微带天线

实 验 报 告

1、天线原理

矩形贴片的长度有效长度Leff等于?g/2,其中?g表示导波波长，有

?g??0/?eff

式中，?0表示自由空间波长；?eff表示有效介电常数，有

?eff??r?1?r?1?2?h??1?12? 2?W??12式中，?r表示介质的相对常数，h表示介质层的厚度，W表示贴片的宽度。 由此，由此可计算出矩形贴片的实际长度L,即

L?Leff?2?L??0/?eff?2?L?c1?2?L

2f0?eff式中，c为真空中的光速；f0为天线的工作频率；?L为等效辐射缝隙的宽度，且有

?L?0.412h????effeff?0.3??W/h?0.264??0.258??W/h?0.8?

矩形贴片的宽度W可以由下式计算，

W?c??r?1??? f0?2??12对于同轴线馈电的微带天线，在确定了贴片的长度L和宽度W之后，还需要确定同轴线馈电的位置，馈点位置影响输入阻抗。对于TM10模式，在W方向上馈点位置一般取在中心点，即

yf?0

在L方向上电场有?g/2的改变，因此从L的中心点到两侧，阻抗逐渐变大，给天线输入阻抗为50?，L方向上馈点位置可以由下式计算，

xf?L2?re?L?

式中，

?re?L???r?1?r?

矩形微带天线

一. 微带天线简介

微带天线的概念首先是有Deschaps于1953年提出来的，经过20年左右的发展，Munson和Howell于20世纪70年代初期造出了实际的微带天线。微带天线由于具有质量轻、体积小，易于制造等优点，现今已经广泛应用于个人无线通信中。

上图是一个简单的微带贴片天线的结构，由辐射元、介质层和参考地三部分组成。与天线性能相关的参数包括辐射元的长度L、辐射元的宽度W、介质层的厚度h、介质的相对介点常数ε和损耗正切tanδ、介质的长度LG和宽度WG。图中所示的天线是采用微带线来馈电的，本次我要设计的矩形微带贴片天线采用的是同轴线馈电，也就是将同轴线接头的内芯线穿过参考地和介质层与辐射元相连接。

对于矩形贴片微带天线，理论分析时采用传输线模型来分析其性能。矩形贴片微

1

矩形微带天线

带天线的工作模式是TM10模，意味着电场在长度L方向上有λg/2的改变，而在宽度W方向上保持不变，如图所示，在长度方向上可以看成有两个终端开路的缝隙辐射出电磁能量，在宽度方向的边缘由于终端开路，所以电压值最大电流值最小。从图中可以看出微带线边缘的电场可以分解成垂直参考地的分量和平行于参考地的分量两部分，两个边缘的垂直电场分量大小相等、方

姓名：芮蓉 班级：08通信工程 学号：0828401030

微带天线设计

微带天线设计

一、实验目的：

? 利用电磁软件Ansoft HFSS设计一款微带天线；

? 微带天线的要求：工作频率为2.5GHz，带宽（S11<-10dB）大于5%（S11

是回波损耗）。

? 在仿真实验的帮助下对各种微波元件有个具体形象的了解。

二、实验原理：

微带天线的概念首先是由Deschamps于1953年提出来的，经过20年左右的发展，Munson和Howell于20世纪70年代初期制造出了实际的微带天线。微带天线由于具有质量轻、体积小、易于制造等优点，现今已经广泛应用于个人无线通信中。

图1-1是一个简单的微带贴片天线的结构，由辐射源、介质层和参考地三部分组成。与天线性能相关的参数包括辐射源的长度L、辐射源的宽度W、介质层的厚度h、介质的相对介电常数和损耗正切

、介质层的长度LG和宽度WG。图1-1

图1-1

所示的微带贴片天线是采用微带线来馈电的，本次将要设计的矩形微带贴片天线采用的是同轴线馈电，也就是将同轴线接头的内芯线穿过参考地和介质层与辐射源相连接。

对于矩形贴片微带天线，理论分析时可以采用传输线模型来分析其性能。矩形贴片微带天线的工作主模式是

模，意味着电场在长度L方向上有/2的

微带天线的综述

卢宁

摘要：移动通信技术的迅速发展和应用，有力地推动了现代通信天线向小型化、多功能(多频段、多极化和多用途)的方向发展，设计小型化多功能天线已成为当前天线界研究的重点。微带天线以其体积小，重量轻，低剖面，能与载体共形，易于制造，成本低，易于与有源器件和电路集成为单一的模件，便于实现圆极化、双极化和双频段等优点得到日益广泛的关注和应用。本文详细介绍了关于微带天线的基础知识。

