1、微带天线理论与技术微带天线理论与技术南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用内容提要内容提要?1 1 微带天线基本理论微带天线基本理论*#（8 8学时）学时）?2 2 微带天线的元技术微带天线的元技术（8 8学时）学时）?3 3 有效利用商用软件进行微带天线的设计有效利用商用软件进行微带天线的设计*#（8 8学时）学时）?4 4 微带阵列天线微带阵列天线#（8 8学时）学时）?5 5微带天线近场测量与近场诊断微带天线近场测量与近场诊断（6 6学时）学时）?6 6 微带天线制造技术微带天线制造技术（4 4学时）学时）南京理工大学毫米波技术研究室
2、南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用教材教材教材：教材：?方大纲著，天线理论与微带天线，科学出版社，方大纲著，天线理论与微带天线，科学出版社，20062006年年?钟顺时著，钟顺时著，微带天线理论与应用，微带天线理论与应用，西安电子科技大学出版社，西安电子科技大学出版社，19911991年年参考资料：参考资料：1.1.张钧著，微带天线理论与工程，国防工业出版社，张钧著，微带天线理论与工程，国防工业出版社，19881988年年2.(2.(加加)鲍尔鲍尔,I.J.,(,I.J.,(加加)布哈蒂亚布哈蒂亚,P.,P.著，微带天线，电子工业出版社，著，微带天线，电子工业出版
3、社，1984 1984 南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用绪论绪论通信的目的是传递信息通信的目的是传递信息,根据传递信息的途径不同根据传递信息的途径不同,可将通信系可将通信系统大致分为两大类统大致分为两大类:一类是在相互联系的网络中用各种传输线来传递信息一类是在相互联系的网络中用各种传输线来传递信息,即即所谓的有线通信所谓的有线通信,如电话、计算机局域网等有线通信系统如电话、计算机局域网等有线通信系统;另一类是依靠电磁辐射通过无线电波来传递信息另一类是依靠电磁辐射通过无线电波来传递信息,即所谓即所谓的无线通信的无线通信,如电视、如电视、
4、广播、广播、雷达、雷达、导航、卫星等无线导航、卫星等无线通信系统。通信系统。无线通信系统中无线通信系统中,将来自发射机的导波能量转变为无线电波将来自发射机的导波能量转变为无线电波,或或者将无线电波转换为导波能量者将无线电波转换为导波能量,用来辐射和接收无线电波的装臵用来辐射和接收无线电波的装臵称为称为天线天线。南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用天线的发展天线的发展赫兹赫兹马可尼马可尼南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线的发展微带天线的发展利用微带线的辐射来制成微带微波天线的
5、概念最早由德尚利用微带线的辐射来制成微带微波天线的概念最早由德尚(G.A.Deschamps)(G.A.Deschamps)教授在教授在19531953年提出年提出11，在，在19551955年由法国年由法国Gutton2Gutton2和和Baissinot3Baissinot3发表了专利。微带天线是一种随系统对天线的要求发表了专利。微带天线是一种随系统对天线的要求而发展起来的典型的低剖面、平板结构的天线，但是因为没有较而发展起来的典型的低剖面、平板结构的天线，但是因为没有较好的微波介质材料，所以在随后的近好的微波介质材料，所以在随后的近 2020年里对此只有零星的研究，年里对此只有零星的研究
6、，当时人们只是把微带结构作为波导元器件的一种小、薄、轻又低当时人们只是把微带结构作为波导元器件的一种小、薄、轻又低廉的替代品。廉的替代品。7070 年代期间，由于获得了具有低损耗正切特性和有年代期间，由于获得了具有低损耗正切特性和有吸引力的热特性及机械特性的良好基片，改进的照相平板印刷技吸引力的热特性及机械特性的良好基片，改进的照相平板印刷技术和更好的理论模型，使微带天线取得突破性进展。最早的微带术和更好的理论模型，使微带天线取得突破性进展。最早的微带天线是天线是HowellHowell和和MunsonMunson在二十世纪七十年代初期研制成的。之后，在二十世纪七十年代初期研制成的。之后，世界
7、各国的研究人员对微带天线的贴片形状、馈电技术、基板构世界各国的研究人员对微带天线的贴片形状、馈电技术、基板构造和阵列排列等方面作了大量的研究，微带天线无论在理论与应造和阵列排列等方面作了大量的研究，微带天线无论在理论与应用的深度上和广度上都获得了进一步的发展。用的深度上和广度上都获得了进一步的发展。南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线的优点微带天线的优点南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线的优缺点微带天线的优缺点微带天线以其重量轻、体积小、成本低、共形结构、以及与集微
