7.1 微带天线概论在线视频

各位同学大家好

今天我们来介绍一种常用的天线

微带天线

实际上是我们目前工程上

应用非常广泛的一种天线

而且它具有小型化的特点

平面化的特点

易阵列化的特点

而且他的加工成本比较低

一致性也比较好

所以说

微带天线应用很广

无论是在移动终端还是在大型的雷达上

都有很多的应用

这一讲我们主要介绍以下几个部分

首先是微带天线史

微带天线的结构和分类

另外 就是介绍微带天线的优缺点

以及应用微带天线

最简单最基础的设计方法 设计原理

馈电方法及多种典型实物的介绍

另外就是CAD仿真的一些设计

微带天线的概念最早出现在1953年

微带天线

其实作为天线

它的大小基本要和波长相比拟

所以那时候微带天线

做起来尺寸会非常的大

所以在那时候

实际上工程界也很难引起重视

所以在上世纪5 60年代

只有一些零星的研究

因为没人重视微带天线真正的发展和使用

直到上世纪70年代

我们主要的微波源 真空器件

慢慢地都可以做到Ka波段

实际上微带天线主要应用在

L波段及往上的这些频率

在这些频率范围内

它的应用就开始多了

这时候天线的个头也比较小

也适于用微带天线这种形式来做

而且在70年代之后

天线的阵列化也逐渐成为一个很大的需求

大的趋势

所以说微带天线它具有这个特点

适于科学时代发展的背景

所以它很快地发展起来了

常用的一类微带天线

主要是在很薄的介质片上

来进行制备的

其实常用的就是聚四氟乙烯 玻璃纤维

陶瓷等介质

在这些上面用的非常的多

这种介质基片一面附上金属层

作为接地板

另外一面就用光刻的方法做出各种的图案

比如金属的贴片

天线通常包括天线部分和馈电部分

利用微带线或者同轴探针

对贴片天线进行馈电就构成了微带天线

这里主要给出了三种微带天线的典型样本

所有的天线大体上可以分成

线天线和口径天线两类

大多数对于频率比较低的

以对称阵子为基础

发展出来了各种各样的线天线

卫星地面接收大多采用抛物面和口径天线

下面给出了我们现在主流的一些天线

有一些大家已经很熟悉

比如偶极子天线

双锥天线

以及磁偶极子的环绕天线

以及螺旋天线

以及喇叭天线

以及将喇叭天线作为初级馈元的

抛物面天线

这些都是口径天线

另外口径天线中比较典型的就是微带天线

这里展示的是一个同轴馈电

然后内导体伸出之后

焊接在贴片天线上的微带天线

我们可以看到微带天线也是一种面天线

我们对所有的天线进行了一次回顾

下面介绍典型的微带天线结构

从这里大家可以看到

两层金属中夹了一层介质

这就是典型的双面覆铜板的特点

典型的贴片

比如说 一个矩形的贴片

实际上从馈电的角度来说

给贴片馈电得通过电路

把这个射频能量给它馈上去

一个是通过微带线进行馈电

这就是典型的微带线侧馈

另外一种是利用同轴线馈电

可以看到同轴线的外导体

跟贴片天线的金属地进行短接

同轴线的内导体透过介质板

跟上层的微带贴片进行短接

焊接在一起

这时候就完成了一个同轴的馈电

介质材料的厚度和介电常数种类很多

通常我们根据使用的频率来选择

比如典型的罗杰斯5880

聚四氟乙烯板介电常数2.1

厚度0.254毫米

下面我们看一下典型的微带天线形式

主要有三种

第一种是微带贴片天线

介质基片上有一片导电的贴片

包括正方形 圆形 矩形

以至于椭圆 五角 圆环 三角

半角等这些形状

另外我们可以看更特殊一点的

包括圆形的缺口贴片 椭圆的圆环 扇形

半圆环等各种形式

当然还有微带的行波天线

说白了就是类似像一个锯齿状

带状的各种各样的天线

这种天线

它可以是线极化天线也可以是圆极化天线

但是下面这个就是一个典型的圆极化天线

利用45°和90°的拐弯进行辐射

构成一个辐射阵列

从馈电角度来说

一直到远端

远端好比一个吸收负载

实际上行波天线是一个典型的线状天线

类似于八木天线 螺旋天线

电磁波一边走一边辐射

能量也就越来越弱

另外一个就是微带缝隙天线

实际上缝隙天线

它主要由微带的馈电线

和一个开在接地板上的缝组成的

这最简单的一个缝隙天线

你可以想象

这就是一个双面覆铜板

其中有一侧

这个阴影部分全部是金属

开了一条缝

后面虚线部分就是一个微带线

从后面走上来

然后通过耦合缝把能量耦合到天线处

前面这个缝是达到了天线的辐射条件

那就构成了天线

它就可以向外辐射电磁波

缝可以是窄缝

也可以是圆缝 宽缝 圆环缝

当然还有H型的缝 十字交叉缝

等等各种的缝耦合天线

我们可以认为缝隙天线和贴片天线是一种

互补的天线形式

这还要再强调一点

就是我们刚才介绍的这种缝隙天线

和贴片天线

它实际上并不是行波天线

它属于谐振天线

相当于构造一个谐振腔

它有一定的Q值（品质因数）

它的特征频率在这里谐振

微带天线的频带普遍都是比较窄的

如果是单层的微带贴片天线

实际上它的带宽通常只有2%不到

如果我们将贴片做成多层

带宽基本可以做到30%到40%

另外微带天线的损耗相对比较大 效率低

这也导致天线的增益相对比较低

有的微带天线阵采用的是用微带线馈电

微带线也比同轴和波导的差损要大

所以它通常来说天线阵列的辐射效率

是比较低的

一般阵列天线的辐射效率

接近40%到50%

另外 大多数的微带天线只向半空间辐射

如果是单纯采用PCB工艺

或者全部是由微带构成的天线

一般来说阵列的增益很难超过30dB

因为微带线本身的损耗是非常大的

如果组成阵列就意味着线非常的长

一般来说

微带天线阵的增益要超过30dB

天线单元接近于200个

也就是16乘16的一个阵列或者更大

那么这时候阵列的线损

有可能比增加单元的数量带来的增益还大

还有一个缺陷

就是馈线与单元之间的隔离度

相对来说是比较差的

另外端射形的微带天线

它的性能相对来说也是比较差的

因为他有介质板带来的损耗

所以说肯定达不到像螺旋天线和八木天线

这样全金属的天线的增益

另外就是表面波影响显著

微带天线从传输线的馈电角度来说

微带线传输的模式是准TEM波

它是比较容易产生表面波的

假设我们的阵列有很多个贴片单元

这时候会造成整个天线

单元间的隔离度比较差

如果这个阵列进行扫描

性能的影响就更加的显著

比如会产生高副瓣的问题

另外微带天线的功率容量也比较低

如果要用一种比较差的PCB板

比如损耗角正切大于是0.01的

肯定会对天线的功率容量

产生特别大的影响

就算是比较好的PCB

一般来说单个天线单元的功率容量

也很少能超过30dB

微带天线已经在很多的系统上

有很多的应用

比如移动通信 手机 终端等等

各种移动平台

另外就是卫星通讯上也有很多的应用

指挥控制系统 导弹的遥测 引信等等

多采用微带天线结构

另外 环境的检测仪表 遥感

复杂天线中的馈电单元

也多是微带天线这种形式

在卫星导航 北斗手持机上

也有一个典型的应用

手持机的天线是塔形的天线

是由3层塔形微带天线构成

这一节就先讲到这里

谢谢大家