４ ，ｐ １２ －６ ３ Ｎ ｖ １９ ． ６ ｐ ．６９１３ ， ｏ ． ８ ９
Ｐｒ ｈ Ｔ ｅｒ ｏ ｍｎ ｔ ｉｄ ｒｎ－ ｓｍｃ ｓ ｉ ｏａ Ｒ ｈｏ ｆ ｉｕ ｚ ｓｏｔ ｇ ｏｔ ｒ ｔｐ ｔ ． ｙ ｉａ ｒｅ ｈ ｉ ｐ ｉｏ ｒ ａｔ ｎｓ ＩＥ Ｔａｓ Ａ ｔ ｎｓ ｐｇｔ ｖｌ４ ， ｎ ｎａ． Ｅ ｎ． ｅ ａ Ｐｏａａ， ． ｐ ． ｅ Ｅ ｒ ｎｎ ｒ ｏ ８ ｐ
方法外， 结合谱域技术的矩量法（ Ｍ ｈｄ Ｍｏ ： ｔ ｏ Ｍｅ ｏ ｆ Ｍｏ ｅｔ和能解决宽频带及瞬变信号的时域有限差 ｍ ｎ） 分（Ｄ Ｄ Ｆｎ ｅ ｉｅ ｎｅ ｅ ｏ ａ ） Ｆ Ｔ ： ｔ Ｄｆ ｒ ｃ Ｔｍ － ｍ ｉ 两种数值 ｉ － ｆｅ ｉ ｉ Ｄ ｎ 方法成为主流。快速多极子算法、 遗传算法和神经
贴片（ａ ｅ ｓ ｒｄ ｃ） ｓｃ ｄ ｔ ｐｔ 等等。 ｔ ｋ ｈ ｅ ａｈ ｏ
除以上小型化技术外 ， 还有一些方法提 出。 为
图 ３ 表面开槽的小型化微带天线
图 ５ 双频蝶形微带天线
《 电子技术》０２ ２０ 年第 ３ 期
中国传感器 ｈｔ： ｗ ． ｏ． ｃ １一 ６ 一 ｔ ／ｗ ｗ ｓ ｓ ｃｍ． ｐ ／ ｅ ｒ ｏ ｎ （９ ） ３ ｎ １
与普通微波天线相比， 微带天线实现了一维小 型化， 具有低轮廓、 可共形、 易集成， 以及便于获得圆 极化， 实现双频段、 双极化工作等多项优点。然而任 何事件都具有两面性。小天线的 Ｑ值极高， 因此辐 射效率低 、 频带窄。微带天线是一维小天线 ， 必须经 恰当设计才能获得良好性能。
１ 国内、 外发展概况和动态
乱 工丝 曳醚老
微带天线小型化技术
上海大学通信与信息工程学院（ 上海 ２０７ ） 薛睿峰 钟顺时 ００２
摘 要 随着科学技术的飞速进步和应用需求的无限扩展， 微带天线小型化成为当前国内外 研究热点。文章概述了微带天线小型化研究的现实意义， 重点剖析 目前微带天线小型化所采用的 主要措施及各 自的优缺点， 并介绍了分析设计方法。 关锐词 微带天线 小型化
调制解调器中， 为笔记本电脑等便携设备提供通信 能力。然而遗憾的是， 在较低频段（ Ｈ ／ Ｈ ）传 Ｖ ＦＵ Ｆ ， 统的半波长微带天线尺寸仍然太大。这样， 实用化 小型微带天线的研制， 特别是用作第三代移动通信 （Ｇ 系统、 ３） 蓝牙（ ｌ ｔ ｔ） Ｂｕ ｏ ｈ 系统及无线定位系统的 ｅｏ
图 １ 加载短路探针的微带天线
制贴片表面电流以激励相位差 ９０ ０的极化简并模， 还可形成圆极化辐射 ， 以及实现双频工作。图 ４为 表面开槽的口径祸合馈电的小型圆极化贴片天线。
１２ 采用特殊材料基片 ． 从天线谐振频率关系式可以知道， 谐振频率与 介质参数成反比， 因此采用高介电常数（ 如陶瓷材 料） 或高磁导率（ 如磁性材料） 的基片可降低谐振频
这类天线结构简单， 成本低廉， 加工方便， 其特 点是： 随槽的长度增加， 天线谐振频率降低， 天线尺 寸减小， 但尺寸的过分缩减会引起性能的急剧劣化， 其中带宽（ 一般约为 １ 与增益尤为明显， ％） 而方向 性影响不大。如何破除增益和带宽这两个限制， 开 发实用化 、 易调谐的此类天线尚待深人研究。 １４ 附加有源网络 ． 缩小无源天线的尺寸， 会导致辐射电阻减小， 效 率降低。可利用有源网络的放大作用及阻抗补偿技 术弥补由于天线尺寸缩小引起的指标下降。有源天 线具有以下 良好特性：１ 工作频带宽。利用有源 （） 网络的高输出阻抗、 低输人阻抗 ， 天线带宽高低端频 比可达 ２ －３ ０ ） ０ －０ （ 增益高（ ２ 可达 １ｄ ＯＢ以上）方 ， 向性好。（） ３ 便于实现阻抗匹配。（ ）易实施天线 ４ 方向图， 包括主波方向、 宽度、 前后辐射比等的电控。
