微帶天線與共面波導(dǎo)天線概述與分析

張秋紅

摘要：隨著航空和航天技術(shù)的發(fā)展，天線的發(fā)展在無(wú)線應(yīng)用中的作用越來(lái)越重要。本文主要論述了微帶天線與共面波導(dǎo)天線的技術(shù)方法，介紹了微帶天線結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定方法和共面波導(dǎo)天線特性阻抗的約束條件，以及它們的優(yōu)缺點(diǎn)，最后討論了兩種天線的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：微帶天線；共面波導(dǎo)天線；帶寬

中圖分類號(hào)TN8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào)2095-6363（2015）12-0041-01

近年來(lái)，天線的應(yīng)用越來(lái)越多。對(duì)天線的發(fā)展要求已經(jīng)越來(lái)越高，一些小型化、體積小、集成度高的天線越來(lái)越受到人們的青睞。在工程實(shí)踐中，上世紀(jì)七十年代，Howell和Munsonz成功制作出最早的微帶天線。在國(guó)內(nèi)外，大量有關(guān)微帶天線的學(xué)術(shù)論文和研究報(bào)告不斷被發(fā)表，微帶天線建立了獨(dú)立的課題。由于微帶傳輸線得到了較好的發(fā)展，共面波導(dǎo)線也逐漸發(fā)展起來(lái)，1969年C.P.Wen教授首先提出了共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。本文主要分析研究微帶線和共面波導(dǎo)線相同與不同點(diǎn)。

1.微帶天線和共面波導(dǎo)天線的技術(shù)概括

1.1微帶天線的介紹

微帶天線是由一種可以粘貼在介質(zhì)基片上的金屬輻射貼片所構(gòu)成的天線。銅和金是組成金屬貼片常用的金屬，金屬貼片形狀的選擇可以是任意的，通常選擇常規(guī)的形狀作為金屬貼片，用以簡(jiǎn)化分析和預(yù)測(cè)其性能。微帶天線基片的介電常數(shù)比較低，是為了增強(qiáng)邊緣輻射場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)。但是，基片的介電常數(shù)需要大于5才能夠滿足微帶天線其他性能的需要，這樣就會(huì)使得輻射邊緣效應(yīng)未能夠得到增強(qiáng)，從而產(chǎn)生較大的矛盾。所以，微帶天線參數(shù)的優(yōu)化要從選擇合適的介質(zhì)基片的介電常數(shù)開(kāi)始考慮。

微帶天線種類繁多，最普遍的是微帶貼片天線和微帶縫隙天線。微帶貼片天線是在介質(zhì)基片上附加金屬貼片，金屬貼片可以是任意形狀。同軸線和微帶線主要用于貼片天線饋電。微帶縫隙天線是一種口徑類的天線，介質(zhì)基片上另一側(cè)的微帶線激勵(lì)的接地板上的縫隙是構(gòu)成微帶縫隙天線的縫隙的主要部分。

1.2共面波導(dǎo)天線的介紹

共面波導(dǎo)是在微帶線之后提出來(lái)的。它和微帶線都是共面?zhèn)鬏斁€，在結(jié)構(gòu)上存在一定的差異。共面波導(dǎo)的構(gòu)成是由介質(zhì)基片和三條導(dǎo)帶構(gòu)成，中間結(jié)構(gòu)稱為信號(hào)帶，它是一種薄的金屬貼片導(dǎo)帶；接地導(dǎo)帶是位于兩側(cè)的導(dǎo)帶，是由兩條平行金屬并與中間金屬貼片距離較近的導(dǎo)帶構(gòu)成。共面波導(dǎo)通常采用介電常數(shù)比較高的介質(zhì)基片。共面波導(dǎo)不存在下限截止頻率，這是由于共面波導(dǎo)傳輸?shù)氖菧?zhǔn)TEM波。

共面波導(dǎo)主要由以下兩種結(jié)構(gòu)：一是常規(guī)的背面無(wú)金屬底板覆蓋的共面波導(dǎo)，二是背面存在金屬底板覆蓋的共面波導(dǎo)；此外還有微機(jī)械共面波導(dǎo)。

2.微帶天線和共面波導(dǎo)天線之間優(yōu)缺點(diǎn)

微帶天線具有諸多優(yōu)點(diǎn)，例如重量輕、體積小、制造成本低、剖面薄、能夠?qū)崿F(xiàn)圓極化和雙極化工作，可以做成雙頻率天線，也可以做成共形天線。微帶天線存在增益較低，頻帶窄，輻射性能差，功率容量較低等缺點(diǎn)，從而限制了微帶天線的發(fā)展。

共面波導(dǎo)天線具有以下優(yōu)點(diǎn)，較低的制作成本、相對(duì)簡(jiǎn)單的制作工藝、較寬范圍的特性阻抗。它與有源、無(wú)源器件連接十分方便，集成度會(huì)更高，便于實(shí)現(xiàn)集成化和小型化。共面波導(dǎo)也存在一些的缺點(diǎn)，比如基片半導(dǎo)體材料的價(jià)格相對(duì)偏高，衰減和損耗較大，導(dǎo)熱能力差，不利于大功率放大器的實(shí)現(xiàn)。

3.微帶天線與共面波導(dǎo)天線的發(fā)展趨勢(shì)

3.1寬頻帶

微帶天線雖然諸多優(yōu)點(diǎn)，但其帶寬比較窄限制了發(fā)展，雖然有加載枝節(jié)，多縫隙等方法來(lái)擴(kuò)展天線帶寬，但是其他參數(shù)有時(shí)卻沒(méi)有得到很好的優(yōu)化。雖然共面波導(dǎo)天線具有比微帶天線更寬的工作頻帶，但共面波導(dǎo)的諧振頻率多，頻段多，如何使共面波導(dǎo)的多頻段充分利用是急待解決的天線問(wèn)題。

3.2高效率

天線的輻射效率是天線的輻射功率與輸入功率之比。雖然現(xiàn)在已有解決微帶天線效率低和共面波導(dǎo)損耗大的改進(jìn)方案，但天線效率仍與理想數(shù)值有很大的差距。因此提高天線的有效效率，增大能量利用率，都將對(duì)于天線的發(fā)展產(chǎn)生十分有益的作用。

4.結(jié)論

雖然微帶線和共面波導(dǎo)發(fā)展較早，各種結(jié)構(gòu)的天線都已被設(shè)計(jì)，但是微帶線和共面波導(dǎo)仍存在著一定的欠缺，仍需對(duì)于這兩種天線進(jìn)行研究和改進(jìn)。小型化天線的設(shè)計(jì)，天線帶寬展寬的方法，天線增益的擴(kuò)大等仍有待于深入研究。隨著科學(xué)技術(shù)的蓬勃發(fā)展和應(yīng)用需求的日趨加強(qiáng)，微帶天線和共面波導(dǎo)天線將會(huì)日趨完善。