8、带天线以其重量轻、体积小、成本低、共形结构、以及与集成电路兼容等优点，成为天线家族中充满生命力的一个分支，成电路兼容等优点，成为天线家族中充满生命力的一个分支，最适宜于航空和车载应用。如今，这种新型天线技术已日趋成最适宜于航空和车载应用。如今，这种新型天线技术已日趋成熟，其应用正在与日俱增。熟，其应用正在与日俱增。早期微带天线具有频带窄、极化纯度差、寄生馈电辐射大、功早期微带天线具有频带窄、极化纯度差、寄生馈电辐射大、功率容量有限等不足。因此微带天线的大部分研究工作都是为了率容量有限等不足。因此微带天线的大部分研究工作都是为了克服这些缺点，以便满足系统对天线愈来愈苛刻的要求。这些克服这些缺点，
9、以便满足系统对天线愈来愈苛刻的要求。这些工作所取得的进展使得微带天线的发展和应用前景变得更为广工作所取得的进展使得微带天线的发展和应用前景变得更为广阔。阔。南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线的性能定义微带天线的性能定义a a）工作频段：）工作频段：XXXX MHzXXXX MHzXXXXMHzXXXXMHz；b b）口径尺寸：）口径尺寸：XX mm XX mm*XX mm XX mmc c）水平面方向（阵面法线方向）：）水平面方向（阵面法线方向）：波束宽度：波束宽度：5.55.5；副瓣电平：副瓣电平：-18dB-18dB；d d
10、）垂直面方向：）垂直面方向：波束宽度：波束宽度：3030；e e）天线增益（阵面法线方向）：）天线增益（阵面法线方向）：19dB19dB；f f）极化方向：垂直；）极化方向：垂直；g g）驻波比：）驻波比：1.81.8；h h）波束覆盖范围：）波束覆盖范围：2020。辐射特性辐射特性极化特性极化特性阻抗特性阻抗特性扫描特性扫描特性南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线的结构微带天线的结构南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室
11、微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线的结构微带天线的结构A.A.贴片型贴片型B.B.振子型振子型C.C.微带线型微带线型D.D.南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线的工作原理微带天线的工作原理南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线的工作原理微带天线的工作原理南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线的分析方法微带天线的分析方法传输线模型传输线模型腔模型腔模型分析分析有限差分有限差分+匹配边界匹配边界(理想
12、匹配等效理想匹配等效)积分方程积分方程矩量法矩量法有限元有限元方法方法南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带线的特性微带线的特性微带线是一种开放的线路。微带线是一种开放的线路。它的场空间是由两个不同介它的场空间是由两个不同介电常数的区域构成。我们知电常数的区域构成。我们知道，只有填充均匀媒质的传道，只有填充均匀媒质的传输线才能传输单一的纯横向输线才能传输单一的纯横向场（场（TEMTEM）。现在存在空气）。现在存在空气与介质分界面，存在着混合与介质分界面，存在着混合模，只有当基片厚度远小于模，只有当基片厚度远小于工作波长时，能量大部分都工
13、作波长时，能量大部分都集中在导体带下面的介质基集中在导体带下面的介质基片内时，称为准片内时，称为准TEMTEM模。模。南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带线的特性微带线的特性当频率较高时，微带宽度当频率较高时，微带宽度WW和高度和高度h h与波长可相比拟时，微与波长可相比拟时，微带中可能出现波导型横向谐振模。最低模为带中可能出现波导型横向谐振模。最低模为TETE1010微带中还存在着表面波，最低次微带中还存在着表面波，最低次TMTM型表面波的截止频率无型表面波的截止频率无下限，而最低次下限，而最低次TETE型表面波的截止波长为型表面波