（） ５ 有源天线阵具有单元间弱互藕的潜在性能。但
有源天线需考虑噪声及非线性失真问题。 １５ 采用特殊形式 ． 这些方法总的思路是使贴片的等效长度大于其 物理长度， 以实现小型化 目的。近年来由于无线通
信的需求， 有大量方案提出， 如蝶形（ｏ －ｅ（ ｂｗｔ）如图 ｉ ５ 所示）倒 Ｆ型（ ＩＡ，ｌ ａ ｉ ｅ ｅ－ ａｔ ｎ） 、 ＰＦ ｐ ｎｒ ｒｄ ｎ ｎａ ａ ｎ ｔ Ｆ ｅ ｖ （ 如图 ６ 所示）Ｌ形、 ， Ｅ形、 Ｙ形、 Ｃ形、 双 层叠短路
片有极低的表面电阻， 能有效抑制表面波， 减小表面 损耗 ， 解除了用较厚基片的限制， 兼奏提高天线增 益， 减弱阵元间互祸之效。 １３ 表面开槽（ ｏ） ． ｓｔ ｌ 当在贴片表面开不同形式的槽或细缝时（ 如图 ３ 所示）切断了原先的表面电流路径， ， 使电流绕槽 边曲折流过而路径变长， 在天线等效电路 中相当于 引人了级联电感。由于槽很窄， 它可模拟为在贴片 中插人一无限薄的横向磁壁。 选择适当的槽从而控
４ －６ Ｊｌ ２ ０ ． １４ ， ｙ ０ ｕ ０
Ｗｏｇ Ｌ Ｌｎ ． ａ ｂ ａｂｎ ｒ ｔ ｇｌ ｍ － ｎ Ｋ ｉ Ｙ Ｆ Ｓ ｌ ｒ ｄａｄ ａ ｕ ｒ ， ｍ ｌ ｏ ｅ ｎ ａ ｉ ｃ ｃ ｓ ｉ ａｔ ｎ ｗｔ ｃｉ ｒ ｉｏ ｌ ｄ ｇ ｌ ｔ ｎ ｒ ｔｐ ｅ ａ ｉ ｈ － ｓｔ ｏ ｉ ． ｅ ｒ ｏｒ ｎｎ ｈ ｐ ｅｓ ｒ ｎ Ｅ ｃ ｏ ａ Ｌｔ ， ｏ ３ ， １９－ ９ ， ｅｔ １９ ． ｅ ． ｖｌ ｐ ． １ ３ Ｓｐ． ７ ｔ ．３ ｐ ５３ ５ ９ Ｌ Ｔ ｅａ Ｍｉａ ｒａｅ ｕｅ ｏｐ ｄ ｒ ｔｐ ｅ－ ｏ ｌ ｎ ｔ ｅ ｒ ｒ ｃｕｌ ｍｃ ｓｉａｔ Ｋ ｔ ． ｉｕ ｐ ｔ － ｅ ｉｏ ｒ ｎ ｎ ｎ ｏ ｖｒ ｈ ｈ ｍｔｉ ． ｃｏ ． ｔ， ｏ ３ ， Ｐ ａ ｅ ｉ ｐｒ ｉｖ ｙ Ｅｅ ｒ Ｌｔ ｖｌ ３ Ｐ ． ｆ ｇ ｅ ｉｔ ｌｔ ｎ ｅ ． ． ｙ
率， 从而减小天线尺寸。这类高介质天线的主要缺
ｃ即ｌｇ ｏ ｉ ｎ
陷是：ａ 激励出较强的表面波， 面损耗较大， （） 表 使
增益减小， 效率降低。（） ｂ 带宽窄。为提高增益， 常
在天线表面覆盖介质（ ｐｒｒｅ（ ｓ ｅｔｔ 如图２ ｕ ｓａ ） 所示） 。
Ｙ
图 ４ 小型口径祸合圆极化微带天线
（ｆ Ｏ Ｘ， Ｙ
现代电磁学历经三百多年的发展 ， 日臻成熟完 善。天线作为实现无线电应用的关键设备 ， 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。今昔对比， 天线在功能、 设计及 制造工艺上都发生巨大变化。然而微电子技术与大 规模集成电路迅猛发展， 使天线成为电子设备中庞 大、 笨重部件的问题 日渐突出， 因而对能与设备大小 协调且具有有效电性能的小天线的需求愈加迫切。 以移动通信和个人通信为例， 目前广泛应用于 移动通信设备的单极天线和螺旋天线有许多缺点：
