北京理工大学微波技术研究所牟进超
负压引流球摘要：
本文分别从微带天线的概念与特点，微带天线的发展以及微带天线技术三个方面，对微带天线进行了综述。
1.微带天线的概念与特点
现代电磁学历经三百多年的发展，在理论发展上日益完善。天线作为实现无线应用的关键设备，顺应通信、广播、雷达、制导等无线电应用系统在不同阶段的需要而不断发展。随着微电子技术和大规模集成电路的迅猛发展，庞大、笨重的天线将逐渐被淘汰。微带天线是天线中较新颖且很有发展前途的一类天线。消息推送服务
要对微带天线做出一个完整的定义是困难的，因为它有多种形式。常用的微带天线是在一个薄介质基片
上，一面附上金属薄层作为接地板，另一面用光刻腐蚀等方法作出一定形状的金属贴片，利用微带线或同轴探针对贴片馈电，这就构成了微带天线。另一类微带天线是微带缝隙天线。它是在接地板上刻出窗口即缝隙，而在介质基片的另一面印制出微带线对缝隙馈电。从结构特征上来分，微带天线可以分为微带贴片天线和微带缝隙天线。 微带天线现在已普遍应用于100 MHz-100 GHz频域上的各种各样无线电设备中，特别是在飞行器以及地面便携式设备中。微带天线与普通的微波天线相比，有着更多的物理参数以及更多的几何形状并具有如下一些优点：
1. 体积小，重量轻，低剖面，能与载体共形，并且除了在馈电点处要开出引线孔外，不破坏载体的机械结构，适用于高速飞行器。
2. 电性能多样化，不同形式的微带元，其最大辐射方向可以从边射到端射范围内调整；易于得到各种极化等。
3. 能和有源器件、电路集成为同一的组件，因此适合大规模生产，简化了整机的制作和调试，大大降低了成本。
正是由于拥有上述优点，微带天线已经广泛应用在空间技术、可移动卫星通信、导弹测控设备、环境测控设备、共形相控阵以及手持通信设备中。
但是，其缺点是：
led风筝
知识竞赛系统汽车烧甲醇1. 相比带宽较窄，主要是谐振式微带天线。
2. 损耗较大，因此效率较低，这类似于微带电路。特别是行波型微带天线，在匹配负载上有较大的损耗。
3. 单个微带天线的功率容量较小
4. 介质基片对性能影响大。由于工艺条件的限制，批量生产的介质基片的均匀性和一致性还有欠缺，影响天线阵列的性能。
3.1 2. 微带天线的发展
微带天线的概念由Decamps 于1953年提出，1955年由法国的Gutton 和Baissinot 发表了专利。在随后的近20年里，对此只有一些零星的研究。70年代期间，由于取得了具有低损耗角正切特性、较好的热特性及机械特性的基片、改进的照相平版印刷技术和更好的理论模型，微带天线加速了发展。1972
年，Howell 和Munson 研制了第一批实用微带天线，从此，微带天线和阵列得到了广泛的研究和开发。1979年，美国新墨西哥州大学举行了微带天线的专题国际会议。1981年，IEEE 天线与传播学报在1月号上刊载了微带天线专辑。至此，微带天线已形成天线领域中的一个专门分支。80年代，微带天线从理论和应用的深度和广度上都获得了进一步发展。主要的研究内容主要集中在：小型化、多频带、宽频带、多极化等方面。
3. 微带天线技术
目前的研究主要着眼于增大微带天线带宽、反射阵列天线、可重构天线、电磁带隙结构天线、基于遗传算法的天线设计。 宽带微带天线技术
目前，微带天线的宽带技术主要有：采用特殊材料的介质基片、附加阻抗匹配网络，天线加载、采用多层介质基片等。
由于微带天线是一种谐振式天线，其谐振特性类似于一个高Q 并联谐振电路，故其带宽窄。若要增加带宽，可以降低等效谐振电路的Q 值。这可以通过增大基片厚度、降低基片的介电常数实现。目前，有一种不常用但可以非常简单地降低Q 值的方法是采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以明显展宽频带，且使贴片尺寸减小，可以实现小型化，但是由于损耗大，效率较低。
使用附加阻抗匹配网络以增加带宽的实质是进行馈线匹配。由于线极化微带天线的工作带宽主要受其阻抗带宽限制，因此，采用馈线匹配技术就能使天线工作于较宽的频域上。文献[4]设计的微带天线带宽可以达到25%，这种技术实现的微带天线具有结构简单、制作方便、较易实现等优点。其缺点是引入的传输线枝节本身会引起辐射，从而干扰天线方向图，降低效益。