14、的截止波长为上述的波导模和表面波模称为微带的高次模。为抑制高次模上述的波导模和表面波模称为微带的高次模。为抑制高次模的出现。微带尺寸的选择需要满足以下的条件的出现。微带尺寸的选择需要满足以下的条件南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线的传输线模型微带天线的传输线模型该模型将矩形微带贴片看成沿横向该模型将矩形微带贴片看成沿横向L L没化变化的传输线谐振没化变化的传输线谐振器。场沿纵向呈驻波变化，辐射由两开路端的边缘场产生器。场沿纵向呈驻波变化，辐射由两开路端的边缘场产生南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理
15、论与应用微带天线理论与应用微带天线的空腔模型微带天线的空腔模型该理论基于薄微带天线的假设，而将微带贴片与接地板之间的空该理论基于薄微带天线的假设，而将微带贴片与接地板之间的空间看成是四周为磁壁、上下为电壁的谐振空腔。天线辐射场由空间看成是四周为磁壁、上下为电壁的谐振空腔。天线辐射场由空腔四周的等效磁流来得出，天线输入阻抗可根据空腔内场和馈源腔四周的等效磁流来得出，天线输入阻抗可根据空腔内场和馈源的边界条件来求得。的边界条件来求得。南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线的空腔模型微带天线的空腔模型(1)TM(1)TMmnmn模的磁流沿
16、模的磁流沿X X方向有方向有m m个个零点，沿零点，沿Y Y方向有方向有n n个零点。个零点。(2)(2)两个相邻零点的间隔为两个相邻零点的间隔为 m m/2/2。(3)(3)每经过一个零点，每经过一个零点，MMs s便改变方便改变方向向(4)(4)贴片四角处贴片四角处MMS S为最大值为最大值(5)Ms(5)Ms沿周边的分布是连续的，沿周边的分布是连续的，按正弦分布或均匀分布。按正弦分布或均匀分布。(0,1),(1,0),(0,2n+1)(0,1),(1,0),(0,2n+1)和和(2m+1,0)(2m+1,0)在在边射方向形成最大值，而边射方向形成最大值，而(0,2),(0,2),(2,0
17、),(0,2n)(2,0),(0,2n)和和(2m,0)(2m,0)等模在边射方等模在边射方向形成零点。向形成零点。南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线的空腔模型微带天线的空腔模型用磁流模型和用电流模型用磁流模型和用电流模型进行分析方向图的差别。进行分析方向图的差别。南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线的空腔模型微带天线的空腔模型-输入阻抗输入阻抗南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线的空腔模型微带天线的空
18、腔模型-等效电路等效电路南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线的空腔模型微带天线的空腔模型-带宽、效率和方向系数带宽、效率和方向系数南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线的设计过程微带天线的设计过程1 1、选择基片、选择基片南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线的设计过程微带天线的设计过程2 2、初步估算微带天线的值、初步估算微带天线的值南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用
19、微带天线理论与应用微带天线的设计过程微带天线的设计过程3 3、确定馈电方式、确定馈电方式需要同轴馈电还是微带馈电需要同轴馈电还是微带馈电4 4、馈电与微带贴片之间的阻抗匹配、馈电与微带贴片之间的阻抗匹配南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线的设计实例微带天线的设计实例南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线的设计实例微带天线的设计实例南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线馈电技术微带天线馈电技术在微带天线的设计中
20、，选择合适的馈电方式在微带天线的设计中，选择合适的馈电方式 11，对，对实现所设计的天线性能至关重要。对微带天线进行实现所设计的天线性能至关重要。对微带天线进行馈电的两种基本方式是：（馈电的两种基本方式是：（1 1）用微带线馈电；（）用微带线馈电；（2 2）用同轴线馈电。若按馈电技术分类，可概括为用同轴线馈电。若按馈电技术分类，可概括为 4 4种种基本技术，包括边沿馈电、探针馈电、口径耦合及基本技术，包括边沿馈电、探针馈电、口径耦合及临近耦合。临近耦合。南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线馈电技术微带天线馈电技术-微带馈电微带馈电
