HFSS仿真2×2矩形貼片天線陣.doc

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1、HFSS仿真2×2線極化矩形微帶貼片天線陣微帶天線以其體積小、重量輕、低剖面等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在通信、衛(wèi)星電視接收、雷達(dá)、遙感等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，它一般工作在100MHz-100GHz寬廣頻域的無(wú)線電設(shè)備中，而矩形微帶天線是微帶天線最常用的輻射單元，它是一種諧振型天線，通常在諧振頻率附近工作。C波段，是頻率在4—8GHz的無(wú)線電波，通常的上行頻率范圍為5.925—6.425GHz，下行頻率范圍為3.7—4.2GHz。雷達(dá)天線具有將電磁波聚成波束的功能，定向地發(fā)射和接收電磁波。本實(shí)驗(yàn)采用HFSS13.0設(shè)計(jì)了一款工作于C波段中心頻率在5.75

2、GHz的矩形貼片線極化微帶雷達(dá)天線陣列，根據(jù)理論經(jīng)驗(yàn)公式初步計(jì)算出矩形微帶貼片天線的尺寸，然后在HFSS13.0里建模仿真，根據(jù)仿真結(jié)果反復(fù)調(diào)整天線的尺寸，對(duì)天線的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，直到天線的中心頻率為5.75GHz為止。1單個(gè)側(cè)饋貼片天線的仿真1.1矩形貼片天線的設(shè)計(jì)導(dǎo)波波長(zhǎng)，矩形貼片天線的的有效長(zhǎng)度，有效介電常數(shù)為，為介質(zhì)的介電常數(shù)矩形貼片的實(shí)際長(zhǎng)度為L(zhǎng)，L=－2=－2=－2天線的實(shí)際頻率，微帶天線等效輻射縫隙的長(zhǎng)度矩形貼片的寬度為W基片尺寸?。海橘|(zhì)板材為RogersRT/duroid5880，其相對(duì)介電常數(shù)=2.2，厚度h=2mm，

3、損耗角正切為0.0009。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們假設(shè)貼片、微帶線的厚度t與基片厚度相比可以忽略不計(jì)，即，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們令t=0。1.2計(jì)算矩形貼片天線的尺寸（1）矩形貼片的寬度由C=3.0×108m/s,=5.75GHz，=2.2，可以計(jì)算出矩形微帶天線貼片的寬度。W=0.02062m=20.62mm（2）有效介電常數(shù)把h=2mm，W=20.62mm，=2.2代入，計(jì)算出有效介電常數(shù)。=2.17（3）輻射縫隙的長(zhǎng)度把h=2mm，W=20.62mm，=2.17代入，可以計(jì)算出天線的輻射縫隙的長(zhǎng)度。=1.01mm（4）矩形貼片的長(zhǎng)度把C=3

4、.0×108m/s,=5.75GHz，=2.17，=1.01mm代入，可計(jì)算出天線矩形貼片的長(zhǎng)度。L=15.69mm（5）參考地的長(zhǎng)度LG和寬度WG把C=3.0×108m/s,=5.75GHz，=2.17代入，可算出導(dǎo)波波長(zhǎng)。=35.42mmLG=22.77mmWG=27.70mm（6）估算天線的輸入阻抗由于介質(zhì)板材RogersRT/duroid5880有一定的損耗，所以在計(jì)算微帶天線的輸入阻抗時(shí)，必須考慮介質(zhì)損耗，微帶線造成的銅損忽略不計(jì)。，，其中代入數(shù)值計(jì)算，可求得：=52.17mm，=3.17×10-3，=6.33×10-4，可得

5、天線的輸入阻抗約為92。（7）微帶線的寬度w計(jì)算又由，其中=120，微帶線與天線匹配時(shí)=92。計(jì)算可得寬度1.7mm，仿真時(shí)初始設(shè)置饋線距邊的長(zhǎng)度為3mm，最終確定為3.85mm。（8）微帶饋線的設(shè)計(jì)饋電端的阻抗為50，欲使阻抗匹配，應(yīng)使用阻抗變換器。=68，計(jì)算可得微帶線寬度為1.2mm，=13mm。50時(shí)對(duì)應(yīng)的微帶線寬度為0.68mm。故取貼片長(zhǎng)度L=15.70mm，寬度W=20.62mm；介質(zhì)層長(zhǎng)度50mm，寬度60mm，厚度2mm；接地板長(zhǎng)度50mm，寬度60mm；真空腔長(zhǎng)度90mm，寬度100mm，高度60mm。1.3單個(gè)貼片

6、天線的仿真結(jié)果（1）單個(gè)貼片天線的設(shè)計(jì)模型（2）反射系數(shù)S11仿真結(jié)果可以看到，反射系數(shù)S11在5.75GHz時(shí)最小，為-22.5dB。（3）三維增益方向圖（4）E平面方向圖（5）駐波比VSWR結(jié)合方向圖和駐波比曲線，可以看出，對(duì)于單帖片天線，天線的增益較小，約為7dB；帶寬較大，以5.75GHz為中心頻率，在約260MHz的范圍內(nèi)滿足VSWR2。22×1側(cè)饋貼片天線陣的仿真2個(gè)50的貼片天線并聯(lián)，即為25，用阻抗變換器使之與50的微帶傳輸線匹配，而單個(gè)貼片天線微帶饋線寬度由上述單個(gè)貼片天線的設(shè)計(jì)可知為0.68mm，此處仍與50匹配，故

7、末端饋線寬度仍為0.68mm。此時(shí)的重點(diǎn)是設(shè)計(jì)T形頭，結(jié)果優(yōu)化仿真得T形頭長(zhǎng)為即12mm，寬為1.8mm；較窄微帶線部分的寬仍為0.68mm。此時(shí)優(yōu)化后的貼片天線長(zhǎng)度為15.70mm，寬度為17.12mm。匹配網(wǎng)絡(luò)端口設(shè)計(jì)如下。2.12×1貼片天線陣的設(shè)計(jì)模型2.2S11仿真結(jié)果可以看到，天線的諧振頻率為5.75GHz，反射系數(shù)為-14.5dB。2.3三維增益方向圖由2×1矩形天線陣的三維方向圖可以看出，其方向性相對(duì)于單個(gè)貼片天線增強(qiáng)，在的方向輻射增強(qiáng)。2.4E平面方向圖由方向圖可以看出，2×1矩形天線陣方向性較單個(gè)天線變好，增益也有所

8、提高。2.4駐波比VSWR結(jié)合方向圖和駐波比曲線，可以看出，帖片天線陣列相對(duì)于單個(gè)貼片天線，天線的增益增加，約為12.2dB；帶寬有所減小，以5.75GHz為中心頻率，在約140MHz的范圍內(nèi)滿足VSWR2