总的输入阻抗：
Zin?2n2n12Ypatch?Yap?jZomcot(?mLs) (2-2-10)
由公式（2-2-8）和（2-2-10）可知，输入电阻随口径长度La增加而增加。谐振频率主要由n12Ypatch?Yap决定，即当n12Bpatch?Bap?0时发生谐振，则
Bpatch?4b2Zos?sL3a (2-2-11)
因此，增大La时，Bpatch降低，将使谐振频率下降。这说明可以通过调节口径的尺寸和开路调谐枝节的长度来调节天线的匹配。
2.2.2 全波分析理论
全波分析法也称为积分方程法，通常先求出在特定的边界条件下单位点源所产生的场即源函数或格林函数，然后根据叠加原理，把它乘以源分布后，在源所在的区域进行积分而得出总场。因为通常源未知，因而要先利用边界条件得出源分布后的积分方程，在解出源分布后再由积分算式来求出总场。
积分方程法不但可用于分析规则形状的薄微带天线，更适用于对各种厚基片微带天线及微带天线元间的互耦等问题进行分析。该方法首先通过对微带天线各界面上的边界条件和分层媒质中空域并矢格林函数，写成谱域并矢格林函数，建立起关于表面分布电流的积分方程，然后用数值方法如矩量法进行求解，得到表面分布电流后，由此再求出微带天线的输入阻抗与远场和近场分布等参数。对应于所使用的谱域和空域并矢格林函数，该方法又可分为两大类：第一类是谱域分析法（SDA），即将积分方程和并矢格林函数写成谱域形式并在谱域内求解，这样需要研究面电流的谱域变换式。第二类方法为空域分析法，即将谱域中得到的并矢格林函数进行变换，在空域中求解积分方程，从而不必对电流分布作傅里叶变换，这样更适合于各种不同形状的导体贴片，使其在计算天线的输入阻抗时有一定的优越性。目前，积分方程是应用最广泛、计算结果最精密的方法，但也是计算最费时、对计算机硬件要求最高的计算方法。
无论是传统的传输线理论还是腔模理论，都没有考虑场在与片垂直方向上的变化，对于多数薄的微带天线来说，这种简化不会带来显著的误差，但对于基片厚度与波长比不是很小时（h/?~0.1），这种简化就会引入较大的误差，此外，上述方法对微带片的形状有一定的要求，与之相比，积分方程法将不受到这些限制，应用的范围更为广泛。
2.3微带天线的馈电方式
馈电部分是微带天线的重要组成部分，选择一个恰当合理的馈电方式对压缩天线的整体尺寸、提高天线的辐射性能和工作带宽以及日后扩展成天线阵列都具有重要意义。特别是对于双频双极化天线，天线输入阻抗的匹配就可由选择恰当的馈电点位置来实现。选择馈电方式需要综合考虑多种因素，最重要的是使辐射结构与馈电结构之间能够有效地传输能量，即两者要阻抗匹配。恰当的馈电方式还有助于降低微带天线的伪辐射和表面波损耗，以及减少旁瓣电平和交叉极化电平。目前对微带天线单元进行馈电的基本方式主要有微带线馈电、同轴线馈电、临近耦合微带馈电、口径耦合微带馈电、共面波导馈电等馈电方式。本节主要介绍目前应用较多的馈电方式。
2.3.1微带线馈电
微带线馈电是微带馈线与微带贴片共面的一种馈电结构。这种馈电结构具有制作简单方便的特点。但微带馈线本身也要引起辐射，从而干扰天线的方向图，降低增益。另外，条状微带馈线所引入的附加电容将会产生较大的电抗功率，进而减小天线的工作带宽。为此，一般要求微带馈线宽度w不能宽，希望w???，这就要求微带天线的特性阻抗Zc要高些或者基片厚度h相对较小，介电常数?r大些。微带馈线可以和微带贴片直接相连，也可以通过伸入贴片内部以获得所需阻抗，天线输入阻抗与馈线特性阻抗的匹配可由选择恰当的馈电点位置来实现。馈点位置的改变将使馈线与天线间的耦合发生变化，因而会使谐振频率有一定的漂移，但方向图一般不会受影响，频率的漂移可通过改变微带贴片的尺寸来补偿。
2.3.2同轴线馈电
同轴线馈电就是将同轴插座安装在介质基板的背面，而同轴线探针接在天线导体上，或者探针通过地面的缝隙，连接微带线或辐射贴片，构成的一种馈电结构。同轴线馈电结构的优点是辐射贴片与馈电部分之间可以实现良好的隔离和屏蔽，从而可以相对独立地设计馈电网络部分和辐射贴片部分，进而改善整个天线系统的性能；馈电点可选在贴片内任意所需位置，便于匹配。这种馈电结构的缺点是需要在介质基片上打孔，并且需要对探针与微带贴片进行焊接，结构不便于集成，制作麻烦。
2.3.3口径（缝隙）耦合馈电
