基于HFSS的雙頻微帶天線仿真及設(shè)計(jì).doc

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1、.基于HFSS的雙頻微帶天線仿真及設(shè)計(jì)隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，無線通信已經(jīng)廣泛應(yīng)用到雷達(dá)"移動通信"衛(wèi)星定位"無線局域網(wǎng)絡(luò)"衛(wèi)星電視等諸多領(lǐng)域!而天線則是無線通信系統(tǒng)中信號發(fā)射和接收的關(guān)鍵部分，它直接影響著無線通信的性。隨著移動通信中跳頻"擴(kuò)頻等通信技術(shù)的發(fā)展，同時為了滿足與多個終端的通信要求，實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)共用和收發(fā)共用等功能，這就要求天線在不同頻段下工作。因此天線的多頻段通信技術(shù)成為現(xiàn)代無線通信領(lǐng)域迫切需要研究的問題。微帶天線有多種饋電方式，其中同軸線饋電是一種最常用的饋電方式!同軸線饋電是將同軸插座安裝在接地板上，本

2、文在一種常用的2.45GHz同軸饋電微帶天線的基礎(chǔ)上，利用HFSS三維電磁仿真軟件合理設(shè)計(jì)同軸饋電的位置及改變輻射貼片的尺寸，使天線獲得一個新的諧振頻率，大小為1.9GHz，且輸入阻抗為50Ω左右，并且對仿真結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)的分析。最后根據(jù)仿真結(jié)果制作天線實(shí)物，在實(shí)際的電磁環(huán)境下對天線的駐波比進(jìn)行測試，得到較好的效果。12.45GHz同軸饋電微帶天線參數(shù)一種常用的2.45GHz同軸饋電微帶天線的原理圖如圖1和圖2所示..圖1中L0為輻射貼片X軸長度，L0=27．9mm;W0為輻射貼片Y軸長度寬度，W0=40mm;L1為同軸饋

3、電點(diǎn)離輻射貼片中心距離，L1=6.6mm。圖2中介質(zhì)基片厚度H=1．6mm;介質(zhì)基片介電常數(shù)ε=4.4。2雙頻微帶天線設(shè)計(jì)在2．45GHz微帶天線中的輻射貼片在X軸方向的長度為27．9mm，同軸線饋電點(diǎn)(A點(diǎn))離輻射貼片中心距離為6．6mm。只需在此基礎(chǔ)上分析給出微帶天線的輻射貼片在Y軸方向的長度和同軸線饋電點(diǎn)(B點(diǎn))的位置，能夠使天線能夠工作于9GHz，然后過A點(diǎn)和B點(diǎn)的垂直相交點(diǎn)(C點(diǎn))即為需要找到的雙頻饋電點(diǎn)。X軸上的A點(diǎn)為激發(fā)2．45GHz工作頻率的饋電點(diǎn)，其輸入阻抗為50Ω左右，由于A點(diǎn)位于輻射貼片Y軸方向的中心

4、線上，因此不會激發(fā)Y軸上的工作頻率。同時，Y軸上的B點(diǎn)為激發(fā)1．9GHz工作頻率的饋電點(diǎn)，其輸入阻抗為50Ω左右，由于位于輻射貼片X方向的中心線上，因此不會激發(fā)X軸上的工作頻率。如果將饋電點(diǎn)放置于C點(diǎn)位置，此時天線可以同時激發(fā)X軸的工作頻率和Y軸的工作頻率，且在這兩種模式下均能得到50Ω左右的輸入阻抗，那么此時天線就可以實(shí)現(xiàn)雙頻工作。擴(kuò)展1.95GHz諧振頻率后的饋電點(diǎn)(C點(diǎn))位置如圖3所示。..圖3擴(kuò)展1.95GHz諧振頻率后饋電點(diǎn)位置示意圖將微帶天線的基本參數(shù)即輻射貼片的寬度介質(zhì)基片厚度H=1．6mm，X軸長度L0=2

5、7．9mm，介質(zhì)的介電常數(shù)ε=4．4，通過式(1)～(5)，計(jì)算出中心頻率為f=1．9GHz時，天線輻射貼片在Y軸方向長度的初始值L和50Ω饋電點(diǎn)(B點(diǎn))離輻射貼片中心距離L2的初始值。式中，c為光速，δ是有效介電常數(shù)，由式(2)計(jì)算出；L是等效輻射縫隙長度，由式(3)計(jì)算出。將參數(shù)代入到式(1)～(3)中計(jì)算得到輻射貼片長度L=40mm。將L=40mm代入到式(4)、(5)中計(jì)算得到饋電點(diǎn)位置L2=10mm。3雙頻天線仿真、參數(shù)優(yōu)化及性能測試前面經(jīng)過分析和計(jì)算得到主要數(shù)據(jù)歸納如下。介質(zhì)基片厚度H=1．6mm;輻射貼片的長

6、度和寬度為W0=40mm，L0=27．9mm;同軸饋電點(diǎn)離輻射貼片中心距離L1=6．6mm，L2=10mm;..在HFSS仿真中輻射邊界表面距離輻射體通常不小于1/4個工作波長，在2．45GHz工作頻率下的1/4個工作波長Length=30mm。在以上數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，通過HFSS仿真軟件進(jìn)行天線建模和分析，驗(yàn)證各項(xiàng)參數(shù)的準(zhǔn)確性和方案的可行性，最后給出經(jīng)過優(yōu)化的各項(xiàng)參數(shù)。創(chuàng)建天線初始模型如圖4所示:設(shè)置好輻射邊界、邊界條件及輻射端口后，通過仿真掃頻得到的回波損耗與頻率的變化曲線如圖5所示。由圖5中端口回波損耗S11掃頻的結(jié)果可知

7、，L0=27．9mm時天線諧振頻率為2．45GHz，無需優(yōu)化，而W0=40mm時天線諧振頻率為1．78GHz。因此需要對W0進(jìn)行參數(shù)掃描，分析1．9GHz諧振頻..點(diǎn)與輻射貼片Y軸長度的關(guān)系，通過仿真得到不同W0對應(yīng)的S11曲線如圖6所示。分析圖6中曲線可知，W0=37．5mm時天線的Y軸諧振頻率對應(yīng)大小為1．89GHz，因此粗略估計(jì)W0=37．3mm可以滿足要求。用優(yōu)化后的W0值替換原來的計(jì)算值，通過仿真生成天線輸入阻抗隨頻率變化的關(guān)系曲線如圖7所示。從曲線中可以看出，在1．9GHz工作頻點(diǎn)上，輸入阻抗為(79．9－j1

8、3．74)Ω。若要將輸入阻抗大小保持在50Ω左右，則L2需要小于初始值10mm。因此對L2進(jìn)行參數(shù)掃描，通過仿真生成1．9GHz頻點(diǎn)處的輸入阻抗與同軸線饋電點(diǎn)位置的變化關(guān)系曲線如圖8所示。..根據(jù)圖8，當(dāng)L2=7．87mm時，輸入阻抗約為50Ω。綜合分析上述仿真結(jié)果可知，同軸饋電微帶天線的輻射貼片尺寸W