側(cè)饋矩形微帶天線設(shè)計(jì)與仿真

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1、天線理論姓名：**專業(yè)：電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)號：*********主要內(nèi)容：本文首先介紹了微帶天線的理論基礎(chǔ)和工作原理，然后以矩形微帶天線為例，講解了側(cè)饋微帶天線的工作原理、設(shè)計(jì)過程，以及在HFSS中的仿真實(shí)現(xiàn)。一、微帶天線概述1、微帶天線的饋電微帶天線有多種饋電方式，如微帶線饋電、同軸線饋電、耦合饋電（CoupledFeed）和縫隙饋電（SlotFeed）等，其中，最常用的是微帶線饋電和同軸線饋電兩種饋電方式。微帶線饋電微帶線饋電方式又稱為側(cè)饋，它用與微帶輻射貼片集成在一起的微帶傳輸線經(jīng)行饋電。它可以中心饋電，也可以偏心饋電，如下圖，饋電點(diǎn)的位置取決于激勵哪種

2、模式。對于微帶傳輸線的饋電方式，當(dāng)微帶天線的尺寸確定以后，可以用以下方法進(jìn)行阻抗匹配：先將中心饋電天線輻射貼片同50?饋電一起光刻，測量輸入阻抗并設(shè)計(jì)出阻抗匹配變換器，然后在天線輻射貼片與饋線直接接入該阻抗匹配器，重新作出天線。（a）中心饋電（b）偏心饋電圖1微帶線饋電二、矩形微帶天線的特性參數(shù)1、微帶輻射貼片尺寸估算設(shè)計(jì)微帶天線的第一步是選擇合適的介質(zhì)基片，假設(shè)介質(zhì)的介電常數(shù)為，對于工作頻率的矩形微帶天線，可以用下式設(shè)計(jì)出高效率輻射貼片的寬帶，即為：式中，c是光速。輻射貼片的長度一般取為；這里是介質(zhì)內(nèi)的導(dǎo)波波長，即為：考慮到邊緣縮短效應(yīng)后，實(shí)際上的輻射單元

3、長度應(yīng)為：式中，是有效介電常數(shù)，是等效輻射縫隙長度。它們可以分別用下式計(jì)算，即為：2、輸入導(dǎo)納如果天線采用圖1所示的微帶線饋電方式，假設(shè)饋電點(diǎn)到輻射貼片邊緣拐角處的距離為z，則微帶天線的輸入導(dǎo)納可以由下式計(jì)算：式中，是把天線視作傳輸線時(shí)的特性導(dǎo)納，是介質(zhì)中的相位常數(shù)，是輻射電導(dǎo)，是等效電納，且有：式中，式中，是把天線視作傳輸線時(shí)的特性阻抗。3、方向性系數(shù)根據(jù)方向性系數(shù)的定義，可以給出微帶天線的方向性系數(shù)為：三、側(cè)饋矩形微帶天線設(shè)計(jì)與仿真1、設(shè)計(jì)要求使用HFSS設(shè)計(jì)中心頻率為2.45GHz的矩形微帶天線，并給出其天線參數(shù)。介質(zhì)基片采用厚度為1.6mm的FR4環(huán)

4、氧樹脂（FR4Epoxy）板，天線饋電方式為微帶線饋電。2、設(shè)計(jì)步驟①計(jì)算天線尺寸：微帶天線的介質(zhì)基片采用厚度為1.6mm的FR4環(huán)氧樹脂板，所以厚度h=1.6mm，介質(zhì)的介電常數(shù)。輻射貼片寬度：w=37.26mm，輻射貼片長度：L=30.21mm，有效介電常數(shù)：=3.37mm，等效縫隙寬度：=0.75mm。②饋電點(diǎn)位置和輸入阻抗③阻抗匹配阻抗匹配條件為：波長阻抗裝換器的特性阻抗為④微帶線的尺寸對于介質(zhì)基片厚度1.6mm的FR4環(huán)氧樹脂板的微帶線，我們可以計(jì)算出特性阻抗為50?時(shí)對應(yīng)的微帶天線寬度為2.98mm，特性阻抗為80.6?時(shí)對應(yīng)的微帶線寬度為1.1

5、6mm，微帶線在2.45GHz時(shí)1/4波長對應(yīng)的長度為16.45mm。圖2側(cè)饋矩形微帶天線的HFSS設(shè)計(jì)模型圖3的掃頻分析結(jié)果圖4不同L0對應(yīng)的曲線圖5不同w1對應(yīng)的曲線圖6掃頻分析結(jié)果圖7的Smith圓圖結(jié)果圖8天線在xz和yz截面上的增益方向圖圖9三維增益方向圖