21、边沿馈电技术是微带贴片天线最边沿馈电技术是微带贴片天线最早的一种激励方法。一般情况下，早的一种激励方法。一般情况下，微带馈线与贴片的一条辐射边接微带馈线与贴片的一条辐射边接触，它具有其他的馈电技术不具触，它具有其他的馈电技术不具有的几个优点。因为馈电单元和有的几个优点。因为馈电单元和贴片可以蚀刻在同一块板上，故贴片可以蚀刻在同一块板上，故一个主要优点是制造工艺简单，一个主要优点是制造工艺简单，因此大多数平面阵都采用边馈技因此大多数平面阵都采用边馈技术。这种方式很容易控制输入阻术。这种方式很容易控制输入阻抗水平；通过简单的将馈线插入抗水平；通过简单的将馈线插入贴片导体，贴片的辐射边时，谐贴片导体
22、，贴片的辐射边时，谐振阻抗可以调谐为高达振阻抗可以调谐为高达150200150200，而当接触点位于贴片的中心时下而当接触点位于贴片的中心时下降为只有几个欧姆。降为只有几个欧姆。南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线馈电技术微带天线馈电技术-同轴馈电同轴馈电探针馈电贴片具有几个重要的优探针馈电贴片具有几个重要的优点。第一，馈电网络通过一个接点。第一，馈电网络通过一个接地面与辐射部分分离，这个特性地面与辐射部分分离，这个特性使得它可以分别对每一层进行优使得它可以分别对每一层进行优化；第二，在所有的激励方法中，化；第二，在所有的激励方法
23、中，探针馈电有可能是最有效的，因探针馈电有可能是最有效的，因为馈电机制直接与天线接触，并为馈电机制直接与天线接触，并且馈电网络的大部分与贴片隔离，且馈电网络的大部分与贴片隔离，从而使虚假辐射最小。虽然探针从而使虚假辐射最小。虽然探针馈电方式在连接方面比较复杂，馈电方式在连接方面比较复杂，但是其高效性仍然使它应用广泛。但是其高效性仍然使它应用广泛。南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线馈电技术微带天线馈电技术-耦合馈电耦合馈电临近耦合贴片的关键特性在于它临近耦合贴片的关键特性在于它的耦合机制在本质上是电容性的，的耦合机制在本质上是电容
24、性的，这与直接接触法相反，后者主要这与直接接触法相反，后者主要是感性的，耦合机制的差异显著是感性的，耦合机制的差异显著的影响了可以获得的阻抗带宽，的影响了可以获得的阻抗带宽，因为边馈和探针馈电几何结构的因为边馈和探针馈电几何结构的感性耦合限制了可使用材料的厚感性耦合限制了可使用材料的厚度。因此，本质上临近耦合贴片度。因此，本质上临近耦合贴片的带宽宽于直接接触馈电贴片。的带宽宽于直接接触馈电贴片。南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线馈电技术微带天线馈电技术-口径耦合口径耦合叠层之间通过接地面分开，馈线与叠层之间通过接地面分开，馈线与
25、贴片天线之间通过接地面上的窄缝进贴片天线之间通过接地面上的窄缝进行藕合。与直接接触式相比优点行藕合。与直接接触式相比优点:与边与边馈贴片天线不同，它可以对馈线和基馈贴片天线不同，它可以对馈线和基板进行优化；与探针贴片相比，它不板进行优化；与探针贴片相比，它不需要垂直互联，从而简化了制造工艺需要垂直互联，从而简化了制造工艺但同时保持了印制电路技术的共形特但同时保持了印制电路技术的共形特性。然而由于需要多层制造工艺，各性。然而由于需要多层制造工艺，各层之间的对齐定位非常重要。多层天层之间的对齐定位非常重要。多层天线还会产生其他问题，介质间存在的线还会产生其他问题，介质间存在的间隙将显著改变天线的输
26、入阻抗特性间隙将显著改变天线的输入阻抗特性，特别是在高频时间隙的阻抗特性较，特别是在高频时间隙的阻抗特性较大。叠层之间的粘合材料对天线的作大。叠层之间的粘合材料对天线的作用也至关重要。用也至关重要。南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线元技术微带天线元技术?1 1 圆极化技术圆极化技术?2 2 宽频带技术宽频带技术?3 3 多频带技术多频带技术?4 4 可重构技术可重构技术南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线圆极化技术微带天线圆极化技术?1 1 圆极化波是一个等幅的瞬时
