微带贴片天线是一种广泛应用于现代无线通信领域的平面天线，它通过将金属贴片印刷在介质基板上，并利用接地金属板形成辐射结构，具有体积小、重量轻、成本低、易于集成等优点。以下是其核心要点：
1. 基本结构
- 金属贴片：通常为矩形、圆形或三角形等简单形状，作为辐射体，尺寸约为工作波长的一半。
- 介质基板：位于贴片下方，支撑贴片并隔离接地层，其介电常数（εᵣ）和厚度（h）直接影响天线性能。
- 接地层：基板下方的金属层，与贴片形成电磁场分布，产生辐射。
2. 工作原理
- 辐射机制：贴片与接地层之间形成电容，当馈电信号输入时，贴片与接地层间产生交变电场，边缘场向外辐射电磁波。
- 谐振模式：贴片尺寸决定谐振频率，常见模式为TM₁₀（矩形贴片的主模），此时贴片长度约为半波长（λ/2）。
- 等效电路：可简化为RLC并联谐振电路，谐振频率由贴片尺寸、基板参数决定。
3. 关键特性
- 方向性：辐射方向图通常为半空间方向性，主瓣垂直于贴片平面，适合需要定向辐射的场景。
- 阻抗匹配：通过调整馈电点位置或使用阻抗变换器（如微带线、探针）实现与传输线的匹配。
- 带宽限制：传统微带贴片天线带宽较窄（通常2%-5%），可通过多层结构、寄生贴片或加载技术扩展。
极化方式：多为线极化，通过设计可实现圆极化（如切角、双馈点）。
4. 优势与应用
- 优势：
- 平面化：适合与电路板集成，降低系统复杂度。
- 低成本：采用印刷工艺，适合大规模生产。
- 轻量化：重量仅为传统天线的1/10~1/5。
- 可重构性：通过开关或可调材料实现频率、方向图动态调整。
- 应用场景：
- 移动通信：手机、基站（如5G毫米波天线）。
- 卫星通信：低剖面需求下的终端设备。
- 无线局域网（WLAN）：Wi-Fi路由器、蓝牙设备。
- 雷达系统：汽车防撞雷达、无人机导航。
- 物联网（IoT）：传感器节点、可穿戴设备。
5. 设计挑战与改进
- 带宽扩展：采用多层介质、寄生贴片或开槽技术。
- 效率提升：优化基板材料（低损耗 tangent δ）、减少导体损耗。
- 小型化：高介电常数基板或加载技术（如短路墙、集总元件）。
- 多频段：多层贴片或分形结构设计。
6. 实例：矩形微带贴片天线
- 设计步骤：
- 确定中心频率（f₀）和介质参数（εᵣ, h）。
- 计算贴片宽度（W）：优化带宽和辐射效率。
- 计算贴片长度（L）：考虑边缘效应修正（实际L ≈ λ/2 - 2ΔL）。
- 确定馈电点位置：通常位于贴片边缘中心以实现50Ω匹配。
微带贴片天线因其独特的平面结构和可定制性，已成为现代无线系统的核心组件，持续推动着通信技术向小型化、集成化方向发展。