《 电子技术》０２ ２０ 年第 ３ 期
万方数据
宽， 制造公差降低， 但这些性能的提高以牺牲增益为 代价。一般地， 若加载 １ ０切片电阻， 增益下降约
１５Ｂ ． 。此外， ｄ 加载切片电容（ｈ ｃ ａｔ ） ｃｉ ａ ｃｏ 也可有 ｐ ｉｒ ｐ
效降低谐振频率， 减小天线尺寸 ， 但带宽有所减小。
图 ２ 采用高 。的多层介质微带天线 ，
采用铁氧体材料制成的微带天线实现小型化的
同时， 且在较宽频带范围内频率可调（ 可达 ４ ％） ０ ，
但铁氧体在微波频段损耗很大。有机高分子磁性材 料在宽温度范围内电感和磁性能稳定 ， 由其设计成 的微带天线可显著减小尺寸 ， 但损耗大， 增益低。高
温超导材料 Ｈ Ｓｈ ｈ ｐｒｕ ｓ ｅ ｏｄｃ ｒ Ｔ （ｉ ｔ ｅ ｔ ｅ ｒ ｎｕ ｏ） ｇ ｅ ａｒ ｕ ｃ ｔ ｍ ｐ 基片以及“ 光电子带阵”Ｇ （ｈｔ ｉｂｎ－ ｐ基 Ｐ Ｂ ｏ ｎ ａｄ ａ） ｐ ｏ ｃ ｇ
将短路探针替换为低阻抗的切片电阻（ ｉｒ ｃ ｐ ｈ ｅ －
ｓｔ ）在进一步降低谐振频率的同时还可增加带 ｉｏ ， ｓｒ 宽。随加载电阻增大， 天线品质因素降低， 带宽展
． ｃｎ
天线， 成为国内外研究热点。 － ６ －（９ ） 中国自 ２ １０ 动化 ｈｔ： ｗ ａｔ ａｏ ． ｔ ／ｗ ｗ． ｍ ｔｎｃｏｍ ｐ ／ ｕ ｏ ｉ
参
考
文 献
Ｗａ ｒｏｓ Ｒ ｅ ａ Ｄ ｓ ｎ ｄ ｒ ｒ ａｃ ｏ ｓ ａ ｔ ｈｕｅ Ｂ ｌ ｅｇ ａ ｐ ｆ ｍ ｎｅ ｍ ｌ ｅ ｔ ． ｉ ｎ ｅ ｏ ｆ ｌ
ｐｉ ｅ ａｔ ｎｓ ＩＥ Ｔａｓ Ａ ｔ ｎｓ ｐｇｔ ｖｌ ｒ ｔ ｎ ｎａ． Ｅ ｎ． ｅ ａ Ｐｏａａ， ． ｎ ｄ ｅ Ｅ ｒ ｎｎ ｒ ｏ
目 ， 前 微带天线小型化方法主要有以下几种： １１ 天线加载 ．
（） １ 不能集成到设备外壳上， 尺寸大， 易损坏；２ （） 辐射效率低， 难于屏蔽， 人体对天线的性能影响较
在微带天线上加载短路探针（ ｏ ｉ ｐｓ ， ｓ ｒｎ ｏ ）通 ｈ ｔｇ ｔ
过与馈点接近的短路探针在谐振空腔中引人藕合电 容以实现小型化 ， 典型结构如图 １ 所示。天线的谐 大；３ 天线对人体尤其是脑部有较大幅射， （） 局部峰 振频率主要取决于短路探针的粗细和位置， 天线尺 值甚至超出 Ａ ＳＡＥ Ｅ ５ １１９ 标准规定的限 Ｎ Ｉ Ｅ Ｃ ．－９２ ９ 寸可缩减 ５ ％以上。其缺点是：１ ０ （ ）阻抗匹配极大 制；４ 仅有一种极化特性 ， （） 电气性能较差 ；５ （ ）需 地依赖于短路探针的位置及其与馈电点的距离 △ ， 要匹配电路， 损耗大， 成本高。而若采用微带天线， － ， 则拥有以下颇具特色的优点：１ 便于与机身共形 ， 往往需要馈电点的精确定位和十分微小的 △ 这给 （） 制造公差提出了苛刻要求。（） ２ 带宽窄。（） ３ Ｈ面 集成到设备的印制电路板或外壳上， 制成内置式， 不 的交叉极化电平相对较高。 易损坏 ， 不额外增加设备尺寸 ；２ （ ）可采用高水平的 屏蔽技术来屏蔽天线 ， 使天线几乎不受人体的影响， 同时大大削减天线辐射对人体的危害；３ 馈电方 （） 式多样化 ， 易获得阻抗匹配， 不需匹配电路或平衡转 换器， 不存在天线与射频电路之间的物理限制；４ （） 易设计出移动电话使用的双频或多频天线。此外， 小型化微带天线还可用于 Ｐ ＭＣＡ通信卡和无线 Ｃ Ｉ