27、旋转场圆极化波是一个等幅的瞬时旋转场?2 2 一个圆极化波可以分解为两个在空间上和时间一个圆极化波可以分解为两个在空间上和时间上均正交的等幅线极化波。上均正交的等幅线极化波。?3 3 任意极化波可分解为两个旋向相反的圆极化波任意极化波可分解为两个旋向相反的圆极化波?4 4 左旋和右旋圆极化极化隔离左旋和右旋圆极化极化隔离?5 5 圆极化波入射到对称目标，反射波变为反旋向圆极化波入射到对称目标，反射波变为反旋向的的?6 6 一般用轴比来衡量一般用轴比来衡量南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线圆极化技术微带天线圆极化技术-单馈点单馈点
28、单单馈点圆馈点圆 极化微极化微带带天线无天线无 需任何需任何外外加的相加的相 移网络移网络和和功率分功率分 配器就配器就能能实现圆实现圆 极化辐极化辐射。射。要要 同同 时时 激激 励励 起起TMTM0101和和TMTM1010南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线圆极化技术微带天线圆极化技术-单馈点单馈点南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线圆极化技术微带天线圆极化技术-单馈点单馈点南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与
29、应用微带天线圆极化技术微带天线圆极化技术-多馈点多馈点可可利用两利用两 个馈电个馈电点点来馈电来馈电 微带贴微带贴片片，以激，以激 励一对励一对极极化正交化正交 的简并的简并模模。由馈由馈 电网络电网络来来保证圆保证圆 极化工极化工作作条件条件，即即二二模模振振幅相等幅相等、相相移移9090度。度。南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线圆极化技术微带天线圆极化技术-多馈点多馈点南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线圆极化技术微带天线圆极化技术-多馈点多馈点南京理工大学毫米
30、波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线圆极化技术微带天线圆极化技术-多元圆极化多元圆极化馈电相位分别为馈电相位分别为0 0，9090，180180，270270，振，振幅也相同。幅也相同。馈电位臵要正确馈电位臵要正确选择，以使选择，以使180180和和270270单元分别与单元分别与0 0和和9090单元在轴向辐单元在轴向辐射同相的相同极射同相的相同极化分量。化分量。南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线圆极化技术微带天线圆极化技术-多元圆极化多元圆极化南京理工大学毫米波技术研究室南京理
31、工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线圆极化技术微带天线圆极化技术-测量测量南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线宽频带技术微带天线宽频带技术?降低等效谐振电路降低等效谐振电路Q Q值：增大值：增大h,h,降低介电常数降低介电常数?修改等效电路：附加寄生贴片，采用电磁耦合馈修改等效电路：附加寄生贴片，采用电磁耦合馈电等电等?附加阻抗匹配网络附加阻抗匹配网络?其它途径其它途径南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线宽频带技术微带天线宽频带技术-基本
32、途径基本途径?降低等效谐振电路降低等效谐振电路Q Q值：增大值：增大h,h,降低介电常数降低介电常数?加厚基片是展宽微带天线频带的有效手段，但基加厚基片是展宽微带天线频带的有效手段，但基片过厚会引起表面波的明显激励。片过厚会引起表面波的明显激励。?降低介电常数的潜力有限，其最小值为降低介电常数的潜力有限，其最小值为 1 1，即采，即采用空气介质。用空气介质。?一个不常用但却是非常简单的降低一个不常用但却是非常简单的降低 Q Q值方法是采值方法是采用大损耗基片或附加有耗材料，例如用铁氧体材用大损耗基片或附加有耗材料，例如用铁氧体材料作基片，可使频带明显展宽料作基片，可使频带明显展宽南京理工大学毫
33、米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线宽频带技术微带天线宽频带技术-基本途径基本途径南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线宽频带技术微带天线宽频带技术-修改等效电路修改等效电路南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线宽频带技术微带天线宽频带技术-修改等效电路修改等效电路南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线宽频带技术微带天线宽频带技术-修改等效电路修改等效电路南京理
