3  天线的宽频带和小型化技术 

      下面介绍了天线设计中常用的拓宽频带和小型化的方法和技术，并解释了它们各自的原理。在拓宽频带上本文主要使用了非频变结构、天线加载技术、引入损耗技术；在小型化的研究上使用了开槽技术和天线加载技术。

3。1  宽频带技术

3。1。1  低介电常数基板法

在微带天线的设计中，如果介质板有较高的介电常数Ɛr，根据电容和Ɛr的关系可知电容的存储能力变强，导致辐射出去的电磁波减少。也可以利用等效电路法来分析，等效品质因数Q变大，这意味着板子对电磁场信号的束缚大，最终明显缩短了阻抗带宽。选择具有较低Ɛr和较大厚度h的基板，其Q值较小[3]，使更多电磁波向外辐射，最终展宽频带。同时，选用的Ɛr值越低，所需的电容片就越大，对应导体贴片平面上的微带线宽度也就越大。

3。1。2  非频变结构

非频变结构就是阻抗特性、方向性等电性能在很宽的频率范围内近似保持不变的天线，天线所有的尺寸和工作频率都按相同的比例变化，具有自相似性。

    理论上非频变天线可以做到在非常大的带宽上电性能基本不变，但其前提是短尺寸端收敛到无穷小的一点上，长尺寸端则无穷大。以对数周期天线为例，主要工作区在靠近短振子端，因而长振子端在何处截断对电性能影响不大，但决定了最低工作频率。而由于馈电端在短振子端，天线的最短尺寸对高频端性能影响很大，也决定了天线最高工作频率，因而带宽不是无穷大的，取决于最长振子与最短振子臂长之比。LPDA的带宽可达到10倍频程。论文网

3。1。3  天线加载

天线加载指的是在天线结构中加入电阻或电抗元件或介质网络之后，其电性能得到改变，电流分布改变。加载的天线元件可以是有源元件，也可以是无源的。通常使用电阻或电抗这类无源元件，添加在天线适当位置，改善天线的电流分布，改变天线工作频率的位置，这样就可以达到拓宽带宽的目的。

对加载天线研究非常典型的案例为Altshuler偶极子天线模型。它是在距离天线末端λ/4处短接一个电阻R，其电阻值为天线特性阻抗的一半。根据传输线理论，相当于端接电阻2R，等效结构如图3。1。此时馈电点到短路点之间的传输线为行波电流，输入阻抗呈现纯电阻性。当阻值不等于这个值时，对于偶极子天线是没有这种影响的。

图3。1  Altshuler偶极子天线等效模型

3。1。4  宽带匹配

改善天线的匹配特性也能够展宽频带。这涉及到馈电端，以及天线与馈电部分的耦合与匹配情况。通过将阻抗匹配网络（如1/4阻抗变换器），加入在天线结构的适当位置，可以使天线与馈线阻值匹配，才能天线的宽频带性能。如在天线末端短接电阻，可以吸收天线与自由空间阻抗不匹配的反射波部分，从而扩展频带。

3。1。5  引入损耗

基板的储能与耗能之比称为等效谐振电路品质因数Q，如果在天线结构中引入损耗，则Q减小，基板对电信号的束缚减少，从而展宽频带。其中常用的方法有电阻损耗，如果在LPDA天线结构的未激励区的适当位置引入电阻损耗，可以使得反射回来的电流减少，从而削弱驻波状态，降低驻波比。不但可以扩展频带，还可以减小天线尺寸。但是这种方法带来了欧姆损耗，降低了辐射效率，增益降低。在设计中可以通过调节电阻值的大小适当降低驻波比，扩展频带，同时应顾及到增益降低的问题。