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5g微带阵列天线
5G微带阵列天线
要求:
利用介质常数为2.2,厚度为1mm,损耗角为0.0009的介质,设计一个工作在5G的4X4的天线阵列。
评分标准:
良:
带宽〈7%
优:
带宽〉7%且效率大于60%
1微带辐射贴片尺寸估算
设计微带天线的第一步是选择合适的介质基板,假设介质的介电常数为
,对于工作频率f的矩形微带天线,可以用下式设计出高效率辐射贴片的宽度W,即为:
式中,c是光速,辐射贴片的长度一般取为
;这里
是介质的导波波长,即为:
考虑到边缘缩短效应后,实际上的辐射单元长度L应为:
式中,
是有效介电常数,
是等效辐射缝隙长度。
它们可以分别用下式计算,即为:
2.单元的仿真
由所给要求以及上述公式计算得辐射贴片的长度L=19.15mm,W=23.72mm。
采用非辐射边馈电方式,模型如图1所示:
图1单元模型
此种馈电方式,可以通过移动馈电的位置获得阻抗匹配,设馈电点距离上宽边的偏移量为dx,经仿真得到当dx=4mm时,阻抗匹配最好。
另外,之前计算出的尺寸得到的谐振点略有偏移,经过仿真优化后贴片尺寸变为L=19mm,W=23.72mm。
仿真结果图如图2,图3所示。
图2S11参数
图3增益图
从图中可以看出谐振点为5GHz,计算的相对带宽为2.2%,增益为5.78dB。
2.2×2阵列设计
设计馈电网络并组阵,模型图如图4所示。
图42×2微带天线阵列
图5S11参数
由S11参数可以看到2×2阵列天线谐振点为5GHz,且此时的S11=-19dB,说明反射损耗小,匹配良好。
相对带宽约为2.8%。
图6方向图
由方向图可以看出2×2阵列天线的增益为13.96dB,第一副瓣电平为-10.6dB,可知组阵能使天线的增益变高。
3.4×4阵列天线
天线阵列如图7所示:
图74×4阵列天线
图8S11参数
图9方向图
由S11参数图可以看到谐振点在5GHz,反射损耗较小,带宽约为2%。
由方向图可以看到增益约为19.96dB,第一副瓣电平为-11.79dB。
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