图 1 附加匹配电路的微带天线
天线加载的示意图如图2所示。这种方式主要是通过调整馈电探针的位置来激励多种相邻的谐振模式，然后借助于短路销钉调谐各个谐振频率，使所有的谐振点适当接近，从而使得天线的总工作频带大大展宽。文献[5]设计的微带天线的工作频带可以达到67.5%。尽管能够实现很宽的频带，但是由于阻抗匹配极大地依赖于短路销钉和探针的位置，并且短路销钉的粗细和数量都会显著地影响谐振频率，所以调谐和实现匹配比较困难，计算和仿真也比较复杂。
图 2 加载短路销钉的微带天线
多层介质基片方式采用多层介质基片（图3），将馈电网络与天线贴片分别置于不同的介质基片上，从而获得宽频带的驻波比特性。但是这种方法的匹配调节比较复杂，而且精确度不是很高。并且，随着覆盖层厚度的增加，天线的谐振频率呈单调降低，并且驻波比先减小后增大。故要获得较好的性能，需要增加计算量，从而提高了设计难度。
图 3 电磁耦合的双层微带天线
3.2 反射阵列天线技术
工业洗水机
传统的抛物面天线笨重、体系庞大的劣势制约着通信系统的发展。为了突破抛物面天线的上述缺点，国外的学者提出了一种新型的阵列反射天线的概念，其原理示意图如图4所示。反射阵列天线是将反射器和阵列结合在一起，以提供低剖面、高增益的天线性能。反射阵列的波阵面可以通过带有开路株线等形式的微带天线阵列实现。反射阵列也可以设计成具有可重构性。这种可重构性可以通过如下一些方式实现：在支路中引入相移器，使用开关形成动态波束等。目前，最有前景的方法是使用如变容二极管等的有源可调器件。变容二极管可以改变电长度。
图 4 反射阵列天线示意图 (a) 一般结构 (b) 平面阵列
3.3 可重构天线技术
1983年，D.Schaubert在他的专利“Frequency-Agile, Polarization Diverse Microstrip Antenna and Frequency Scanned Arrays”中首次使用了可重构天线的概念。1999年，美国12所著名大学、研究所和公司在美国国防高级研究计划署（DARPA）的“Reconfigurable Aperture Program （RECAP）”研究计划中，初
步对可重构天线进行了研究与探索，并取得了一定的进展。国内的王秉中等人对可重构天线研究的较早，并获得了一定的成果。
可重构天线按功能可分为频率可重构天线（包括实现宽频带和实现多频段）、方向图可重构天线、计划可重构天线和多电磁参数可重构天线。通过改变可重构天线的结构可以使天线的频率、方向图、极化方式等多种参数中的一种或几种实现重构，从而可以通过切换天线不同的状态使天线具有多种工作模式，有利于在传输中实现多种有效的分集。特别是近些年来，可重构天线在MIMO系统中作为发射天线或接收天线所具有的潜在应用价值得到了越来越多的重视。图5是传统小天线阵列和可重构小天
线阵列的框图。
图 5 框图（a）传统的小天线阵列（b）可重构小天线阵列。
可重构天线利用的基本原理是通过改变天线的结构进而改变天线的电流分布来实现。为了改变天线的电流分布，其中一种有效的方法就是使用可变电容。这在频率可重构天线的设计中常常使用，即通过偏置电路调节电容两端的偏压可改变电容量的大小，从而可以使天线的工作频率随之改变，实现了频
率的可重构。另一种常用的手段是通过使用开关元件来切换选择天线的不同工作结构，改变天线的电流分布，从而实现天线多种工作模式的选择。目前常用的开关有MESFET 开关、PIN开关、MEMS开关等。特别是MEMS开关的应用，使得可重构天线设计有了质的飞跃。
3.4 电磁带隙结构天线技术
电磁带隙结构，简称EBG（Electromagnetic Band Gap）结构，源于光子晶体结构（PBG：Photonic Band Gap）结构。该结构最早由Yablonovitch 提出[xx]，该结构具有灵活控制电磁波在其中传播的特性，即具有带隙和带通特性。由于微带贴片天线可以方便地使用各种EBG结构提高性能，因此成为微波毫米波频段最早使用EBG结构的领域。图6是使用EBG结构的2×2天线阵列照片。
