10.1 微带天线简介

    微带天线的概念首先是由Deschamps于1953年提出来的，经过20年左右的发展，Munson 和Howell 于20 世纪70 年代初期制造出了实际的微带天线。微带天线由于具有质量轻、体积小、易于制造等优点，现今已经广泛应用于个人无线通信中。

    图 10.1 是一个简单的微带贴片天线的结构，由辐射元、介质层和参考地三部分组成。与天线性能相关的参数包括辐射元的长度 L、辐射元的宽度 W、介质层的厚度 h、介质的相对介电常数和损耗正切、介质层的长度 LG 和宽度 WG。图10.1 所示的微带贴片天线是采用微带线来馈电的，本章将要设计的矩形微带贴片天线采用的是同轴线馈电，也就是将同轴线接头的内芯线穿过参考地和介质层与辐射元相连接。

图 10.1 微带天线的结构

    对于矩形贴片微带天线，理论分析时可以采用传输线模型来分析其性能。矩形贴片微带天线的工作主模式是TM10模，意味着电场在长度 L 方向上有二分只一个导波波长 的改变，而在宽度W 方向上保持不变，如图 10.2（a）所示，在长度 L 方向上可以看作成有两个终端开路的缝隙辐射出电磁能量，在宽度 W 方向的边缘处由于终端开路，所以电压值最大电流值最小。从图 10.2（b）可以看出，微带线边缘的电场可以分解成垂直于参考地的分量和平行于参考地的分量两部分，两个边缘的垂 直电场分量大小相等、方向相反，平行电场分量大小相等、方向相反；因此，远区辐射电场垂直分量相互抵消，辐射电场平行于天线表面。

图 10.2 矩形微带贴片天线的俯视图和侧视图

    对于同轴线馈电的微带贴片天线，在确定了贴片长度L和宽度W 之后，还需要确定同轴线馈点的位置，馈点的位置会影响天线的输入阻抗。在微波应用中通常是使用50欧姆的标准阻抗，因此需要确定馈点的位置使天线的输入阻抗等于50欧姆。

图 10.3 同轴线馈电的微带天线

    对于如图10.3所示的同轴线馈电的微带贴片天线，坐标原点位于贴片的中心，以（xf，yf）表示馈点的位置坐标。对于TM10模式，在W 方向上电场强度不变，因此理论上W 方向上的任一点都可以作为馈点，为了避免激发TM1n模式，在 W 方向上馈点的位置一般取在中心点，即

    上述分析都是基于参考地平面是无限大的基础上的，然而实际设计中，参考地都是有限面积的，理论分析 证明了当参考地平面比微带贴片大出6h 的距离时，计算结果就可以达到足够的准确，因此设计中参考地的长度LGND和宽度 WGND只需满足以下两式即可，即