1 微带天线的辐射机理

微带天线的辐射是由微带天线导体边沿和地板之间的边缘场产生的。以图1.1所示的矩形微带贴片天线为例，可以简单说明其辐射机理。

图1.1 微带天线辐射机理示意图

矩形微带贴片天线由介质基片、在基片上面的矩形导电贴片(辐射器)和基片下面的接地板构成。假定电场沿微带贴片的宽度与厚度方向没有变化，则辐射贴片上的电场仅沿贴片长度(?/2)方向变化。辐射基本上是由贴片开路边沿的边缘场引起的。在两端的场相对于地板可以分解为法向分量和切向分量，因为贴片长为?/2，所以，法向分量反相，由它们产生的远场区在正面方向上互相抵消。平

1

行于地板的切向分量同相，因此，合成场增强，从而使垂直于结构表面的方向上辐射场最强。所以，贴片可表示为相距?/2、同相激励并向

微带天线的综述

卢宁

摘要：移动通信技术的迅速发展和应用，有力地推动了现代通信天线向小型化、多功能(多频段、多极化和多用途)的方向发展，设计小型化多功能天线已成为当前天线界研究的重点。微带天线以其体积小，重量轻，低剖面，能与载体共形，易于制造，成本低，易于与有源器件和电路集成为单一的模件，便于实现圆极化、双极化和双频段等优点得到日益广泛的关注和应用。本文详细介绍了关于微带天线的基础知识。

1 微带天线的辐射机理

微带天线的辐射是由微带天线导体边沿和地板之间的边缘场产生的。以图1.1所示的矩形微带贴片天线为例，可以简单说明其辐射机理。

图1.1 微带天线辐射机理示意图

矩形微带贴片天线由介质基片、在基片上面的矩形导电贴片(辐射器)和基片下面的接地板构成。假定电场沿微带贴片的宽度与厚度方向没有变化，则辐射贴片上的电场仅沿贴片长度(?/2)方向变化。辐射基本上是由贴片开路边沿的边缘场引起的。在两端的场相对于地板可以分解为法向分量和切向分量，因为贴片长为?/2，所以，法向分量反相，由它们产生的远场区在正面方向上互相抵消。平

1

行于地板的切向分量同相，因此，合成场增强，从而使垂直于结构表面的方向上辐射场最强。所以，贴片可表示为相距?/2、同相激励并向

实验五 微带天线设计、仿真、制作与测试

一．实验目的

1.了解描述天线性能的主要参数及天线类型 2.了解微带天线的辐射机理和设计方法

3.掌握用ADS进行微带天线优化仿真的方法与步骤 二．天线的基本原理 1.天线的辐射原理：

将传输线中的高频电磁能转成为自由空间的电磁波 将自由空间中的电磁波转化为传输线中的高频电磁能 2.电磁波辐射与场区的划分 (a) 感应近场 R1?0.62D3/? (b) 辐射近场 (c) 辐射远场 R2?2D2/?

天线实际使用区域为辐射远场区 3.天线的分类

从方向性分：有强方向性天线、弱方向性天线、定向天线、全向天线、针状波束天线、扇形波束天线等。

从极化特性分：有线极化天线、圆极化天线和椭圆极化天线。线极化天线又分为垂直极化和水平极化天线。

从频带特性分：有窄频带天线、宽频带天线和超宽频带天线。 按天线上电流分布分: 有行波天线、驻波天线。

按使用波段分类: 有长波、超长波天线、中波天线、短波天线、超短波天线和微波天线。

按天线外形分类 : 有鞭状天线、T形天线、Γ形天线、V形天线、菱形天线、环天线、螺旋天线、波导口天线、波导缝隙天线、喇叭天线、反射面天线等。

FEKO v6.2天线仿真应用微带天线-Microstrip Antenna

问题描述 参考FEKO自带的例子: Example-A8Microstrip patch antenna采用多种求解技术–全模型：MoM+磁对称–格林函数：MoM+磁对称

采用多种端口激励方式–线端口电压源激励：Wire Port–微带型棱边端口电流源激励：MicroStrip Port线馈端口: Wire Port

棱边端口:Edge Port线端口:Wire Port

DEMO1:全模型+线端口

线馈端口: Wire Port

Demo1:建模-定义变量、设定长度单位 启动CadFEKO,创建: Microstrip_Patch_Antenna_Pin_Feed_Finite_ Ground.cfx设定建模单位为mm–”Construct Tab”中点击”Model Unit”;弹出”Model unit”对话框: 设定为”Millimetres (mm)”点击”OK”.

