- 文献综述（或调研报告）：
目前微带贴片天线以其体积小，成本低且易于集成等优点在微波系统中得到了广泛的应用。同时在微带贴片天线的设计过程中，低剖面、宽带宽、半功率波瓣宽度和工作频带内增益一直都是设计要求的关键点。本文首先总结近年来为了提高这些性能指标而提出来的一些天线结构。之后，重点分析不同的多模式微带贴片天线的实现方法，并且进行对比。
首先，可以将寄生贴片安装在主辐射贴片的水平周围来实现阻抗带宽，寄生贴片法属于一种调谐回路。微带天线是一种谐振式天线。根据微带的空腔模型法理论可以得知，微带天线贴片和寄生贴片可以等效为一个RLC并联谐振电路。通过调整微带天线贴片和寄生贴片之间的耦合度，可以在该并联谐振电路中出现双调谐峰，即微带天线的2个工作频段，从而使微带天线的带宽得到扩展。并且其在一层介质基板上同时实现2个常用的频段[1]，大大降低了天线的整体高度，达到了微带天线真正的多频低剖面的效果，能够更加广泛地应用到对高度要求严苛的情况中。
其次，E形微带天线通过在其贴片表面开槽的方法构造双频谐振特性。E形微带天线通过在矩形微带天线的表面开两条窄缝来改变其表面的电流分布，在矩形微带天线的基础上产生另外一条电流路径，从而实现两个谐振频率，通过调节开缝的位置和尺寸，将两个谐振频率调节到合适的相邻位置，构造出了双峰谐振特性，从而获得了天线的宽频带特性[3]。另外，还可以通过在低剖面E形微带天线中引入分布式LC谐振电路,使得该分布式LC电路产生的谐振点与低剖面E形微带天线的固有谐振点相互靠近 ,从而有效地拓宽了天线的带宽[2]。
除了以上提出的若干方法，基于多模的宽带贴片天线是近年来提出的又一种实现宽频带天线的方案，其设计思路主要是在工作频带内，引入多个工作模式、去除工作模式间的冗余模式并且通过调整各个工作模式的谐振频率使它们彼此接近，从而拓宽带宽。并且，改进不同模式的辐射方向图，使它们的主瓣都在边射方向上，同时增大天线辐射方向图的半功率波瓣宽度。按照上述思路，可以有很多不同的具体方案，它们均可以实现天线低剖面、宽频带、增益稳定、辐射方向图良好等要求。下面总结出设计多模宽带贴片天线时应对一些关键问题的理论和方法。
1.冗余模式的抑制：在矩形微带贴片天线中，奇数（如TM10、TM30模）和偶数（如TM12模）模式都可以被激发，但是偶数模式在边射方向上无辐射。因此，需要抑制不同工作模式间的偶数模式，以此增大其辐射效率。对于所有奇数阶模，矩形微带贴片天线的中心平面均被视为理想电壁；但对于偶数阶模来说，天线中心平面等效为理想磁壁。所以可以通过人为地将天线中心平面变为短路面，例如引入差分馈电方案[7]或者将天线的中间平面短路，并且只使用平面一侧的部分进行辐射[6],通过以上操作，就可以抑制偶数次模。如果还要抑制奇次模中的其他模式，可以通过改变辐射贴片的宽度[6-7]，这样可以将一些不需要的工作模式搬移出天线工作频带。
2.不同模式辐射方向图的改善：天线的工作模式一般是TM10、TM12、TM30模。首先，对于TM10和TM30模，影响其E面辐射方向图半功率波瓣宽度的主要因素是微带天线宽边上两个等效缝隙间的阵列因子。通过其远区辐射场公式和辐射方向图仿真结果[8],可以看出当辐射贴片长度为相应工作模式谐振频率的半波长时，辐射方向图的半功率波瓣宽度得到很大改善；另一种消除阵列因子的方案是在辐射贴片的两个宽边上分别加入短路针，并且将贴片沿宽边方向一分为二[9-10]，从而使天线的辐射等效为两贴片间那一条缝隙的辐射。然后，对于TM12模，因为此时贴片宽边电场方向会改变两次，从其对应的远区辐射场公式和辐射方向图仿真结果[8]可以看出此时在H面的偏离边射方向上保持辐射峰值。改善TM12模辐射方向图的方法有3种：一是加长辐射贴片上所切缝隙的长度，因为贴片上缝隙间的电场方向不会变[8]，所以可以通过加长缝隙长度来增强其辐射，从而将TM12模的辐射方向从偏离边射方向变为边射方向。二是在辐射贴片上沿长边方向切出4个宽边上的开口缝隙，这样能够直接改变天线宽边边缘电场，使得中心的电场变弱[4-5]，所以近似地认为宽边边缘上电场方向不变，从而TM12模的辐射方向从偏离边射方向变为边射方向。三是对于在贴片宽边上加短路针的天线，可以在整个天线贴片的中心处也加入短路针[9]，这同样可以减小两块贴片间那条缝隙上中间电场的幅度，从而改善TM12模的方向图。
3.改变不同工作模式的谐振频率，使它们彼此接近，从而增大天线的工作带宽。影响谐振频率的因素有很多。同样，可以按照不同的工作模式来讨论改变它们对应谐振频率的方法。首先，对于TM10模，可以通过在天线上TM30模对应的电场幅度为零的位置处加入短路针[6-7]，以此增大TM10模的谐振频率。另一方面，由于TM30模在这些位置上的电场本就为零，所以TM30模的谐振频率不变。其次，对于TM30模，要减小其谐振频率，可以在该模式对应磁场最强的贴片位置处，开一条线性槽[7-8]或者V形槽[6]。与此同时，增大缝隙的长度也可以降低其谐振频率。最后，对于TM12模，增大辐射贴片宽边的长度可以减小其谐振频率[8-9]。另外，对于在宽边开四条开口缝隙的设计方案，增大缝隙的宽度也可以达到减小其谐振频率的目标[5]。
最后简要总结一下基于多模的宽带贴片天线的一些测试结果：工作带宽一般在11％-14％之间，波瓣宽度约为135°-160°，在边射方向上有7-10dBi的稳定增益，在整个工作频带内有约90％的辐射效率，E、H面上的低交叉极化（lt;minus;20 dB），并且拥有理想的低剖面特性[6-9]。
参考文献：
- 张艳梅,李峰,吴婵娟,丁静.一种新型低剖面双频微带导航天线[J].《导航定位与授时》,
2017,4(2):53-57.
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