6双频微带天线.docx

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6双频微带天线

双频微带天线

一、实验目的

1、了解双频微带天线的辐射机理

2、熟悉双频微带天线的结构

二、实验原理

双频工作是微带天线设计的重要课题之一，相关的设计包括使用多层金属片（MultiplayerStackedPatches）、具槽孔负载之矩形金属（SlottedRectangularPatches）、具矩形缺口的正方形金属（SquarePatchesWithRectangularNotches）、具短金负载的金属片（PatchesLoadedWithShortingPosts）、倾斜槽孔親合馈入的矩形金属片（RectangularPatchesFedByAnInclinedSlot）等。

其中，获得双频工作的一种最简单的方法是辐射贴片的长度对应一个频率谐振，其宽度对应另一个频率谐振，然后从对角线的一角馈电，就能使同一个辐射贴片工作于两个频率上。

其结构如下图所示：

从上图中可以得知，x轴上的A点（x，0）为激发TM10模式的50Ω馈电点，由于A点位于辐射贴片y方向的中心线上，因此不会激发其他TM0n模式（n=1，3，5，……）。

另一方面，y轴上的B点（0，y）为激发TP。

〗模式的500馈电点，B点由于位于辐射贴片-方向的中心线上，因此不会激发其他TM）。

模式（）=1，3，5，……）。

然后，如果将馈电点放置于（x，y）位置的C点，则此时天线可以同时激发TM01模式和TM10模式，且在这两种模式下均能得到50Ω的输入阻抗。

本设计为中心频率为1.9GHz和2.45GHz的双频矩形微带天线，在中心频率处的参数小于-20dB，并仿真分析给出天线的各项性能参数。

介质基片采用厚度为1.6mm的FR4环氧树脂（FR4Epoxy）板，天线馈电方式选择50Ω同轴线馈电。

经计算得，中心频率为2.45GHz时，辐射贴片在x轴方向的长度为27.9mm，同轴线馈电点（即A点）离辐射贴片中心的距离为6.6mm。

中心工作频率为1.9GHz时，天线辐射贴片在y轴方向的长度的初始值和50Ω馈电点（B点）离辐射贴片中心距离的初始值，分别为40mm和10mm。

从而天线能够同时工作于1.9GHz和2.45GHz，且输入阻抗在50Ω左右。

其模型图如下：

三、实验步骤

1、新建设计工程

a．运行HFSS并新建工程

b．设置求解类型

c．设置模型长度单位

2、添加和定义设计变量

3、设计建模

a.创建介质基片

b.创建辐射贴片

c.创建参考地

d.创建同轴线的内芯

e.创建信号传输端口面

p.创建圆面Port

o.使用相减操作在参考地面挖一个圆孔

4、求解设置

a.把辐射贴片Patch和参考地GND设置为理想导体边界

b.设置辐射边界条件

5、设置端口激励

因为同轴线馈电端口在设计模型的内部，所以需要使用集总端口激励。

在设计中，我们可以把端口平面Port设置集总端口激励，端口阻抗设置为50Ω。

6、求解设置

a.求解频率和网格剖分设置

b.扫频设置

7、设计检查和运行仿真计算

8、查看天线的谐振频率

9、分析TM10模谐振频率随着辐射贴片y方向W0的变化关系

a.添加参数扫描分析项

b.运行参数扫描分析

c.查看分析结果

10、分析TM10模输入阻抗和馈电点y坐标之间的关系

a.修改变量W0的值

b.查看输入阻抗的初始值

c.添加参数扫描分析项

d.运行参数扫描分析

e.查看分析结果

11、设计结果

10、查看天线性能

a．查看S11分析结果

b.查看S11的Smith圆图结果

c.定义辐射表面

d.2.45GHz时的增益方向图

e.1.9GHz时的增益方向图

12、保存设计

四、实验结果

见附录

五、实验总结

通过此次实验设计，我学会了如何设计双频带矩形微带天线，通过仿真计算了解到馈电点对辐射方向有极大的影响。

附录：

3D模型

S11的扫频分析结果

不同的W0对应的S11的曲线

输入阻抗随频率的变化的结果

输入阻抗实部和虚部与同轴线馈电点位置的变化关系曲线

优化后的回波损耗

S11的Smith圆图结果

2.45GHz时的E面和H面增益方向图

2.45GHz时的三维增益方向图

1.9GHz时的E面和H面增益方向图

1.9GHz时的三维增益方向图