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《矩形微帶貼片天線設(shè)計(jì)及仿真》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、《現(xiàn)代電子電路》課程設(shè)計(jì)題目矩形微帶天線的設(shè)計(jì)與仿真單位（院、系）：信息工程學(xué)院學(xué)科專(zhuān)業(yè):電子與通信工程學(xué)號(hào)：416114410159姓名：曾永安時(shí)間：2011.4.25矩形微帶天線的設(shè)計(jì)與仿真學(xué)科專(zhuān)業(yè)：電子與通信工程學(xué)號(hào)：416114410159姓名：曾永安指導(dǎo)老師：吳毅強(qiáng)摘要：本文介紹了一種謝振頻率為2.45GHz，天線輸入阻抗為50Ω的使用同軸線饋電的矩形微帶天線。通過(guò)HFSSV10軟件對(duì)該天線進(jìn)行仿真、優(yōu)化，最終得到最佳性能。關(guān)鍵詞：HFSS，微帶線，天線DesignandSimulationofRectangularMicrostri
2、pAntennaAbstract:Thispaperintroducesarectangularmicrostripantennawhichworksatresonancefrequencyof2.45GHzandantennainputimpedanceof50Ωandisfedbycoaxialcable.ThemodeloftheantennaissetupandsimulatedbyANSOFTHFSSV10,andtheoptimalparametersofthemicrostripantennaareobtainedaswell.K
3、eywords:HFSS,Microstrip,Antenna1.引言微帶天線的概念首先是由Deschamps于1953年提出來(lái)的，經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，Munson和Howell于20世紀(jì)70年代初期制造了實(shí)際的微帶天線。微帶天線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,體積小,能與載體共形,能和有源器件、電路等集成為統(tǒng)一的整體,已被大量應(yīng)用于100MHz～100GHz寬頻域上的無(wú)線電設(shè)備中,特別是在飛行器和地面便攜式設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用。微帶天線的特征是:比通常的微波天線有更多的物理參數(shù),可以有任意的幾何形狀和尺寸；能夠提供50Ω輸入阻抗,不需要匹配電路或變換器；比較容易精
4、確制造,可重復(fù)性較好；可通過(guò)耦合饋電,天線和RF電路不需要物理連接；較易將發(fā)射和接收信號(hào)頻段分開(kāi)；輻射方向圖具有各向同性。本文設(shè)計(jì)的矩形微帶天線工作于ISM頻段，其中心頻率為2.45GHz；無(wú)線局域網(wǎng)、藍(lán)牙、ZigBee等無(wú)線網(wǎng)絡(luò)均可工作在該頻段上。選用的介質(zhì)板材為RogersR04003，其相對(duì)介電常數(shù)εr=3.38,厚度h=5mm；天線使用同軸線饋電。2.微帶貼片天線理論分析圖1是一個(gè)簡(jiǎn)單的微帶貼片天線的結(jié)構(gòu)，由輻射元、介質(zhì)層和參考地三部分組成。與天線性能相關(guān)的參數(shù)包括輻射元的長(zhǎng)度L、輻射元的寬度W、介質(zhì)層的厚度h、介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)r和損
5、耗角正切tanδ、介質(zhì)層的長(zhǎng)度LG和寬度WG。圖1所示的微帶貼片天線采用微帶線饋電，本文將要設(shè)計(jì)的矩形微帶天線采用的是同軸線饋電，也就是將同軸線街頭的內(nèi)芯線穿過(guò)參考點(diǎn)和介質(zhì)層與輻射元相連接。圖1微帶天線的結(jié)構(gòu)對(duì)于矩形貼片微帶天線，理論分析時(shí)可以采用傳輸線模型來(lái)分析其性能。矩形貼片微帶天線的工總模式是TM10模，意味著電場(chǎng)在長(zhǎng)度L方向有λg/2的改變，而在寬度W方向上保持不變，如圖2（a）所示，在長(zhǎng)度L方向上可以看作成有兩個(gè)終端開(kāi)路的縫隙輻射出電磁能量，在寬度W方向的邊緣處由于終端開(kāi)路，所以電壓值最大電流值最小。（a）微帶天線俯視圖（b）微帶天線
6、側(cè)視圖圖2微帶天線示意圖從圖2（b）可以看出，微帶線邊緣的電場(chǎng)可以分解為垂直于參考地的分量和平行于參考地的分量?jī)刹糠?，兩個(gè)邊緣的垂直電場(chǎng)分量大小相等、方向相反，平行電場(chǎng)分量大小相等、方向相反；因此，遠(yuǎn)區(qū)輻射電場(chǎng)垂直風(fēng)量相互抵消，輻射電場(chǎng)平行于天線表面。假設(shè)矩形貼片天線的有效長(zhǎng)度設(shè)為L(zhǎng)e，則有（1）式中，λg表示導(dǎo)波波長(zhǎng)，有(2)式中，表示自由空間波長(zhǎng)；表示有效介電常數(shù)，且（3）式中，表示介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)；h表示介質(zhì)層厚度；W表示微帶貼片的寬度。由此，可計(jì)算出矩形貼片的實(shí)際長(zhǎng)度L，有（4）式中，c表示真空中光速；f0表示天線工作頻率；表示圖2a
7、中所示的等效輻射縫隙的長(zhǎng)度，且有（5）矩形貼片的寬度W可由下式計(jì)算，（6）對(duì)于同軸線饋電的微帶貼片天線，在確定了貼片長(zhǎng)度L和寬度W之后，還需要確定同軸線饋點(diǎn)的位置，饋點(diǎn)的位置會(huì)影響天線的輸入阻抗。在微帶應(yīng)用中通常是使用50Ω的標(biāo)準(zhǔn)阻抗，因此需要確定饋點(diǎn)的位置使天線的輸入阻抗等于50Ω。對(duì)于如圖3所示的同軸線饋電的微帶貼片天線，坐標(biāo)原點(diǎn)位于貼片的中心，以（Xf，Yf）表示饋點(diǎn)的位置坐標(biāo)。俯視圖側(cè)視圖圖3同軸線饋電的微帶天線對(duì)于TM10模式，在W方向上電場(chǎng)強(qiáng)度不變，因此理論上W方向上的任一點(diǎn)都可以作為饋點(diǎn)，為了避免激發(fā)TM1n模式，在W方向上饋點(diǎn)的
8、位置一般取在中心點(diǎn)，即（7）在L方向上電場(chǎng)有λg/2的改變，因此在長(zhǎng)度L方向上，從中心點(diǎn)到兩側(cè)，阻抗逐漸變大；輸入阻抗等于50Ω是的饋點(diǎn)位置可由下式計(jì)
