宽带和小型化中的折叠技术

常见的天线元件类型包括介电谐振器天线、Vivaldi 天线、偶极子和贴片等等。为了在有限空间中设计低频的天线，常常在一些传统结构上进行改进，一些折叠结构技术就是基于传统结构而做的改进。

1. 折叠偶极子天线

结构：将偶极子天线的臂折叠，使其长度缩短。

作用：缩小天线尺寸，同时保持或提升辐射效率，适用于空间受限的场景。

2. 折叠单极子天线

结构：将单极子天线的辐射单元折叠。

作用：降低天线高度，便于集成到小型设备中，同时保持性能。

3. 折叠贴片天线

结构：将微带贴片天线的辐射贴片折叠成多层结构。

作用：减小天线面积，提升带宽和增益，适合高频应用。

4. 折叠螺旋天线

结构：将螺旋天线的螺旋线折叠，缩短轴向长度。

作用：缩小天线体积，保持宽频带特性，适合移动通信和卫星通信。

5. 折叠槽天线

结构：将槽天线的辐射槽折叠成复杂形状。

作用：减小天线尺寸，增强方向性和带宽，适用于雷达和无线通信。

6. 折叠阵列天线

结构：将阵列天线的辐射单元折叠，形成紧凑布局。

作用：缩小阵列尺寸，提升方向性和增益，适合雷达和卫星通信。

7. 折叠环

作用总结

尺寸缩小：通过折叠结构，天线在保持性能的同时体积减小。

性能提升：某些折叠结构能增加带宽、增益或方向性。

集成便利：折叠后更易集成到小型设备中，适应现代电子设备的需求。 

折叠结构是一种“以空间换性能”的折中方案，其核心价值在于平衡尺寸、带宽、效率等关键指标。在实际应用中，需结合具体需求（如频段、环境、成本）选择最优结构，并通过仿真和实测验证其性能边界。

折叠结构的使用不可避免的会带来如下的一些问题，

1、设计复杂度增加

折叠结构需精确控制几何参数（如折叠次数、间距、层间耦合），仿真和优化难度较高，容易引入寄生谐振或非预期辐射模式。

如，折叠贴片天线的多层结构可能导致表面波损耗或边缘耦合干扰。

2、性能折损风险

某些折叠结构可能在缩小尺寸时牺牲性能：

增益下降：折叠偶极子天线的辐射效率可能因导体损耗增加而降低。

方向图畸变：折叠槽天线的复杂形状可能导致主瓣分裂或旁瓣电平升高。

如，折叠单极子天线在降低高度的同时，可能因接地平面影响导致方向图不对称。

3、制造与成本挑战

复杂折叠结构（如三维折叠螺旋天线、多层折叠贴片）需要精密加工工艺（如LTCC、3D打印），导致成本上升和良率下降。

如，高频段（毫米波）折叠天线对加工精度要求极高，微米级误差可能导致性能显著劣化。

4、机械稳定性问题

折叠结构（尤其是柔性或可展开天线）在振动、温度变化等环境应力下易发生形变，导致性能漂移。

如，可穿戴天线的折叠结构在长期弯折后可能出现导体断裂或介电常数变化。

5、交叉极化增强

折叠结构的非对称性或弯曲路径可能引入交叉极化分量，降低天线极化纯度。

如，折叠槽天线在水平极化设计中可能产生垂直极化杂散辐射。

[1] S. -B. Liu, F. -S. Zhang, G. -J. Xie, L. Song and Y. -X. Guo, "Miniaturization of Ultrawideband Horizontally Polarized Omnidirectional Vivaldi Antenna Arrays Using Nonuniform Elements," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 73, no. 2, pp. 748-757, Feb. 2025, doi: 10.1109/TAP.2024.3503775.