIntegral Equation Method)，即全波(FWFull Wave)分析理论：最为复杂也是最精的，计入第三维的变化，可用于各种结构、任意厚度的微带天线，然而要受到计算模型的精度和机时的限制 第5页/共46页3.1 影响微带天线带宽的因素 带宽的定义：带宽(BW)往往以输入端电压驻波比系数(VSWR)的值小于某给定值的频率范围来表示，若给定的VSWR值为S，则VSWRS的频带宽度BW为：第6页/共46页 影响带宽的因素 变化方向

4、 品质因素的变化 对带宽的影响 宽长比(W/L)增加 变小，变小 BW 增大 介质损耗角正切 变大 变小 BW 增大 相对介电常数 变小 变小，变小 BW 增大 基板的厚度 增大 变小，变小，变大 BW 增大 第7页/共46页3.2 各种展宽微带天线带宽的途径 一、基本途径：降低等效谐振电路Q二、增加额外谐振点：附加寄生贴片、采用 LC谐振电路、加载短路探针 三、附加阻抗匹配网络 四、其他途径第8页/共46页 4 宽频带微带天线 4.1 采用介电常数较小的厚介质基板 基板厚度h的增加使得天线的辐射电导也随之增大，辐射对应的 及总的 下降；介电常数较小时，介质对场的束缚减小，易于辐射，天线的储能

5、减少，综合两者，天线的频带变宽。一、E字形贴片天线 第9页/共46页 天线E面辐射方向图 天线H面辐射方向图 2.04GHz2.91GHz，35.1%第10页/共46页(a)f=2.13GHz (b)f=2.7GHz 天线贴片上的电流分布情况最大变化幅度不超过1dB，最大增益达到了9.05dBi 第11页/共46页二、采用L形耦合馈电方式的微带天线 第12页/共46页L形耦合馈电微带天线的S参数 天线输入阻抗变化曲线(3.86GHz5.8GHz)，40.2 天线E面辐射方向图 天线H面辐射方向图 第13页/共46页第14页/共46页三、脊形接地板微带贴片天线 第15页/共46页天线E面辐射方向

6、图 天线H面辐射方向图 2.02GHz3.9GHz,64%第16页/共46页第17页/共46页四、使用金属斜面馈电的微带天线 2.15GHz4.76GHz，BW75.5 第18页/共46页五、蜿蜒探针馈电的微带天线 第19页/共46页1.6GHz2.24GHz,640M,33.3%1.64GHz2.16GHz,540M,27%天线E面辐射方向图 天线H面辐射方向图 第20页/共46页最大增益达到了9.19dBi 最大变化幅度不超过1.45dB 第21页/共46页4.2 增加额外谐振点 一、附加寄生贴片第22页/共46页2.66GHz3.06GHz,400M,14%2.65GHz2.71GHz,

7、60M,2.2%第23页/共46页二、采用LC谐振电路 第24页/共46页三、在贴片和接地板之间加入短路探针3.62GHz7.32GHz,67.5 第25页/共46页4.3 附加阻抗匹配网络一、单调谐枝节匹配技术 3.375GHz3.855GHz,13 第26页/共46页二、枝节匹配在同轴探针馈电的微带天线中的应用 第27页/共46页1.78GHz2.31GHz,26%微带天线的E面辐射方向图 微带天线的H面辐射方向图 第28页/共46页4.4 展宽微带天线频带的其他途径 采用3维V字形贴片天线 第29页/共46页1.86GHz5.36GHz，97%1.95GHz3.04GHz,44%E面辐射

8、方向图 第30页/共46页H面辐射方向图 第31页/共46页5 多频带微带阵列天线多片法和单片法5.1 L/X波段双频微带阵列天线第32页/共46页一、X波段微带阵列的设计 30mm 第33页/共46页二、L波段微带阵列的设计 120mm 第34页/共46页三、综合分析8.52GHz9.3GHz,780MHz 8.9GHz X波段阵列E面辐射方向图 X波段阵列H面辐射方向图 第35页/共46页1.62GHz1.67GHz,50M 1.65GHzL波段天线阵列E面方向图 L波段天线阵列H面方向图 第36页/共46页四、L/X双频微带阵列天线各项性能指标 第37页/共46页5.2 S/X波段三频段

9、微带阵列天线 第38页/共46页一、X波段微带阵列的设计二、S波段微带阵列的设计25mm,75mm 第39页/共46页三、综合分析800MHz,8.48GHz9.28GHz,8.9GHz X波段阵列E面辐射方向图 X波段阵列H面辐射方向图 第40页/共46页20MHz 中心频率：2.75GHz，11MHz 中心频率：3.01GHz S波段天线阵列E面方向图 2.75GHz S波段天线阵列H面方向图 第41页/共46页S波段天线阵列E面方向图 3.01GHz S波段天线阵列H面方向图第42页/共46页四、L/X双频微带阵列天线各项性能指标第43页/共46页6 总结 本文对微带天线的宽频带和多频带技术做了大量的分析、研究。研究了若干种实现宽频带和多频带的方法。最后，利用Ansoft HFss和Designer天线仿真软件，仿真实现了八款宽频带微带天线，一款共享同一物理口径的L、X波段双频微带阵列天线和一款共享同一物理口径的S、X波段三频段微带阵列天线。第44页/共46页谢谢指导！第45页/共46页感谢您的观看！第46页/共46页