34、工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线宽频带技术微带天线宽频带技术-修改等效电路修改等效电路南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线宽频带技术微带天线宽频带技术-附加阻抗匹配网络附加阻抗匹配网络南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线宽频带技术微带天线宽频带技术-附加阻抗匹配网络附加阻抗匹配网络南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线宽频带技术微带天线宽频带技术
35、-其它途径其它途径南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线多频段技术微带天线多频段技术?多片法多片法多片法利用谐振频率不同的多个贴片来工作，通多片法利用谐振频率不同的多个贴片来工作，通常是将较小的贴片叠在较大的贴片上。常是将较小的贴片叠在较大的贴片上。?单片法单片法只用一个贴片，而利用不同模式同时工作，或利只用一个贴片，而利用不同模式同时工作，或利用加载用加载南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线多频段技术微带天线多频段技术-多片法多片法南京理工大学毫米波技术研究室南京理工
36、大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线多频段技术微带天线多频段技术-多片法多片法南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线多频段技术微带天线多频段技术-单片法单片法南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线多频段技术微带天线多频段技术-加载单片法加载单片法南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线可重构技术微带天线可重构技术为了克服天线对整个通信系统发展的制约，人们希望能够为了克服天线对整个通信系
37、统发展的制约，人们希望能够用一个天线来实现多个天线的功能。采用同一个天线，通用一个天线来实现多个天线的功能。采用同一个天线，通过动态改变其物理结构或尺寸，使其具有多个天线的功能，过动态改变其物理结构或尺寸，使其具有多个天线的功能，相当于多个天线共用一个物理口径。这样有利于降低通信相当于多个天线共用一个物理口径。这样有利于降低通信系统的整体成本、减轻重量、减小雷达散射截面，而且可系统的整体成本、减轻重量、减小雷达散射截面，而且可以避免存在于多个天线之间的电磁兼容问题。以避免存在于多个天线之间的电磁兼容问题。“可重构天可重构天线线”的概念正是在这一背景下提出，并获得了发展。可重的概念正是在这一背景
38、下提出，并获得了发展。可重构天线的研究旨在使天线能根据实际需要实时重构天线特构天线的研究旨在使天线能根据实际需要实时重构天线特性。性。南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线可重构技术微带天线可重构技术?频率可重构频率可重构?方向图可重构方向图可重构?频率、方向图均可重构频率、方向图均可重构南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线可重构技术微带天线可重构技术南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线可重构技术微带天线可
39、重构技术南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用微带天线可重构技术微带天线可重构技术南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用MEMSMEMS?Micro-Electro-MechanicalMicro-Electro-MechanicalSystemsSystems简称简称MEMSMEMS，这种技术可以在普通硅片上集成机械部件、这种技术可以在普通硅片上集成机械部件、传感器、激励装臵和电子元件。与传统集成传感器、激励装臵和电子元件。与传统集成电路电路(IC)(IC)制造工艺相类似，制造工艺相类
