浅谈微带天线

馈源边界条件求得。

本法已成功地用于精确计算厚0.005λd至 0.02λd的微带天线输入阻抗。该方法适用于各种规则贴片，但基本上限于天线厚度小于波长的情况。

3. 全波分析法（FW）

传输线模型和腔体模型全部都是在薄微带的假设下实现的，而全波理论引入第三维的变换，不仅适用于任意形状、任意厚度的情况，还可用于计算微带天线单元的互耦问题，进一步扩宽的理论的适用范围。

全波理论是以开放空间中的格林函数为基础的，先求出在特定边界条件下电源产生的场，再根据叠加原理，将电源场与源分布相乘，积分求得总场分布，故这种方法又被称为积分方程法。严格的格林函数积分通常有极大的计算量，在实际应用中，应用先验性知识假定的场源分布来代替积分求得的场源分布。这种方式简化了求格林函数积分带来的计算复杂性，又可以获得较为严格的包含微带基片效应的总场结果，但应用场合受到先验性假设的限制。

前两类都是基于某些假设而将问题简化，它们可统称为"经验模型"，优点是物理概念清楚，计算简单。而全波方法是三维边值问题的严格数值求解，因而最为严格，但也复杂许多。

微带天线的优缺点与应用

与普通微波天线相比，微带天线有如下优点：

1.  剖面低、体积小、重量轻

2.  具有平面结构，易于导弹、卫星等载体表面共形

3.  适合于印刷电路技术大批量生产

4.  能与有源器件和电路集成为单一的模块

5.  便于获得圆极化、容易实现双频段、双极化等多功能工作

微带天线缺点有：

1.   频带窄

2.   有导体和介质损耗，会激励起表面波，导致辐射效率降低

3.   功率容量小，一般适用于中、小功率场合

4.   性能受基片材料影响大

微带天线目前已应用于100MHz—100GHz的宽广频域上的大量无线电设备中，特别是飞行器上和地面便携式设备中。

表1 微带天线典型应用

微带天线的发展趋势

（1）微带天线频带展宽技术

对于谐振式天线来说，Q值越高，谐振特性就越尖锐，相对应的带宽就越窄。因此，展宽带宽可以考虑从降低Q值入手。增加介质基板的厚度，选择低介电常数以及损耗角正切tanα值较大的介质基板均可使Q值下降。

但过厚的介质基板容易引起表面波的明显激励，使辐射效率降低。此外，介电常数的减小也有极限，最小是完全采用空气层的情况，介电常数值为1，这在实际工程中也增加了工艺复杂性。

因此，在使用此方法时要综合考虑包括剖面厚度、实际可实现性以及天线其他性能指标的完成度。

除了以上改变天线所用材料的方法之外，在贴片表面开槽或者开缝，可以改变原有表面电流的分布，严格来说这也是通过降低Q值实现宽频带的方式。此外，缝隙产生的谐振频率也可以作为原贴片的寄生频率从而展宽带宽。

最后，我们还可以人为引入多个谐振点。这种方法的基本思想是在主谐振频率附近引如其他谐振频率，调整每个谐振点的大小，最终覆盖整个工作频带。运用此方法设计的天线可以是单层的，通过增加无源共面贴片引入寄生谐振；也可以是多层的，通过多个尺寸大小相近从而谐振频率相近的贴片层叠来展宽频带，一般情况下只有一个贴片直接馈电，其余贴片通过耦合馈电。

（2）微带天线波束展宽技术

卫星导航系统需要天线具有低仰角宽波束的特性，而通常来说谐振型微带天线的波束都不会很宽，因此如何展宽天线的波束也是微带天线需要解决的问题。在贴片表面开缝可以减小天线尺寸，缩小天线的辐射口径，以此达到展宽波束的目的。同时，贴片表面开缝也可将原辐射区域分为几个不同的辐射区，多个区域的辐射波束相叠加，以此展宽波束宽度。

此外，为了减小天线的有效辐射口径，也可以在传统的微带天线外加折叠导体腔，遮罩辐射贴片。此方法结构简单，效果显著，但导体腔的存在加大了剖面厚度，也使得重量增大，如图5所示。

我们也可以将两种或多种形式的天线进行组合，利用多种天线最大波束指向的差异来展宽波束。由微带贴片直接辐射的能量在法相方向辐射最强，另一部分的能量沿介质层传播的能量在介质层末端辐射，切相方向上辐射最强。天线工作时，两个方向的辐射叠加，使整个上半辐射空间有较宽的波束。

图5  加折叠导体腔的宽波束微带天线

（3）微带天线的多功能技术

多功能无线通信的飞速发展使得在雷达、通信和定位系统等领域都迫切需要双频、双极化微带天线，以实现频率复用、收发双工和天线共用。目前双频天线的主要实现目标是获得