宽频带微带天线技术及其应用读书笔记-by 00d44 2011.3.20发布见20楼附件:【原创】【读书摘记】宽频带微带天线技术及其应用读书笔记
第一章 绪论
1.1微带天线的历史和优缺点
微带天线最初作为火箭和导弹上的共形全向天线获得了应用，现在微带天线广泛应用于大约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设备中。微带天线的特征是比通常的微波天线有更多的物理参数，具有任意的几何形状和尺寸，有三种基本类型：微带贴片天线、微带行波天线和微带缝隙天线。
和常用的微波天线相比，具有以下优点：
1）体积小、重量轻、低剖面、能与载体共形，并且除了在馈电点处要开出引线外，不破坏载体的机械结构。
2）性能多样化。设计的微带元最大辐射方向可以在边射到端射范围内调整，实现多种几何方式，还可以实现在双频或多频方式下工作
3）能够与有源器件、电路集成为统一的组件，适合大规模生产，简化整机的制作和调试，大大降低成本
和其它天线相比，其缺点如下：
1）相对带宽较窄，特别是谐振式微带天线（目前已经有了一些改进方法）
2）损耗较大，因此效率较低，特别是行波型微带天线，在匹配负载上有较大损耗
3）单个微带天线的功率容量较小
4）介质基片对性能影响较大。
由于工艺条件的限制，批量生产的介质基片的均匀性和一致性还有欠缺，影响了微带天线的批产和大型天线阵的构建
相对带宽较窄一般认为是微带天线的主要缺点，单现在采用孔径耦合的层叠式结构的微带天线，其阻抗带宽已经达到69％左右，具有广阔的应用前景，一般而言，它在飞行器上的应用处于优越地位，如卫星通信、导引头、共形相控阵等，在较低功率的各种军用民用设备如医用探头等，由于它可以集成化，使其在毫米波段的优势更为明显。
1.2微带天线的分析设计方法
天线分析的基本问题就是求解天线在周围空间建立的电磁场，求得电磁场之后，进而得到其方向图、增益和输入阻抗等特性指标。分析微带天线的基本理论大致可分为三类。最早出现的也是最简单的是传输线模型（TLM，Transmission Line Model）理论，主要用于矩形贴片，更严格更有用的是空腔模型理论（CM，Cavity Model），可用于各种规则贴片（基本限于天线厚度远小于波长的情况）最严格而计算最复杂的是积分方程法（IEM，Integral Equation Method），即全波理论（FW，Full Wave），理论上讲，积分方程法可用于各种结构、任意厚度的微带天线，但要受计算模型的精度和机时的限制。从数学处理上看，第一种理论将分析简化为一维的传输线问题；第二种理论则发展到基于边值问题的求解；第三种理论进一步可以计入第三维的变化，不过计算费时。基于积分方程的简化产生了格林函数法（GFA，Green’s Function Approach）；
由空腔模型扩展到多端口网络法（MNA，Multiport network Approach）.
微带线的传输模式是将微带线看成一种开放线路，因此其电磁场可无限延伸。这样微带线的场空间由两个不同介电常数的区域（空气和介质）构成，只有填充均匀媒质的传输线才能传输单一的纯横向场－TEM模。由于空气－介质分界面的存在，使得微带中的传输模是具有电场、磁场所有三个分量（包括纵向分量）的混合模，但在频率不太高如12GHz以下，基片厚度远小于工作波长，能量大部分都集中在导体带下面的介质基片内，且此区域的纵向场分量很弱，因此微带传输的主模和TEM模很相似，称为准TEM模。传输线法最简单，也最为直观，利用端缝辐射的概念说明辐射的机理，由于传输线模式的限制，其难于应用在矩形片以外的情况，对于矩形片，传输线模式相当于腔模理论中的基膜。在谐振频率上，计算的场分布与实际很接近，参量计算合乎工程精度，但失谐大时，相差很大，计算不再可靠，基本的传输线法对谐振频率的预测是不够准确的，利用一些修正方法（如等效伸长）可将误差减小到1％以内，如果通过样品实测谐振频率，然后在调整，效果更好。
空腔模型理论基于薄微带天线的假设，将微带贴片与接地板之间的空间看成是四周为磁臂，上下为电壁的谐振腔（确切的说是漏波空腔）。天线辐射场由空腔四周的等效磁流来得出，天线的输入阻抗可根据空腔内场和馈源边界条件来求得。腔模理论特别是多模理论是对传输线法的发展，能应用于范围更广的微带天线，并且由于计及了高次模，因此算得的阻抗曲线较准，且计算量不算大，比较适合工程设计的需要。但基本的腔模理论同样要经过修正，才能得到较为准确的结果。特别是边界导纳的引入，把腔内外的电磁问题分成为独立的问题，这在理论上是严格的，只是边界导纳的确定很困难，计算只能是近似的。在腔模理论中，认为腔内场是二维函数，这在薄基片时是合理的，而对于厚基片则将引入误差。由于微带天线的目的就是降低抛面高度，因此在大多数情况下是不成问题的，但在毫米波段就需要另行考虑了。