“Construct”树型浏览器中,添加如下变量:––––––––––– fmin=2.73e9 fmax=3.3e9 freq=3e9 epsr=2.2 lambda=c0/freq*1e3 leng

FEKO v6.2天线仿真应用微带天线-Microstrip Antenna

问题描述 参考FEKO自带的例子: Example-A8Microstrip patch antenna采用多种求解技术–全模型：MoM+磁对称–格林函数：MoM+磁对称

采用多种端口激励方式–线端口电压源激励：Wire Port–微带型棱边端口电流源激励：MicroStrip Port线馈端口: Wire Port

棱边端口:Edge Port线端口:Wire Port

DEMO1:全模型+线端口

线馈端口: Wire Port

Demo1:建模-定义变量、设定长度单位 启动CadFEKO,创建: Microstrip_Patch_Antenna_Pin_Feed_Finite_ Ground.cfx设定建模单位为mm–”Construct Tab”中点击”Model Unit”;弹出”Model unit”对话框: 设定为”Millimetres (mm)”点击”OK”.

“Construct”树型浏览器中,添加如下变量:––––––––––– fmin=2.73e9 fmax=3.3e9 freq=3e9 epsr=2.2 lambda=c0/freq*1e3 leng

实验 矩形微带天线的设计

(一)实验目的

了解微带天线设计的基本流程 掌握矩形微带天线的设计方法 熟悉在ADS的layout中进行射频电路设计 的方法

(二)设计要求

用陶瓷基片(εr=9.8),厚度h= 1.27mm,设计一个在3GHz附近工作的 矩形微带天线。 基片选择的理由是：陶瓷基片是比较常 用的介质基片，其常用的厚度是h= 1.27mm,0.635mm,0.254mm。其中 1.27mm的基片有较高的天线效率，较宽 的带宽以及较高的增益。

(三)微带天线的技术指标

辐射方向图 天线增益和方向性系数 谐振频率处反射系数 天线效率

(四)设计的总体思路

计算相关参数在ADS的Layout中初次仿真 在Schematic中进行匹配 修改Layout,再次仿真，完成天线设计

(五)相关参数的计算

需要进行计算的参数有

贴片宽度W 贴片长度L 馈电点的位置z 馈线的宽度

(五)相关参数的计算(续)

贴片宽度W、贴片长度L、馈电点的位置 z可由公式计算得出馈线的宽度可以由Transmission Line Calculator 软件计算得出

(五)相关参数的计算(续)

(六)用ADS设计过程

有了上述的计算结果，就可以用ADS进

线极化微带天线阵列的设计

摘要

微带、微波起源于上世纪中期，在上世纪末就已经展开了对实用天线的研究并制成了第一批实用天线，现在微带天线方面，无论在理论还是应用，都已经取得了很大进展，并在深度和广度上都获得了进一步发展。微带天线技术越来越成熟，其应用与我们的生活、军事、科技都息息相关。体积小、重量轻、剖面薄是微带天线优于普通天线的特点，并且它适合用于印刷电路技术大批量生产，所以能够制成与导弹、卫星表面相共型的结构。因此微带天线在军事、无线通信、遥感、雷达等领域得到了广泛的应用。但是根据微带天线自身的结构特点，仍存在一些缺点，例如频带窄、效率低、增益低、方向性差。解决这些问题的方法就是：将若干个天线单元有规律的排列起来，通过利用这些天线单元构成天线阵列，从而来提高天线的增益、增强天线的方向性。

本文在学习微带天线理论及微带天线阵列基本理论的基础上，利用高频电磁仿真软件HFSS对阵列天线进行仿真设计。设计了中心频率在5.8GHz的阵列天线，对天线的特性进行了深入细致的研究。分别对单个天线阵元和天线阵列进行了仿真，天线阵列的增益明显大于单个微带天线，且方向性更好。因此采用天线阵列的形式进行仿真并对结果中各相关参数进行对比分析差异，优化调整了相关参数。