微带天线的小型化技术研究

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1、微带天线的小型化技术研究内容引言微带天线的小型化技术1.采用高介电常数的材料2.短路加载3.开槽开缝4.有源捷变结论引言微波集成技术和空间技术迫切需求低剖面天线微带天线得到日益广泛的关注和应用体积小、重量轻、低剖面、能与载体共形易于制造,成本低,易于集成便于实现圆极化、双极化和双频段通信系统的发展方向小型化多功能高性能传统手机天线目前存在着缺点集成度低增益不高人体特定吸收比(SAR)偏高解决以上问题的有效方法－内置微带天线低SAR较高平均有效增益手机外形设计多样化未来手机天线技术的发展方向之一微带天线的结构及特点微带天线是由一块厚度远

2、小于波长的介质板（称为介质基片）和（用印刷电路或微波集成技术）覆盖在它的两面上的金属片构成的,其中完全覆盖介质板一片称为接地板,而尺寸可以和波长相比拟的另一片称为辐射元。微带天线的结构微带天线最常用的两种馈电方式一种是侧面馈电,也就是馈电网络与辐射元刻制在同一表面,另一种是底馈,就是以同轴线的外导体直接与接地板相接,内导体穿过接地板和介质基片与辐射元相接。微带天线的辐射原理(传输线法)辐射元的长为L,宽为W,介质基片的厚度为h辐射元、介质基片和接地板视为一段长为L的微带传输线传输线的两端断开形成开路矩形微带天线开路端电场结构场分布侧视图

3、微带天线的小型化技术1.采用高介电常数的材料微带天线的谐振频率近似与成反比天线谐振频率固定时，尺寸与成反比介电常数增大，天线的尺寸将减小设计实例两种不同介电常数的GPS微带天线GPS微带天线微带天线的增益和带宽随介电常数增大而减小天线（b）通过使用较厚的基片来弥补提高介电常数而导致的带宽的下降两种介电常数的GPS微带天线，工作在同一频率1.575GHz天线（a）的介电常数为，基片厚度天线（b）的介电常数为，基片厚度2.短路加载2.1PIFA与PILA矩形微带天线的场分布矩形微带贴片天线一般工作在模贴片下电场分布如图所示沿轴将天线短路，不

4、会改变天线的场分布与常规天线相比，尺寸减小了50％同轴探针馈电和微带线馈电的天线叫平面倒F型天线（PIFA）和平面倒L型天线(PILA)短路面局部短路，可使贴片的面积进一步减少局部短路PILA天线研究实例1.PILA天线与常规矩形贴片相比，天线的带宽略有下降满足移动通信的要求，要提高天线的带宽2.PIFA天线双L型PIFA天线一个L型贴片单元由同轴探针直接驱动另外一个L型贴片位于驱动单元的附近两个贴片的谐振频率略有不同通过两个贴片单元之间的耦合，使天线的带宽提高了一倍PIFA与PILA以及他们的变形在移动通信终端中被大量使用两种变形的P

5、IFA双频天线3.变形的PIFA双频天线图a中，在贴片的周围对称分布宽度为2mm的缝隙内部贴片在高频率端谐振，其余部分在低频段谐振同轴探针直接和内部贴片相连，激励起两个频率接地板向上弯曲90度充分利用天线的高度减小接地的面积减小天线尺寸改善天线的全向辐射特性降低天线邻近人体效应天线在GSM和DCS频段的带宽分别是200MHz和180MHz进一步去掉电流密度较小的部分贴片不会影响天线的性能进一步减小天线的体积图b是去掉一部分贴片后的天线结构，天线的带宽分别是180MHz和220MHz。2.2短路探针PIFA和PILA的接地面进一步减小，可

6、以用短路探针来代替在80年代初期，短路探针就被用来调谐天线谐频率采用同轴探针馈电时，若附加短路探针并靠近馈电探针时可以在很大程度上减小贴片尺寸工作原理同轴馈电探针之间形成强耦合，等效于一个并联电容在谐振频率附近，微带天线可等效成并联谐振电路因此利用短路探针可以使天线在低于谐振频率处达到阻抗匹配研究实例短路探针加载小型化微带天线各种贴片形状的短路加载小型化微带天线圆形贴片面积减小约90％，带宽降低0.6%采用三角形贴片单元，短路探针加载后面积小于常规天线的5％三角形贴片的0场位于轴距底边处，与矩形和圆形贴片相比，有很大的调整范围短路探针的

7、位置愈靠近贴片的周围天线的面积减小的越厉害馈电的位置愈靠近短路点带来制造工艺上的困难对输入阻抗的特性影响非常敏感天线的阻抗带宽非常窄在许多场合并不适用解决办法－采用多个短路探针短路点和馈电点的距离明显增大如果采用空气介质，带宽可达到10％短路探针的存在，H面的交叉极化电平明显提高解决方法－平衡馈电用两个关于原点对称的短路探针馈电处的相位相差180度交叉极化电平降低了20dB交叉电平的提高以增加天线的面积为代价是常规短路加载圆形贴片面积的2.7倍平衡馈电小型化圆形微带天线2.3电阻加载电阻加载小型化微带天线增大阻抗带宽的一种途径是将短路探

8、针替换成电阻加载加载一个1欧姆的电阻矩形天线的谐振频率从1900MHz降低为710MHz10dB阻抗带宽是9.3%,大约为常规矩形贴片的4.9倍，短路加载天线的6.6倍在明显增加带宽的同时，又增大了欧姆损耗