### 微带天线设计 #### 浙江大学微带线原理及微带线天线设计 微带天线作为一种重要的无线通信设备组成部分，在现代通信技术中占据着极其重要的地位。浙江大学的研究团队针对微带天线的设计进行了深入研究，并探讨了如何通过改进设计方法来实现宽带性能。 ### 微带天线基础理论 微带天线的基本结构由一个薄的金属贴片、一个接地平面以及位于两者之间的介质基板组成。这种结构简单、易于制造且性能稳定，非常适合于各种无线通信系统中使用。 #### 微带线原理 微带线是一种用于传输高频信号的导线形式，它由一层导体和一层介质材料构成。微带线的主要特性包括特性阻抗（Z0）和有效介电常数（εeff）。这些参数对于天线的设计至关重要，它们直接影响到天线的辐射特性和带宽性能。 #### 宽带微带天线设计 为了提高微带天线的工作带宽，研究人员通常会采用以下几种方法： 1. **改变天线几何形状**：通过对天线尺寸或形状进行调整，可以有效地改善其宽带性能。 2. **使用多层结构**：通过增加介质层的数量或厚度，可以实现更宽的频带覆盖。 3. **引入特殊材料**：如使用高介电常数材料，可以显著提升天线的带宽。 4. **采用寄生元件**：在天线周围添加寄生结构，有助于扩展工作频率范围。 ### 宽带微带天线设计实例 根据浙江大学的研究成果，下面介绍一种具体的宽带微带天线设计方案： #### 设计步骤与计算公式 1. **确定基本参数**：首先需要确定天线的尺寸参数，例如宽度(w)、高度(h)等。这里假设天线宽度为1.393w，高度为0.667w，介质基板的相对介电常数εr为9.6。 \[ Z_{0} = \frac{120}{\sqrt{\epsilon_{eff}}} \left[ \frac{1}{\sqrt{1 + 4h/w}} \right] \] 其中 \( Z_{0} \) 是特性阻抗，\( \epsilon_{eff} \) 是有效介电常数。 2. **计算有效介电常数**：有效介电常数可以通过下式计算： \[ \epsilon_{eff} = \frac{\epsilon_r + 1}{2} + \frac{\epsilon_r - 1}{2} \left( 1 + \frac{0.04}{\sqrt{1 + 12h/w}} \right) \] 3. **优化设计**：基于以上参数，可以通过软件模拟（如CST Microwave Studio）进一步优化天线的设计，确保其在所需的频率范围内具有良好的辐射效率和增益性能。 #### 实际应用中的考虑因素 在实际应用过程中，还需要考虑以下几点： 1. **环境因素**：实际工作环境可能会影响天线的性能，例如温度变化、湿度等。 2. **制造工艺**：不同的制造工艺可能导致天线的实际尺寸与设计值存在差异，进而影响其性能。 3. **封装方式**：天线的封装方式也会影响其最终的性能表现。 ### 总结 通过对微带天线的基础理论和设计方法的深入研究，浙江大学的研究团队成功地提出了一种宽带微带天线的设计方案。该方案不仅能够满足现代通信系统对带宽的要求，还具有较高的工程实用价值。未来，随着更多新技术的应用和发展，微带天线的设计也将更加多样化和高效。

提出了一种新型金属电磁带隙（EBG）结构高增益微带天线。该天线在传统贴片天线的基础上通过增加EBG结构盖板，增益显著提高；在此基础上，根据镜像理论设计了一种人工磁导体（AMC）频率选择表面，有效的抑制了表面波，从而达到了缩小天线体积、展宽带宽的效果。设计完成了一个中心频率为5.8GHz的微带天线，其增益比传统贴片天线提高了10dBi，带宽由0.16%扩展到了8.62%。给出了详细设计过程和具体参数，通过数值仿真和分析证实了金属EBG盖板和AMC表面对天线性能改进的有效性。

主要讲序用ADS 2012仿真软件做一个微带天线的设计

Ka波段是毫米波频段中的一部分，本文针对Ka波段设计了三种微带天线，工作 频率均为35GHz。并且为了测试的需要，设计了波导一微带过渡结构，即天线由一段 微带线激励，而这段微带线的下端从波导宽边中线上所开的小槽伸入波导腔中作为波 导的探针激励。

关于表面波的抑制 在微带天线中，除了直接辐射之外，还可以激励表面波，从而产生轴向辐射。因此，在设计中必须给予考虑。这些表面波是TM型和TE型，它们传播到微带贴片之外的基片中。当沿微带贴片传播的准TEM波相速接近于表面波相速时，就出现了波间的强耦合。这类表面波耦合的最低频率确定了微带天线工作频率的上限。 最低次TM模的截止频率没有下限，高次模（TMn和TEn）的截止频率为 式中，c是真空中的光速；n=1，3，5，…（TEn模），或n = 2，4，6…（TMn模）。对于TE1模，以duroid（r = 2.32）和氧化铝（r = 10）为基片时，h / c（c为截止波长）的计算值分别为0.217和0.0833。因此，最低次TE模对于0.16cm厚的duroid基片，在约41GHz上可以激励起来，对于0.0635cm厚的氧化铝陶瓷基片，在约39GHz上可以激励起来。 由于TM0模的截止频率没有下限，所以，在开路微带天线上，总能激励到相当程度，甚至在介电常数较低而且非常薄的基片上，也能以近于光速的相速传播起来。计算表明，当h / 0 > 0.09（r  2.3的基片）和h / 0 > 0.03（r  10的基片）时，表面波的激励就相当可观了。因此，一般来说，在特定的应用中，如果按照上面的表面波抑制条件来选择基片，表面波的影响就可不必考虑。

一种U型宽带微带天线的设计与制作一种U型宽带微带天线的设计与制作

目前，同时适用于蓝牙、射频识别、全球微波无线互联网和无线局域网这几大主流物联网通信技术标准的多频天线设计较少，为此，提出了一种新的小型化宽频带多频微带天线。该微带天线主要由一个矩形环、一个开口六边形环、三条矩形带以及缺陷地组成，可同时工作在蓝牙、射频识别、全球微波无线互联网和无线局域网的通信频段上。天线谐振频率分别为2.47 GHz、3.48 GHz和5.55 GHz，相应带宽为0.11 GHz（2.38～2.49 GHz）、0.86 GHz（3.19～4.05 GHz）和1.11 GHz（4.95～6.

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微带天线的辐射原理 以矩形微带天线为例，用传输线模分析法介绍它的辐射原理。 设辐射元的长为l，宽为w，介质基片的厚度为h，现将辐射元、介质基片和接地板视为一段长为l的微带传输线，在传输线的两端断开形成开路。 根据微带传输线理论，由于基片厚度h<<，场沿h方向均匀分布。在最简单的情况下，场沿宽度w方向也没有变化，而仅在长度方向（l/2）有变化。 在两开路端的电场均可以分解为相对于接地板的垂直分量和水平分量，两垂直分量方向相反，水平分量方向相同，因而在垂直于接地板的方向，两水平分量电场所产生的远区场同相叠加，而两垂直分量所产生的场反相相消。因此，两开路端的水平分量可以等效为无限大平面上同相激励的两个缝隙。缝的电场方向与长边垂直，并沿长边w均匀分布。缝的宽度为lh，长度为w，两缝间距为l/2。这就是说，微带天线的辐射可以等效为由两个缝隙所组成的二元阵列。 矩形微带天线开路端电场结构 场分布侧视图 等效辐射缝隙

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