40、似，MEMSMEMS采用一种称采用一种称作作“显微机械加工显微机械加工”的技术，在硅片上蚀刻的技术，在硅片上蚀刻或添加结构层，从而制成这种称为或添加结构层，从而制成这种称为MEMSMEMS的的器件。器件。南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用MEMSMEMS?MEMSMEMS技术是一场技术的革命，它可以将一个系技术是一场技术的革命，它可以将一个系统制作在硅片上，使体积、功耗、制作成本呈指统制作在硅片上，使体积、功耗、制作成本呈指数数次次方方的的减减小小，同同时时随随着着技技术术的的不不断断成成熟熟，MEMSMEMS由于其高集成度可靠性也会超
41、过传统的设由于其高集成度可靠性也会超过传统的设备。备。南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用MEMSMEMS?MEMSMEMS的出现是一个里程碑，它使得很多以前并的出现是一个里程碑，它使得很多以前并不相关的学科走到一起，而且随着不相关的学科走到一起，而且随着 MEMSMEMS技术的技术的不断完善，不断完善，MEMSMEMS的应用前景将会是十分广泛的的应用前景将会是十分广泛的。目前。目前MEMSMEMS技术有三大主要应用领域：技术有三大主要应用领域：1.1.生物技术生物技术2.2.加速度计加速度计3.3.通信领域通信领域南京理工大学毫米波技术
42、研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用MEMSMEMS?这种这种RF-MEMSRF-MEMS开关与传统的开关与传统的PINPIN管或场效应管相管或场效应管相比具有很多优点。主要表现在：第一，这种接触比具有很多优点。主要表现在：第一，这种接触式开关具有很小的分布参数因而传输损耗比较小式开关具有很小的分布参数因而传输损耗比较小；第二，这种结构的开关没有半导体器件所固有；第二，这种结构的开关没有半导体器件所固有的电流电压非线性特性，减小了传输失真；第的电流电压非线性特性，减小了传输失真；第三，带宽很宽；第四，能与普通的三，带宽很宽；第四，能与普通的 MMICMMIC电
43、路集成电路集成；第五，控制所用的功耗小。目前也存在一些不；第五，控制所用的功耗小。目前也存在一些不足，主要是开关速度慢（足，主要是开关速度慢（MEMSMEMS开关是微秒级而开关是微秒级而GaAsFETGaAsFET是纳秒极）；存在是纳秒极）；存在“粘滞粘滞”现象现象(Stiction)(Stiction)，这是元件某些部分由于物理上的紧密接触而相，这是元件某些部分由于物理上的紧密接触而相互粘连在一起，并不自行分开而使器件失效。互粘连在一起，并不自行分开而使器件失效。南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用MEMSMEMS?当开关处于当开关处于
44、“off”off”状态，即金属层处于自由悬状态，即金属层处于自由悬臵状态，信号可以以很低的插入损耗通过介质臵状态，信号可以以很低的插入损耗通过介质层上的金属图层上的金属图(a)(a)；当开关处于；当开关处于“onon状态，即在状态，即在金属膜和电极间加上直流电压，此时悬臵的金金属膜和电极间加上直流电压，此时悬臵的金属膜由于静电力的作用被吸附，通过绝缘层与属膜由于静电力的作用被吸附，通过绝缘层与电极相接触，此时射频信号会被反射图电极相接触，此时射频信号会被反射图(b)(b)。南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用介质覆盖效应介质覆盖效应在微带
45、天线应用中，考虑到对环境防护的需要或某种性能的需要，往往要加介质在微带天线应用中，考虑到对环境防护的需要或某种性能的需要，往往要加介质覆盖。谐振频率随覆盖层厚度的增加呈单调降低，随覆盖层的厚度增加，驻波比覆盖。谐振频率随覆盖层厚度的增加呈单调降低，随覆盖层的厚度增加，驻波比先减小而后增大，而微带天线带宽则随覆盖层厚度并无明显变化。先减小而后增大，而微带天线带宽则随覆盖层厚度并无明显变化。南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用介质覆盖效应介质覆盖效应覆盖介质层导致天线方向图、辐射效率和增益的变化。覆盖介质层导致天线方向图、辐射效率和增益的变化。南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用介质覆盖效应介质覆盖效应覆盖介质层导致天线辐射效率提高。覆盖介质层导致天线辐射效率提高。南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用介质覆盖效应介质覆盖效应南京理工大学毫米波技术研究室南京理工大学毫米波技术研究室微带天线理论与应用微带天线理论与应用
