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1、制造業(yè)信息化機機電工程技術電工程技術2010年第39卷第10期基于HFSS矩形微帶貼片天線的仿真設計李艷，戴亞文（武漢理工大學理學院，湖北武漢430070）摘要：根據(jù)微帶天線的輻射原理和實際修正，設計了一種諧振頻率為7．55GHz的矩形微帶天線，利用Ansoft公司的HFSS10．0對其進行了建模并對其進行仿真，分析了天線的S參數(shù)圖，駐波比以及方向圖。仿真結果跟理論結果很吻合，證明了方法的可行性，同時也證明了HFSS是一種對微帶天線有效的仿真工具。關鍵詞：微帶天線；矩形；仿真；HFSS中圖分類號：TN82文獻標識碼：A文章編號：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。目前已在移動通信、衛(wèi)星通訊、導彈遙測、多普勒雷達等許多領域獲得了廣泛的應用［1］。其中矩形微帶貼片天線是應用最為廣泛的。本文通過Ansoft公司的HFSS10．0軟件對一種諧振頻率為7．55GHz的矩形微帶貼片天線進行設計和仿真，并對其結果進行分析。1矩形微帶天線介紹以及輻射原理圖1微帶天線1．1矩形微帶天線的結構微帶天線的結構比較簡單，它是由貼在帶有金屬地板的介質基片上的輻射貼片構成的，一般介質基片的相對介電常數(shù)不超過10，即εr≤10。貼片上導體通常
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測其性能都用較為簡單的幾何形狀［2］，本文研究對象的形狀選為矩形。為了增強輻射的邊場效應，通常要求介質基片的相對介電常數(shù)較低，文中（a）側面饋電（b）背饋介質材料選為RogersRT／duroid5880（tm），其相對介電常數(shù)為2．2，滿足了設計要求。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，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體邊沿
4、和地板之刻，制作簡便。但饋線本身也會引起輻射，從而干擾天線間的邊緣場產生的。這可以從圖3（a）簡單說明，該圖是方向圖，降低增益。在理論計算中，微帶饋源的模型可等本文研究的側向饋電的矩形微帶貼片天線，與地板相距高效為沿Z軸方向的一個薄電流片，其背后為空腔磁壁。圖度為h。假設電場沿微帶結構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。則輻射器的電場僅僅沿約為半波長（λ／2）的貼片長度方收稿日期：2010－04－2840機機電工程技術電工程技術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）等效輻射場圖（c）輻射場分布圖圖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引起的。Sub（0,0,0）dxdydz（28．1,32,－0．79）Box在兩端的場相對地板可以分解為法向和切向分量，因為貼Gnd（0,0,－0．79）dxdydz（28．1,32,0）Rectangle片長度為λ／2，所以法向分量反相，由它們產生的遠區(qū)場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因此合成場增強，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此合成場增強，從而使垂直于結構表面的方向上輻射場最Air（－5,－5,－5．79）dxdydz（38．1,42,10．79）Box強，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仿真分析個相距、同相激勵并向地板以上半空間輻射的兩個縫隙，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。對微帶貼片沿寬度方向的電場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動（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縫隙的輻射。這種的六個面設為輻射邊界，對Port的激勵方式采用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，在此基礎上設置求解頻率為7．55GHz，然后添加掃形狀微帶天線［5］。頻，采用快速掃頻模式（fast），在做好以上準備工作后，2運用HFSS軟件仿真矩形微帶貼片天線就可以運行HFSS來進行仿真求解，最終可以得到S參數(shù)2．1HFSS軟件簡介以及仿真設計過程圖、駐波比圖、方向圖等，如圖5
