运用Ansoft HFSS设计圆极化微带天线阵

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运用ＡｎｓｏｆｔＨＦＳＳ设计圆极化微带天线阵

作者：魏宏亮段文涛李思敏

来源：《现代电子技术》2008年第01期

摘要：介绍了一种工作频率为的圆极化四单元矩形微带天线阵的设计方法。通过对天线单元采用正交馈电激励起两个极化方向正交的、幅度相等的、相位相差90°的线极化波从而使天线单元获得圆极化波。在利用圆极化条件确定天线尺寸基础上，借助Ansoft HFSS 仿真软件对天线进行了仿真,仿真结果和实验结果基本一致。

关键词：圆极化;微带天线阵;正交馈电;回波损耗

中图分类号： TN82 文献标识码：B

文章编号：

Design of Circular Polarization Microstrip Antenna Array Using Ansoft HFSS

(1.School of Information and Communication,Guilin University of Electronic

2.Office of University Presidents, Guilin University of Electronic

Technology,Guilin,541004,China)

Abstract：A four element of circular polarization microstrip antenna array is designed,whose

feed to the antenna element.It then excites two linear polarization waves that orthogonal in direction of polarization,the two linear polarization waves have the same amplitude and phase difference 90°.On the basis of circular polarization and antenna dimension,the antenna performance can be simulated with the Ansoft http://www.77cn.com.cnpared with the simulation to the experimental result,the result data is good.

龙源期刊网 http://www.77cn.com.cn Keywords：circular polarization;microstrip antenna array;orthogonal feed;return loss

1 引言

微带天线具有结构简单、易于制作、成本低、体积小、重量轻、低剖面等特点，在卫星通信、雷达、生物医学辐射器、射频识别等领域得到了广泛的应用[1]。本文设计的四单元微带天线阵是应用在射频识别阅读器中的，由于一般标签天线为线极化，为保证标签天线能够随意地旋转而不影响系统接受能量的效率，往往把阅读器天线设计为圆极化。Ansoft HFSS是一个用于任意三维无源器件的高性能的全波电磁场仿真器，他采用类似于Microsoft Windows的图形用户界面。最近几年，Ansoft HFSS发展了许多新的使用者和工业领域。在工业界，Ansoft HFSS已经成为选择高生产率研究、发展和虚拟原始模型的工具。本文首先对正交馈电的圆极化天线阵元做了简单的理论分析，并给出了计算贴片尺寸的方法，通过Ansoft HFSS软件对天线阵元以及天线阵进行仿真，得到了与实验结果比较吻合的结果。

2 设计原理

2.1 天线阵元理论分析

微带天线要获得圆极化波的关键是，激励起两个极化方向正交的、幅度相等的、相位相差90°的线极化波。利用微带天线实现圆极化辐射主要有以下几种方式：

(1) 正交馈电的单片圆极化微带天线；

(2) 一点馈电或多点馈电的单片圆极化微带天线；

(3) 由曲线微带构成的宽频带圆极化微带天线；

(4) 微带天线阵构成的圆极化微带天线[2]。

本文对天线单元的设计采用的是双正交馈电矩形微带天线。双馈电方式是获得圆极化辐射的最直接方法，这种方法是采用两个馈电点来激励两个极化正交的简并模，并由馈电网络保证两模的振幅相等，相位差为90°，这样就满足圆极化条件[3]。

图1所示是采用正交馈电的圆极化微带天线的最简单的实现方法。两支路分别激励和模，两者的输入电阻分别为和R，且有。

各段馈线的特性阻抗以及长度按下列关系设计：