基于hfss矩形微帶貼片天線的仿真設(shè)計(jì)

《基于hfss矩形微帶貼片天線的仿真設(shè)計(jì)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。

1、制造業(yè)信息化機(jī)機(jī)電工程技術(shù)電工程技術(shù)2010年第39卷第10期基于HFSS矩形微帶貼片天線的仿真設(shè)計(jì)李艷，戴亞文（武漢理工大學(xué)理學(xué)院，湖北武漢430070）摘要：根據(jù)微帶天線的輻射原理和實(shí)際修正，設(shè)計(jì)了一種諧振頻率為7．55GHz的矩形微帶天線，利用Ansoft公司的HFSS10．0對(duì)其進(jìn)行了建模并對(duì)其進(jìn)行仿真，分析了天線的S參數(shù)圖，駐波比以及方向圖。仿真結(jié)果跟理論結(jié)果很吻合，證明了方法的可行性，同時(shí)也證明了HFSS是一種對(duì)微帶天線有效的仿真工具。關(guān)鍵詞：微帶天線；矩形；仿真；HFSS中圖分類號(hào)：TN82文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009－9492(2010)10－0040－02微帶貼

2、片天線是一種使用微帶貼片作為輻射源的天線，它具有剖面低、體積小、重量輕、可共形、易集成、饋電方式靈活、便于獲得線極化和圓極化等優(yōu)點(diǎn)。目前已在移動(dòng)通信、衛(wèi)星通訊、導(dǎo)彈遙測(cè)、多普勒雷達(dá)等許多領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用［1］。其中矩形微帶貼片天線是應(yīng)用最為廣泛的。本文通過Ansoft公司的HFSS10．0軟件對(duì)一種諧振頻率為7．55GHz的矩形微帶貼片天線進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真，并對(duì)其結(jié)果進(jìn)行分析。1矩形微帶天線介紹以及輻射原理圖1微帶天線1．1矩形微帶天線的結(jié)構(gòu)微帶天線的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，它是由貼在帶有金屬地板的介質(zhì)基片上的輻射貼片構(gòu)成的，一般介質(zhì)基片的相對(duì)介電常數(shù)不超過10，即εr≤10。貼片上導(dǎo)體通常

3、是銅和金，它可也做成任意形狀，常見的形狀有矩形、方形、圓形等，通常為了便于分析和預(yù)測(cè)其性能都用較為簡(jiǎn)單的幾何形狀［2］，本文研究對(duì)象的形狀選為矩形。為了增強(qiáng)輻射的邊場(chǎng)效應(yīng)，通常要求介質(zhì)基片的相對(duì)介電常數(shù)較低，文中（a）側(cè)面饋電（b）背饋介質(zhì)材料選為RogersRT／duroid5880（tm），其相對(duì)介電常數(shù)為2．2，滿足了設(shè)計(jì)要求。矩形微帶貼片天線有兩種圖2饋電方式饋電方式，一種是微帶線饋線，又稱側(cè)面饋電，另一種是同軸饋線，又稱背饋［3］，本文選用微帶線饋電。用微帶線1．2矩形微帶天線的輻射原理饋電時(shí)，饋線與微帶貼片是共面的，因而可方便的一起光矩形微帶天線的輻射是由微帶天線導(dǎo)體邊沿

4、和地板之刻，制作簡(jiǎn)便。但饋線本身也會(huì)引起輻射，從而干擾天線間的邊緣場(chǎng)產(chǎn)生的。這可以從圖3（a）簡(jiǎn)單說明，該圖是方向圖，降低增益。在理論計(jì)算中，微帶饋源的模型可等本文研究的側(cè)向饋電的矩形微帶貼片天線，與地板相距高效為沿Z軸方向的一個(gè)薄電流片，其背后為空腔磁壁。圖度為h。假設(shè)電場(chǎng)沿微帶結(jié)構(gòu)的寬度和厚度方向沒有變化，1和圖2分別為微帶天線形狀以及饋電方式圖。則輻射器的電場(chǎng)僅僅沿約為半波長(zhǎng)（λ／2）的貼片長(zhǎng)度方收稿日期：2010－04－2840機(jī)機(jī)電工程技術(shù)電工程技術(shù)2010年第39卷第10期制造業(yè)信息化（a）矩形微帶貼片天線（b）等效輻射場(chǎng)圖（c）輻射場(chǎng)分布圖圖3矩形微帶貼片天線輻射圖向變

5、化。輻射基本上是由貼片開路邊沿的邊緣場(chǎng)引起的。Sub（0,0,0）dxdydz（28．1,32,－0．79）Box在兩端的場(chǎng)相對(duì)地板可以分解為法向和切向分量，因?yàn)橘NGnd（0,0,－0．79）dxdydz（28．1,32,0）Rectangle片長(zhǎng)度為λ／2，所以法向分量反相，由它們產(chǎn)生的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)Patch（7．03,8,0）dxdydz（12．45,16,0．05）Box在正面方向上互相抵消［4］。平行于地板的切向分量同相，Microstripline（10．13,0,0）dxdydz（2．49,8,0．05）Box因此合成場(chǎng)增強(qiáng)，從而使垂直于地板的切向分量同相，因Port（10．1

6、3,0,－0．79）dxdydz（2．49,0,0．79）Rectangle此合成場(chǎng)增強(qiáng)，從而使垂直于結(jié)構(gòu)表面的方向上輻射場(chǎng)最A(yù)ir（－5,－5,－5．79）dxdydz（38．1,42,10．79）Box強(qiáng)，如圖3（b）所示。根據(jù)以上分析，貼片可以等效為兩2．3用HFSS仿真分析個(gè)相距、同相激勵(lì)并向地板以上半空間輻射的兩個(gè)縫隙，基于以上微帶貼片天線的參數(shù)，可以很快建立出矩形如圖3（c）所示。對(duì)微帶貼片沿寬度方向的電場(chǎng)變化也可微帶貼片天線的模型，如圖4所示，在這里采用的求解方以采用同樣的方法等效為同樣的縫隙。這樣，微帶貼片天式是終端驅(qū)動(dòng)（DrivenTerminal），單位都采用mm

7、。把Air線的輻射就等效為微帶天線周圍的四個(gè)縫隙的輻射。這種的六個(gè)面設(shè)為輻射邊界，對(duì)Port的激勵(lì)方式采用Lump-分析方法不僅適用于微帶矩形貼片天線，同樣也適于其他port，在此基礎(chǔ)上設(shè)置求解頻率為7．55GHz，然后添加掃形狀微帶天線［5］。頻，采用快速掃頻模式（fast），在做好以上準(zhǔn)備工作后，2運(yùn)用HFSS軟件仿真矩形微帶貼片天線就可以運(yùn)行HFSS來進(jìn)行仿真求解，最終可以得到S參數(shù)2．1HFSS軟件簡(jiǎn)介以及仿真設(shè)計(jì)過程圖、駐波比圖、方向圖等，如圖5