基于HFSS新型宽频带微带天线仿真设计

天线知识

第１９卷第１１期２００７年６月

系统仿真学报＠

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｙｓｔｅｍＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ

Ｖｂｌ．１９Ｎ０．１１

Ｊｕｎ．，２００７

基于ＨＦＳＳ新型宽频带微带天线仿真设计

王扬智，张麟兮，韦

高

（西北工业大学电子信息学院，西安７１００７２）

摘要：采用ＨＦＳＳｌ０电磁场仿真软件设计一副新型宽频带微带天线。天线采用空气介质层，通过

在脊形接弛Ｉ枷灏端用同轴探针对单层方形贴片馈电，减小了探针电感，从而能获得很宽的工作宽带，

该天线的仿真和实测驻波比ＶＳＷＲ＜２：ｌ的阻抗带宽达到６６％，覆盖了２ＧＨｚ一４ＧＨｚ的频率范围，且研究结果表明该天线还具备宽波束特性。给出了天线的ＨＦＳＳ仿真设计步骤以及相对应的设计原理，并通过模型仿真结果和加工实物的实测结果进行对比，得出仿真和实测结果具备很好的一致性，结果说明了ＨＦｓｓ软件的可靠性和高效性。关键词ｔ宽频带；微带天线；驻波比；宽波束中图分类号：ＴＮ９２文献标识码：Ａ文章编号：１００４．７３１Ｘ（２００７）１１－２６０３．０４

Ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ

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ｒｅｄｕｃｅｄａｎｄｔｈｅｂｒｏａｄｂａｎｄｏｐｅｒａｔｉｏｎｉｓｏｂｔａｉｎｅｄ．ＩｔｓｍｅａｓｕｒｅｄｉｍｐｅｄａｎｃｅｂａｎｄｗｉｄｔｈＶＳＷＲ曼２：１ｒｅａｃｈｅｓ６６％，ｃｏｖｅｒｉｎｇ２ＧＨｚ～４ＧＨｚ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｆｒｏｍｔｈｉｓｓｔｕｄｙｉｔｉｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄａｎｔｅｎｎａｈａｓｗｉｄｅｂｅａｍｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．Ｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓ

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ＫｅＹｗｏｒｄｓ：ｂｒｏａｄｂａｎｄ；ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐａｎｔｅｎｎａ；ＶＳＷＲ；ｗｉｄｅｂｅａｍ

引言

由于微带天线具有重量轻、体积小、剖面薄、散射截面

到６６％，且研究结果表明该天线具备宽波束特性。

ｌ新型微带天线的结构

为了使天线的频带展宽，并考虑到天线重量的因素，所以这里采用介电常数较低的空气作为介质层，且介质层的厚度必须很大。但是天线厚度的增大也促使了馈电探针的加长，

小等优点，所以近些年众多科研人员对微带天线进行深入研

究，且微带天线在卫星通信、导弹遥测、多普勒及其它雷达等领域得到广泛应用。但频带窄一直是微带天线的主要缺

点，目前人们研究了许多种扩展微带天线工作频带的方法，其基本方法有以下几种：１）增大微带介质层厚度；２）降低

微带介质的介电常数；３）采用有耗介质；４）附加阻抗匹配网络等。前三种方法的效果比较小，且第三种方法以天线增益的降低为代价；第四种方法需要设计宽带匹配电路，电路结构复杂，制作难度大。

近几年，在以同轴线馈电的微带天线中，人们研究了几

从而导致探针对天线的输入阻抗引入大电感，使得阻抗失配

程度加大，因此反过来限制了天线频带的展宽。针对这一缺点，这里设计了一副新型的微带天线，其结构如图１所示。

种效果较好的宽带微带天线，如Ｌ型同轴探针微带贴片天线

【ｌ】，Ｅ形宽带微带贴片天线【２】，Ｕ型开槽的平面倒置Ｆ型双频微带天线［３】，基于Ｖｉｖａｌｄｉ天线的ｖ型缝宽频带微带天线［４］等。前三种天线的频带特性相对于最基本结构的微带天线有进一步的扩宽，但是这三类微带天线的频带带宽最大不超过５０％；虽然ｖ型缝微带天线的频带特性达到很大的带宽，但其传输线的匹配结构很复杂，对设计和加工都造成很大的麻

图１

新型微带贴片天线结构

烦。所以，本文从加工制作的角度考虑，研究并设计一种新

型宽频带微带贴片天线，驻波比ＶＳＷＲ≤２：１的阻抗带宽达

该天线采用脊形接地板结构，使由接地板顶端伸至贴片的馈电探针长度短至ｔ＝４ｍｍ，大大减小探针电感。进一步考

牧稿日期Ｉ２００６－０５—０６蕾回日期Ｉ２００６—０８—２７

作者简介ｌ王扬智（１９８１一），男，海南省临高县人，硕士生，研究方向为微波通信。

虑到天线的实际应用情况，这里加一层聚四氟乙烯

（￡，＝２．６５）薄板来起到对贴片的承载作用，在板的角边处再

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２）２（

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Ｊｕｎ．，２００７

加四个聚四氟乙烯柱子，通过上螺丝连接的方式，使聚四氟

乙烯介质板和接地板连接加固。为了不影响天线的宽带特

性，薄板的厚度和柱子的直径必须很小。

参考图１，接地板的总宽度为ｗ，总长度Ｌ；接地板的脊高为ｈ，脊宽ｓ；贴片为正方形，边长为ａ；馈电探针的长度为ｔ；天线采用纵向匹配馈电，馈电点距原点的距离为ｄＤ，馈电点距贴片纵向边沿的距离分别为Ｌｌ和Ｌ２，即ａ＝ＬＩ＋Ｌ２；天线采用５０Ｑ．ＳＭＡ同轴转接头馈电。根据天线的图形结构，可知该天线不但具有较厚的空气厚度，而且大大缩短了馈电探针的长度。

￡：至上－Ｉ－三兰（１一些）“ｚ２２

。

（７）

ａ

ａ／：０．４１２曼±旦：业坐Ｑ：兰丝

ｔ

㈣

、’

（￡。一０．２５８）（ａ／ｆ＋０．８）

文献［５］已详细阐述了矩形贴片天线的传输线理论，并给

出了求解天线输入导纳％的公式，如（３）～（８）式所示。其中，

ｙｗ为天线的壁导纳；Ｉ＂ｏ为空气的特性导纳，即Ｙｏ＝ｌ／Ｚ，ｏ；贴

片边长ａ＝６０ｍｍ；馈电探针长度ｔ＝３ｍｍ；输入导纳％＝１，瓦；厶为加入馈电探针后的谐振波长，即九＝ｃ／ｆｏ，设加馈电探

针后的天线谐振频率ｆｏ＝２．２ＧＨｚ；又因为ａ＝ＬＩ＋Ｌ２，所以，

由（３）～（８）可以求出天线输入阻抗磊和Ｌ１的关系。通过

ｍａｔｌａｂ …… 此处隐藏：5820字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……