微带天线的工作原理、优缺点与应用

微带天线是在一种薄的介质板上一面附上某种金属层作为接地板，另一面用蚀刻的方法可制成某种需要的形状，利用微带线或者同轴线等馈电方式馈电的天线形式。本文将围绕微带天线的分类、工作原理、性能定义、优缺点等角度，对微带天线进行基础的介绍。

一、微带天线的分类

微带贴片天线是最常见的形式，如图（a）所示。它由带导体接地板的介质基片上贴加导体薄片形成。通常利用微带线与同轴线一类馈线馈电，使在导体贴片与接地板之间激励起射频电磁场，并通过贴片四周与接地板间的缝隙向外辐射。其基片厚度与波长相比一般很小，因而它实现了一维小型化。

导体贴片一般是规则形状的面积单元，如矩形、圆形或圆环形薄片等；也可以是窄长条形的薄片阵子，此时形成的天线便称为微带振子天线，如图（b）所示。

如果利用微带线的某种形变（如直角弯头、弧形弯曲等）来产生辐射，便称为微带线性天线，如图（c）所示，这种天线大多沿线传输行波，它们又称为微带行波天线。

还可利用开在接地板上的缝隙来辐射，此时由介质基片另一侧的微带线或其他馈线对其馈电。这种单元形成的天线称为微带缝隙天线或微带开槽天线，如图（d）所示。

除此四种单元及其阵列之外，还有一些变形、混合型或其他形式。

二、微带天线的工作原理

我们将微带天线近似看作传输线模型进而加以分析，假设图(a) 中辐射贴片的长度近似为半波长，宽度为w，介质基片的厚度为h，天线的工作波长为λ。

当我们把辐射贴片、介质基片和接地板视作一段长度为0.5λ的低阻抗传输线，且传输线的两端形成开路。由于介质基片的厚度远远小于波长，所以电场的强度在厚度这一方向基本保持不变。

在最简单的情况下，我们同样假设电场强度沿着宽度w方向也没有变化。那么，在只考虑主模激励的(TM10模)的情况下，该天线的电场结构如图(b)所示，辐射基本是可以认为是由辐射贴片开路边的边缘引起的。

在两开路端的电场可以分解为相对于接地板的水平分量和垂直分量。由于辐射贴片长度约为半个波长，因此两开路端电场的垂直分量方向相反，水平分量方向相同。所以，两开路端的水平分量电场可以等效为无限大平面上同相激励的两个缝隙，缝隙的宽度为ΔL，长度为w，两缝隙间距为半波长，缝隙的电场沿着w方向均匀分布，电场垂直于w方向，如图（c）所示。

三、微带天线的优缺点与应用

与普通微波天线相比，微带天线有如下优点：

1. 剖面低、体积小、重量轻；

2. 具有平面结构，易于导弹、卫星等载体表面共形；

3. 适合于印刷电路技术大批量生产；

4. 能与有源器件和电路集成为单一的模块；

5. 便于获得圆极化、容易实现双频段、双极化等多功能工作。

微带天线缺点有：

1. 频带窄；

2. 有导体和介质损耗，会激励起表面波，导致辐射效率降低；；

3. 功率容量小，一般适用于中、小功率场合

4. 性能受基片材料影响大。

微带天线目前已应用于100MHz—100GHz的宽广频域上的大量无线电设备中，特别是飞行器上和地面便携式设备中。