口径耦合馈电结构最初由D.M.Pozar提出来的。它是将辐射单元和馈电单元分列于接地板的两侧，在底层的微带馈线通过接地板上的口径耦合能量到上层贴片的一种结构。口径耦合微带天线具有如下优点：①避免了在基片上打孔，便于制作；②辐射贴片和馈电网络分别位于接地板的两侧，彼此之间的干扰被接地板隔离，不仅避免了馈电网络的辐射干扰，而且辐射单元和馈电网络可分别采用低介电常数的厚基片和高介电常数的薄基片来实现各自性能的优化；③容易实现阻抗匹配。口径耦合馈电方式的缺点是需要在接地板上开缝隙，缝隙的位置和尺寸需要精确的控制，不便制作。
在实际设计当中，口径的形状可以有多种选择（如矩形、圆形、十字形、U形、H形等）。Vivek用实验研究了几种不同形状的口径对耦合量的影响,得出开H形状的口径可以得到比较大的耦合量。H.S.Shin等用实验证明开H型口径的微带天线一般可以获得10%(VSWR<2)左右的相对带宽，而且具有良好的交叉极化性能。鉴于H形口径耦合的馈电方式可以获得更大的带宽、可以分别对辐射贴片和馈电网络进行优化设计的优势，本文将选用这种馈电的方式来对微带天线单元和阵列进行设计。
2.4本章小结
本章首先由考察矩形微带贴片入手介绍了微带天线的辐射机理，其次介绍了分析微带天线的方法。应用于分析微带天线的方法很多，本章只介绍本文用于分析和设计微带天线单元所采用的传输线模型理论和用于仿真天线模型的CST软件所采用的全波分析理论。利用传统的分析方法根据技术指标对天线进行分析和设计，结合基于全波技术的电磁场仿真软件对设计的天线模型进行仿真和优化，这大大提高了我们的工作效率。最后介绍了微带天线常用的馈电方式（微带线馈电、同轴线馈电和口径耦合馈电），并且比较了三种馈电方式各自的优缺点。通过比较，本文将选用口径耦合馈电的方式来对微带天线进行设计。在本文中，运用传统的传输线模型理论对双频微带天线单元进析设计。
3宽带双频双极化微带天线单元的设计
现代的卫星通信系统对天线提出了更高的要求，不仅要求天线小型化、重量轻、具有良好的隐蔽性和机动性，同时为满足收发一体化和大容量通信的需求，还要求天线具有双频及宽带特性。微带天线具有体积小、重量轻、平面结构、能与载体共形、馈电方式和极化形式多样化等诸多优点，在卫星通信领域倍受人们青睐。但微带天线在带宽和双频等方面的性能都难以适应现代卫星通信系统的要求。因此，Ku波段宽带双频微带天线虽然小型化，但由于要求微带天线同时实现宽频带、双频特性，具有一定的难度。因此，研究出结构简单、体积小、重量轻，具有双极化特性、兼容两个波段，以满足现代Ku波段卫星通信系统要求的高性能天线是本论文所要解决的问题。
本章所研究的宽带双频微带天线单元用作Ku波段卫星通信天线阵的阵元。设定天线的主要设计指标为：工作频带：11.95GHz～12.65GHz;14GHz～14.4GHz，驻波比≤1.5。
3.1天线单元的结构
微带天线频带较窄的固有缺点限制了它的广泛应用。为了展宽频带有以下途径：降低等效电路Q值；附加寄生贴片；采用口径耦合馈电；采用多层结构等。其中，采用口径耦合馈电方式是比较简单实用的方法。耦合口径一般放置于贴片的近中心位置，以使贴片获得最大的耦合量。耦合量由下式表示：
??coupling????M?Hdv?sin(?x0/L) (3-1-1)
式中x0是缝隙与贴片边沿的偏离量，L是缝隙的长度。可见通过调整耦合缝隙的长度、缝隙形状、馈线的宽度、馈线开口端的短截线的长度等参数，可以增加贴片的耦合量，改善天线的带宽。
为了研制Ku波段宽带双频双极化微带天线单元，对微带天线的宽带技术、双频技术及双极化技术进行了深入的研究。本文综合采用H形口径耦合馈电技术、插入空气层等方式实现天线的宽频带谐振；采用不同馈电点技术在微带天线单元中形成双频谐振点；采用微带正交背馈的方式实现了双极化特性。设计的天线单元结构如图3-1所示。
图3-1 天线单元结构图
在该结构中，天线的主体由三层介质板组成。方形辐射贴片倒置于第一层介质板的下面，寄生贴片置于第二层介质板的上面，这样布置使得上层介质板可以起到天线罩的作用。两层介质板之间由空气层隔开，引入空气层以降低微带天线
Q值，从而达到增加带宽的目的。第三层介质板上面是开缝接地板，刻有一对H
型缝隙成轴对称结构，且两个H型缝隙呈T字型放置。第三层介质板的下面是馈电网络，馈线由两相互正交的50Ω微带线组成，微带馈线均采用中心正馈的方式，以增强辐射贴片与馈线之间的耦合。
3.2天线单元的设计
天线单元设计的整体思路是：先根据给定的技术指标通过微带天线的经典理论分析计算，得到天线单元各部分的结构参数，再将这些参数代入仿真软件中建立天线模型，最后把仿真结果与技术指标进行对比分析，反复修改各个参数，再次仿真优化，直到仿真结果满足给定的设计指标为止。