小型天线技术

1、小型天线技术小型天线技术 Compact and Broadband Microstrip Antennas Broadband Microstrip Antennas 小天线是移动通信系统中的关键技术之一小天线是移动通信系统中的关键技术之一 随着移动无线通信技术的发展，各种移动通信设备中的与设备共形的天线技术得到了长足的发展：如 ?1。GSM (global system for mobile communication ) 手机工作在800900MHz ?2。全球定位系统(GPS: global positioning system ) 工 ? 作在1.5GHz ?3。IEEE802.11

2、为协议的无线局域网工作在2.4GHz; . 4。以IEEE802.16为协议的无线城局域网工作在5.8GHz ?5。2002年美国联邦通信委员会（FCC）通过了极宽带 ? 通信技术（UWB）所规定的频率汇聚范围为3 ? 11GHz ?小天线技术小天线技术 ?为满足以上各种移动通信的需求近二十年来人们发展了各种类型的小天线。 小天线具有外型尺寸小，重量轻，结构简单造价低等特点。 某些小天线还具有与通信设备共形的特性和嵌入系统整机的特性。 小天线主要类型小天线主要类型 ?小天线有各种类型，其中以微带贴片天线和倒 F 天线应用较广泛 ?1。微带贴片天线 ? (Microstrip substrate

3、 ? patch antenna) ?2。倒F天线 ? PIFA：Planar ? invert F antenna 微带贴片天线微带贴片天线 ?微带贴片天线是1953年由 Deschamps, G. A.在他所发表的论文, Microstrip Microwave Antennas, Proc. 3rd USAF Symposium on Antennas, 1953.首先提出来的，文献中又简写为MSA（Microstrip Antenna). 1970年Munson 和 Howell对微带小天线的发展作出了重要的贡献。 主要优缺点：主要优缺点： ?优点： 重量小，体积小，易于制造。 可以使

4、用微带（微波基片）电路制造技术批量生产，造价低。 可与其他集成电路集成在同一块电路板上， 可以使用多种极化技术。 可以工作在多个频带或宽频带上 可以构成自适应天线；可重构天线或自结构天线等下一代智能天线（Smart Antennas ） 主要缺点：主要缺点： ? Narrow BW; 典型的工作带宽只有5% Lower gain; Low power-handling capability. 规则形状的微带天线，具有工作频带较窄增益低的特点，但利用一定的技术可以克服这些缺点。 目前使用MSA技术的天线可以构成 UWB天线 使用适当的结构也可以克服低增益的缺点。 宽带工作的微带天线的例子宽带工作

5、的微带天线的例子 IEEE ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATION LETTERS, VOL. 4, 2005 237 IEEE MICROWAVE AND WIRELESS COMPONENTS LETTERS, VOL. 15, NO. 6, JUNE 2005 395 Applications of MSA Proximity fuses:接近引信；Pagers:A public-address system used for summoning purposes. microwave hyperthermia微波加热；Intruder alarm 入侵报警,

6、 telemetry 遥测 天线的带宽理论：天线的带宽理论： ?天线的阻抗带宽一般是指天线的输入口的反射系数小于10dB的频率宽度或指其输入口的电压驻波比小于2的频率宽度。 电压驻波比与反射系数的关系 天线的阻抗匹配网络天线的阻抗匹配网络 加入一微带结构的匹配网络可以大大减小天线工作频带内的反射。 基本公式基本公式 反射系数输入阻抗与传输线之间的关系 主要分析方法：主要分析方法： The transmission line model; The cavity model; The MNM. . Numerical Method 这里MNM是多口网络模型的缩写multiport network

7、model 基本贴片天线分析基本贴片天线分析 ?对一矩形MSA，其工作主要依靠其边缘电流的辐射。 当矩形边长为L时，其工作波长 的一半略小于L，即L /2. 是介质基片中的电磁波波长，与自由空间中的电磁波长0的关系为 ?0/?eff,?eff为有效介电常数，是相对介电常数 ? ，频率与传输线结构的函数 r微带天线的分析微带天线的分析2 ?对较复杂的微带天线的分析需采用数值分析方法。主要数值方法有： The method of moments (MoM); IE3D 矩量法矩量法 The finite-element method (FEM); HFSS 有限元法有限元法 The spectra

8、l domain technique (SDT); 谱域法谱域法 The finite-difference time domain (FDTD) method. XFDTD 时域有限差分法时域有限差分法 .The finite-integral method (FIM) CST 有限积分法有限积分法 小型微带天线技术小型微带天线技术 ?小型微带天线技术主要有 1。使用高介质常数基片 （r20) 2。使用边缘短路技术 3.使用开缝技术，加长电流 路径 4。多层介质开孔耦合技术 5。其他技术。如加载技术 小型微带天线技术小型微带天线技术2 开缝与开孔技术是小型微带天线常用的技术之一。 小型微带天

9、线技术小型微带天线技术3 开缝及电阻加载技术 Chip resister loaded antennas1 用微带电阻加载是实现宽带小型微带天线常用的技术 Chip resister loaded antennas2 不同的电阻加载位置对天线的电特性的作用是不同的。 选择并确定适当的加载位置和电阻值是本项技术的关键。 加载技术及高阻抗介质板复盖技术加载技术及高阻抗介质板复盖技术 据文献报道，在电阻加载时采用高阻抗介质板复盖天线可减小由电阻加载所引入的天线增益降低。 高阻抗介质板复盖后的天线增益高阻抗介质板复盖后的天线增益 多层结构及短路技术多层结构及短路技术 多层激励多层激励 短路及开缝技术短

10、路及开缝技术 双极化技术双极化技术 宽带技术宽带技术 宽带微带天线技术宽带微带天线技术 缝耦合宽带技术 双频带工作技术双频带工作技术 双工作频率天线双工作频率天线 有源天线技术有源天线技术 将有源微波电路融入贴片天线可有效地控制天线性能 参考资料参考资料 ?1。Compact and Broadband Microstrip Antennas. Kin-Lu Wong Copyrightc 2002 John Wiley & Sons, Inc. ISBNs: 0-471-41717-3 (Hardback); 0-471-22111-2 (Electronic) Library of Congress Cataloging-in-Publication Data Kumar, Girish. 2。Broadband microstrip antennas / Girish Kumar and K.P. Ray. p. cm. (Artech House antennas and prop