积分方程法和腔模理论的基本立足点不同，它讨论的是开放的空间，是以开放空间的格林函数为基础，基本方程是严格的，除了少数例外，通常用矩量法求解。
要得到高增益、扫描波束或波束控制等特性，只有将离散的辐射元组成阵列才有可能，同一阵列中辐射元可以相同也可以不同，在空间可以排成线阵、面阵或立体阵。
1.3 微带天线的应用
微带天线优势有低剖面、价格偏移并可制成多功能、可共形的天线；可集成到无线电设备内部，可用于室内外，尺寸可大可小，大的微带天线其长度可达十几米。
微带天线在空间技术中如X－SAR（X波段合成孔径雷达）、SIR（航天飞船成像雷达）、海洋卫星等以不同的微带形式完成特定的功能。在可移动卫星通信中以及内部集成的微带天线在PCS（个人通信业务）/蜂窝电话和其它手持便携式通信设备中都有广泛的应用。
注：便携式无限通信设备一般要求天线要小、轻、对两个正交极化灵敏。辐射方向图在所有主平面上必须是准各向同性的，并且，在许多应用中，需要宽频带。人体对天线的影响以及人体对天线辐射的吸收都要尽可能的小，此外，总是希望天线集成在印制电路板上或塑料盒里。由此需要使用内部集成的天线，例如微带天线。内置天线机械强度大，不易折断；不增加设备的尺寸；使用不需要拉伸，人为影响小；并且使用高水平的的防护技术，可以使天线与人体的作用减到最小。微带天线能提供50Ω输入阻抗，因此不需要匹配电路或变换器；比较容易精确制造，可重复性较好；可通过耦合馈电，天线和RF电路不需要物理连接；较易将发射和接收信号频段分开，因此可以省掉收发转换开关或至少使设计简化；容易制成双频段双极化模式。因此微带天线是最好的选择之一。
毕业后一直没做天线这块，天线是系统里的大头啊。
以后有时间学习一下基本的东东。
明天在此贴继续更新后续内容，欢迎大家补充交流
马上要做微带天线，赶快学习下
That is a good view for the MSA,thank you
楼主的这份帖子真是雪中送炭啊，我在公司现在也是做天线的，而且主要是做微带的，因为是新人有很多东西要学，谢谢楼主了，饮水思源啊！！
第二章 微带阵列天线的基本理论
天线是各种无线电设备必不可少的组成部分，它能有效的、定向的辐射或接收无线电波并通过馈线与收发系统联系起来，起着能量转换作用。
从本质上讲，微波传输线（传输微波信息和能量的各种形式的传输系统的总称）是一个封闭系统，基本功能就是传输电磁能量，其电磁场被束缚在传输线附近而不会辐射到遥远的空间，自身的不连续性可以用来构成各种形式的微波元件。天线是由传输线演变而来，但其基本功能是向空间辐射或接收电磁能量，是一个开放的系统。
不管是线天线还是面天线，其辐射源都是高频电流元，这是共性。因此讨论电流元的辐射场是讨论天线问题的出发点。
要解决天线的两个最主要的问题是阻抗特性和方向特性。前者要解决特性和馈线的匹配问题；后者要解决辐射和定向接收问题，亦即解决提高发射功率或接收机灵敏度问题。但这一切都要先求出天线在远区的电磁场分布。为此需要求解满足天线边界条件的麦克斯韦方程组。严格数学求解是很困难的，经常采用工程近似的方法进行研究，即用某种初始场的近似分布代替真实的准确分布来计算辐射场。这样可以避免严格的理论求解又可以获取一定的精确度。
2.1 微带天线单元
结构最简单的微带天线是由贴在带有金属底板的介质基片上的辐射贴片构成。贴片导体通常是铜或金，可采取任意形状。但通常采用常规的形状以简化分析和预期其性能。基片的介电常数应较低，这样可以增强产生辐射的边缘场。微带天线单元/阵列其结构通常都比较简单，但电磁场的分析却很复杂。一方面，微带天线的品质因数很高，较难得到精确的阻抗特性；介质的各向异性、加载、损耗、表面波效应等影响也较严重。另一方面，微带特性几何结构多样（不同贴片单元形状、馈电方法以及寄生单元或层叠单元的应用，共面馈电网络与有源线路的集成等）。
