本科毕业设计说明书 第 7  页

2 圆柱共形微带贴片单元天线的设计

2。1 微带天线基本理论

通常来说，共形微带天线的分析与设计就是基于一般的微带天线理论基础，因此本 节先介绍微带天线的基本理论。

2。1。1 微带贴片天线

微带天线是在带有导体接地板的介质基片上贴加导体薄片而形成的天线，它利用微 带线或同轴线等馈线馈电，在导体贴片与接地板之间激励器射频电磁场，并通过贴片四 周与接地板间的缝隙向外辐射[11]。

如图 2。1 所示，是典型的利用微带线馈电的微带贴片天线，可以看出它的主体部分 从上到下一共分为三部分：导体贴片在最上面最上，中间是介质基片，下面是接地板。

图 2。1 微带贴片天线

微带天线是平面结构，易于共形；剖面薄，质量轻；在 组阵时，馈电网络可与辐射

单元一体设计。但是微带天线的工作频带较窄，且损耗较大；如果采用微带线馈电，那 么微带线产生辐射会对天线产生影响；微带天线的品质因数较低。

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2。1。2 微带天线的辐射原理

以矩形微带天线为例， 设辐射贴片长为L，宽为W，介质基片的厚度为h ，这里一般 取贴片的长 L 为介质基片内波导波长的一半。此时辐射贴片、介质基片和接地板可以视

为一 段两端开路的长为L的微带传输线，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。矩形微带线的工作主模是 TM10 模，为了进一步简化，可以认为 场沿宽度 W 方向也没有变化，而仅在长度 L 方向上有变化，其场分布如图 2。2 所示：

（a）侧视图 （b）俯视图

图 2。2 微带天线场分布的侧视图和俯视图

这里，两开路端的电场可以分解为垂直于接地板的分量和平行于接地板的分量；而 垂直于接地板的分量方向是相反的，在远区场反相相消；平行于接地板的分量方向是相 同的，在远区场同相叠加。也就是说，微带贴片天线的辐射主要由沿两条 W 边的缝隙 产生，这两条边也可以称为辐射边。

假设矩形贴片的有效长度为 Le ，则有

2。1。3 微带辐射贴片尺寸估算

在 2。1。3 节中，微带贴片的有效长。度为波导波长 g 的一半，即：

式中，  0表示自由空间波长，e表示有效介电常数，且由施耐德经验公式：文献综述

式中， r 表示介质的相对介电常数；h表示介质层厚度；W表示微带贴片的宽度。

由此，可计算出矩形贴片的实际长度 L，有

式中，c 表示真空中的光速； f0 表示天线的工作频率； L 表示图 2。2（b）中等效辐 射缝隙的长度，且有

矩形贴片的宽度 W 可由下式计算，

2。1。4 微带天线的设计步骤

矩形贴片微带天线设计的参量主要有：矩形贴片长度 L ，矩形贴片宽度W ，介质板 厚度 h ，介质的相对介电常数 r 和损耗正切 tan 。设计的天线需要满足技术指标，主要 有：

①天线的中心工作频率及频带宽度。 HFSS微波/毫米波共形天线的研究设计(5):http://www.youerw.com/tongxin/lunwen_87007.html