微帶天線與共面波導天線概述與分析

張秋紅

摘要：隨著航空和航天技術的發展，天線的發展在無線應用中的作用越來越重要。本文主要論述了微帶天線與共面波導天線的技術方法，介紹了微帶天線結構參數的確定方法和共面波導天線特性阻抗的約束條件，以及它們的優缺點，最后討論了兩種天線的發展趨勢。

關鍵詞：微帶天線；共面波導天線；帶寬

中圖分類號TN8 文獻標識碼A 文章編號2095-6363（2015）12-0041-01

近年來，天線的應用越來越多。對天線的發展要求已經越來越高，一些小型化、體積小、集成度高的天線越來越受到人們的青睞。在工程實踐中，上世紀七十年代，Howell和Munsonz成功制作出最早的微帶天線。在國內外，大量有關微帶天線的學術論文和研究報告不斷被發表，微帶天線建立了獨立的課題。由于微帶傳輸線得到了較好的發展，共面波導線也逐漸發展起來，1969年C.P.Wen教授首先提出了共面波導結構。本文主要分析研究微帶線和共面波導線相同與不同點。

1.微帶天線和共面波導天線的技術概括

1.1微帶天線的介紹

微帶天線是由一種可以粘貼在介質基片上的金屬輻射貼片所構成的天線。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，通常選擇常規的形狀作為金屬貼片，用以簡化分析和預測其性能。微帶天線基片的介電常數比較低，是為了增強邊緣輻射場的場強。但是，基片的介電常數需要大于5才能夠滿足微帶天線其他性能的需要，這樣就會使得輻射邊緣效應未能夠得到增強，從而產生較大的矛盾。所以，微帶天線參數的優化要從選擇合適的介質基片的介電常數開始考慮。

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，介質基片上另一側的微帶線激勵的接地板上的縫隙是構成微帶縫隙天線的縫隙的主要部分。

1.2共面波導天線的介紹

共面波導是在微帶線之后提出來的。它和微帶線都是共面傳輸線，在結構上存在一定的差異。共面波導的構成是由介質基片和三條導帶構成，中間結構稱為信號帶，它是一種薄的金屬貼片導帶；接地導帶是位于兩側的導帶，是由兩條平行金屬并與中間金屬貼片距離較近的導帶構成。共面波導通常采用介電常數比較高的介質基片。共面波導不存在下限截止頻率，這是由于共面波導傳輸的是準TEM波。

共面波導主要由以下兩種結構：一是常規的背面無金屬底板覆蓋的共面波導，二是背面存在金屬底板覆蓋的共面波導；此外還有微機械共面波導。

2.微帶天線和共面波導天線之間優缺點

微帶天線具有諸多優點，例如重量輕、體積小、制造成本低、剖面薄、能夠實現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，從而限制了微帶天線的發展。

共面波導天線具有以下優點，較低的制作成本、相對簡單的制作工藝、較寬范圍的特性阻抗。它與有源、無源器件連接十分方便，集成度會更高，便于實現集成化和小型化。共面波導也存在一些的缺點，比如基片半導體材料的價格相對偏高，衰減和損耗較大，導熱能力差，不利于大功率放大器的實現。

3.微帶天線與共面波導天線的發展趨勢

3.1寬頻帶

微帶天線雖然諸多優點，但其帶寬比較窄限制了發展，雖然有加載枝節，多縫隙等方法來擴展天線帶寬，但是其他參數有時卻沒有得到很好的優化。雖然共面波導天線具有比微帶天線更寬的工作頻帶，但共面波導的諧振頻率多，頻段多，如何使共面波導的多頻段充分利用是急待解決的天線問題。

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。雖然現在已有解決微帶天線效率低和共面波導損耗大的改進方案，但天線效率仍與理想數值有很大的差距。因此提高天線的有效效率，增大能量利用率，都將對于天線的發展產生十分有益的作用。

4.結論

雖然微帶線和共面波導發展較早，各種結構的天線都已被設計，但是微帶線和共面波導仍存在著一定的欠缺，仍需對于這兩種天線進行研究和改進。小型化天線的設計，天線帶寬展寬的方法，天線增益的擴大等仍有待于深入研究。隨著科學技術的蓬勃發展和應用需求的日趨加強，微帶天線和共面波導天線將會日趨完善。