微带特性的分析方法主要分为基于简化假设的近似方法和全波分析方法两类。全波分析法有更好的适应性和更高的精度，但速度较慢。第一类方法包括传输线模型、空腔模型和分段模型。该方法讲贴片单元当作一段传输线或是空腔谐振器，简化了分析和计算，提高了速度，物理概念清晰，可以提供设计的初始数据。
2.1.1微带天线的传输线模型
基本假设：
1）微带片和金属底板构成一段微带传输线，传输准TEM波，波的传输方向决定于馈电点。线段长度L≈λg/2，λg
为准TEM波的波长。场在传输方向上是驻波分布，而在垂直方向上是常数。
2）传输线的两个开口端（始端和末端）等效为两个辐射缝，场为W，宽为h，缝口径场即为传输线开口端场强。缝平面看作位于微带片两端的延伸面上，即是讲开口面向上折转90o，而开口场强随之折转。
由上可见当L＝λg/2时，二缝上切向电场均为x方向，且等幅同相，它们等效为磁流，由于金属底板的作用，相当于有二倍磁流向上半空间辐射。缝隙上等效磁流密度为
Ms＝－2V/h
V为传输线开口端电压。
由于缝已经放平，在计算上半空间辐射场时，就可以按照自由空间处理。这是这种方法的方便之处。
2.1.2辐射元方向图
微带辐射元的方向图可由其等效磁流元的辐射场得出。
由图2.1可见，微带天线的辐射等效为二元缝阵的辐射，并且缝上等效磁流是均匀的，可求出天线的辐射场为：
2.2微带阵列
微带天线单元的增益一般只有6～8dB。为获得更大增益，或为了实现特定的方向性要求，常采用由微带辐射元组成的微带阵列。最简单的排阵方式是直线阵。其馈电结构一般采用串馈或并馈。
2.2.1线阵辐射特性
由相同而且取向一致的辐射元组成的阵列方向图是其辐射元方向图和阵因子方向图的乘积（方向图乘积定理）。阵因子方向图就是将实际辐射元用无方向性的点源代替（具有原来的机理振幅和相位）而形成的阵方向图。微带辐射元的方向图可由其等效磁流元的辐射场得出，这样就可以求出微带线阵的的辐射特性。
有些公式无法识别，只能截图来弄了
楼主贴得好辛苦，赞一个～～:31bb :31bb :31bb :31bb
哎呀，可惜现在没搞这个，天线忘的差不多了，否则就可以热烈的讨论一下了。
我也真在学习微带天线，谢谢！
学习学习！
最近看了不少这方面的东东，看来得学习啊
:21bb:27bb
学习中。。。。。。。。。。。
学习了 多谢楼主 应该还有下文吧
ص
{:7_1235:}
{:7_1235:}
太好了，正需要，多谢分享啊！！！！！！！！！！！！！！
让我来看看，宽带天线的东西。
不错，正好学习学习！
谢谢楼主分享
记得当时学习的时候，做这个笔记，连里面的图都是自己亲手画的，呵呵
好东西啊，早该来学习学习了
把书进一步读薄了，升华了
看来得学习啊
膜拜~~mark...
学习了 多谢楼主
研一快结束才开始学习，多谢点拨。
楼主强大，正在学习微带天线
感谢资料分享！！！
咋还需要技术分？？又搞歧视！{:7_1250:}
咋还需要技术分？？又搞歧视！{:7_1250:}
{:7_1234:}学习ing
感谢楼主！{:7_1255:}
天线的厉害~哈哈看看
{:7_1235:}{:7_1235:}
可以好好研究一下，天线还是很重要的一部分！
宽频带微带天线技术及其应用
好东西看看
学习一下
准备就做这方面的文章啦
看看呢
支持{:7_1234:}
看看，谢谢啊！
顶一个。。。。。
看看哈
总结是要看的 来LOOK LOOK
学习了。嘻嘻。
回复看看
dfs fds f sf
啥时候再也能攒点技术分
{:7_1234:}{:7_1234:}{:7_1234:}
从基础开始学习
宽频带微带天线技术及其应用读书笔记-by
微带天线现在的主要趋势是双极化和微带阵列
顶。。。。。。。。。。。。。。。
学习学习。谢谢分享
恩看看啊不错啊
fr23ttg23t23r3r
这个非常值得一读，楼主辛苦！！
看看
向楼主学习！！！
好东西，正准备学习的。。。
谢谢楼主
多谢多谢。。。。。。。。。。。。
现在学习哈 以后搞讨论
就是下不了哦
地对地导弹
看看啊 啊
thanksssssssssssssssss
正在学习，想参考一下……
学习中。。。。。。。。。。。
顶一下老大
老大，费用太高了
请教弯折偶极子天线的基本尺寸怎么确定？
谢谢楼主，看看先
謝謝
很好的总结啊，值得收藏
谢谢楼主分享
thank you very much.
Thanks
宽频带微带天线技术及其应用笔记.doc (745 KB) 
宽频带微带天线技术及其应用读书笔记-by 00d44 2011.3.20发布见20楼附件: 2.1.bmp
