基于HFSS矩形微带贴片天线的仿真设计业信息化基于HFSS矩形微带贴片天线的仿真设计李艳,戴亚文(武汉理工大学理学院,湖北武汉430070)设计了一种谐振频率为7.55GHz的矩形微带天线.利用Ansoft公司的HFSS10.0对其S参数闭,驻波比以及方向图.仿真结果跟理论结果很吻合,证明了方法的可行性,仿真工具.关键词:微带天线;矩形;仿真;HFSS:TN82文献标识码:A:1009—9492(2021)10—0040—02微带贴片天线是一种使用微带贴片作为辐射源的天线.它具有剖面低,体积小,重量轻,可共形,易集成,馈电方式灵活,便于获得线极化和圆极化等优点.目前已在移动通信,卫星通汛,导弹遥测,多普勒雷达等许多领域获得了广泛的应用….其中矩形微带贴片天线是应用最为广泛的本文通过Ansofl公司的HFSS10.0软件对一种谐振频率为7.55GHz的矩形微带贴片天线进行设计和仿真.并对其结果进行分析.1矩形微带天线介绍以及辐射原理1.1矩形微带天线的结构微带天线的结构比拟简单,它是由贴在带有金属地板的介质基片上的辐射贴片构成的.一般介质基片的相对介电常数不超过l0,即s≤l0.贴片上导体通常是铜和金,它可也做成任意形状,常见的形状有矩形,方形,圆形等,通常为了便于分析和预测其性能都用较为简单的几何形状,本文研究对象的形状选为矩形.为了增强辐射的边场效应.通常要求介质基片的相对介电常数较低,文中介质材料选为RogersRT/duroid5880(tm),其相对介电常数为2.2,满足了设计要求.矩形微带贴片天线有两种馈电方式,一种是微带线馈线,又称侧面馈电,另一种是同轴馈线,又称背馈r31,本文选用微带线馈电.用微带线馈电时.馈线与微带贴片是共面的.因而可方便的一起光刻,制作简便.但馈线本身也会引起辐射,从而干扰天线方向图.降低增益.在理论计算中,微带馈源的模型可等效为沿Z轴方向的一个薄电流片,其背后为空腔磁壁.图1和图2分别为微带天线形状以及馈电方式图.收稿日期:2021—04—28图1微带天线(a)侧面馈电图2馈电方式(b)背馈1.2矩形微带天线的辐射原理矩形微带天线的辐射是由微带天线导体边沿和地板之间的边缘场产生的.这可以从图3(a)简单说明,该图是本文研究的侧向馈电的矩形微带贴片天线.与地板相距高度为h.假没电场沿微带结构的宽度和厚度方向没有变化,那么辐射器的电场仅仅沿约为半波长(2)的贴片长度方制造业信馈线基片(a)矩形微带贴片天线(b)等效辐射场图图3矩形微带贴片天线辐射图向变化.辐射根本上是由贴片开路边沿的边缘场引起的.在两端的场相对地板可以分解为法向和切向分量,因为贴片长度为h/2.所以法向分量反相,由它们产生的远区场在正面方向上互相抵消_4].平行于地板的切向分量同相,因此合成场增强,从而使垂直于地板的切向分量同相,因此合成场增强,从而使垂直于结构外表的方向上辐射场最强,如图3(b)所示.根据以上分析,贴片可以等效为两个相距,同相鼓励并向地板以上半空间辐射的两个缝隙,如图3(C)所示.对微带贴片沿宽度方向的电场变化也可以采用同样的方法等效为同样的缝隙.这样,微带贴片天线的辐射就等效为微带天线周围的四个缝隙的辐射.这种分析方法不仅适用于微带矩形贴片天线,同样也适于其他形状微带天线l5.2运用HFSS软件仿真矩形微带贴片天线2.1HFSS软件简介以及仿真设计过程AnsofiHFSS是世界上第一个商业化的三维结构电磁场仿真软件,可分析仿真任意三维无源结构的高频电磁场,可直接得到特征阻抗,传播常数,S参数及电磁场,辐射场,天线方向图等结果.该软件广泛应用于无线和有线通信,计算机,卫星,雷达,半导体和微波集成电路,航空航天等领域,以帮助客户设计世界一流的产品.仿真设计过程:(1)设定HFSS软件运行参数,如设定解算类型,模型规模单位等;(2)根据天线设计指标及计算所得的天线参数获得天线的仿真模型;(3)设置天线仿真模型的分析参数.如解算频率,扫描模式,扫描次数,起始频率,终止频率等;(4)根据仿真模型获得天线的特性参数.并对结果进行分析.2.2矩形微带贴片天线参数根据矩形微带贴片天线的辐射原理,可以设计矩形微带贴片天线的参数.本文介质材料选为RogersRT/duroid5880(tm),其相对介电常数8=2.2,介质板厚度h=0.79mm,贴片的长度近似取2,其中为自由空间的波长,微带线的长度近似取为贴片长度的.经过计算以)及反复试验修正.最...