基于HFSS的不同形状微带贴片天线的仿真设计_张天瑜2021年11月第4期吉林师范大学学报(自然科学版)Journalof激linNormalUniversity(NaturalScienceEdition)№基于HFSS的不同形状微带贴片天线的仿真设计张天瑜(无锡市播送电视大学机电工程系,江苏无锡214011)微带贴片天线的贴片形状是影响天线性能的重要因素.通过HFSS软件对矩形微带贴片天线和圆形微摘要:带贴片天线进行设计与仿真,比拟了两种不同形状贴片天线的尺寸以及各自的S参数图、方向图和输入阻抗图.仿真结果说明两种微带贴片天线都存在带宽过窄的问题.综合考虑天线的各项性能指标,矩形微带贴片天线要优于圆形微带贴片天线.关键词:微带贴片天线;S参数;方向图;输入阻抗;HFSS仿真TN823文献标识码:A:1674-3873-(2021)04-0121-05:1引言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、卫星通讯、导弹遥测、多普勒(2)可以按用户指定的精度计算多端口结构端口处的S参数.(3)能以电场强度E和磁场强度H作为根本物理量,从麦克斯韦(Maxwell)方程出发,求解微波元件中的电场和磁场的分布和各种曲线及图形.(4)可以同时分析多个微波元件,即进行并行处理.(5)能够与频域/时域的电路仿真器Nexxim和雷达等许多领域获得了广泛的应用.其中贴片的形AnsoftDesigner实现动态链接,拥有方便的原理图集状是影响天线性能的重要因素之一,它直接影响着成和仿真数据的管理,具备功能强大而高效的电磁天线的带宽、频率、增益等指标.在微带贴片天线的响的,所以需要对天线的性能指标进行综合考虑,从而来选择符合实际需要的贴片形状[1-5]场设计流程.(1)设定HFSS软件运行参数,如设定解算类型、是否复制几何图形的边界、是否翻开各工具窗口等.(2)翻开新的工程,并在工程中插入一个或多个的技术指标以及计算所得到的天线参数,如天线的尺寸、材料、鼓励、边界等,获得仿真天线模型[6].(4)设置仿真天线模型的分析参数,如插入远场设置、解算频率、起始频率、终止频率、扫频模式、扫描次数,对应的特性图,如S参数图、方向图、输入阻抗图.设在接地板未开缝的情况下,中心频率fr=设计过程中,由于多项技术指标是互相联系、互相影HFSS仿真设计的过程.本文通过Ansoft公司的HFSS软件分别对矩形和圆形两种常见的微带贴片天线进行设计和仿真,并对其天线性HFSS设计(insertHFSSdesign).(3)根据天线设计时能进行了比拟与分析.2仿真设计HFSS仿真软件的介绍高频结构仿真器(HighFrequencyStructureSimu-并进行校验分析.(5)根据仿真天线模型来获得天线lator,HFSS)是一款界面友好、功能完备、采用有限元维无源结构的高频电磁场,能直接得到特征阻抗、传法的三维全波电磁场仿真软件,可分析仿真任意三矩形微带贴片天线的设计与仿真播常数、S参数及电磁场、辐射场、天线方向图等结2.34GHz,接地板的尺寸为50mm×50mm,介质板果.它广泛应用于航空、航天、电子、半导体、计算机、材料为FR4,相对介电常数ε4.4,介质板的厚度r=通信等多个领域,具有以下特色功能:(1)用户可以通过交互式界面输入高频元件或电路的几何结构、h=1.6mm.矩形微带贴片天线的各参数通过以下公式计材料类型、端口位置、端口特性阻抗定义线等参数.算[7]:收稿日期:2021-07-27作者简介:张天瑜(1980-),男,江苏无锡人,现为无锡市播送电视大学机电工程系讲师,江南大学硕士.研究方向:通信、电工电子、控制、小波领域的研究.εW2fr2Δ为光速W为贴片的宽度(1)矩形微带贴片天线具有相同的中心频率、介质板材料、相对介电常数及介质板厚度[9].(εr+0.3)(W/h+0.264)在频率较低时(小于2GHz),圆形微带贴片天(εr-0.258)(W/h+0.8)线贴片半径的计算公式为:Δl为等效延伸长度(2)a(10)λg2πfrεL-2ΔlL为贴片的长度(3)r2在频率较高时(大于2GHz),圆形微带贴片天εr+1εr-1-1/2εe1线的贴片半径还与介质板的厚度有关,其计算公式22Wε(4)为:e为等效介电常数λλ(5)ae=a[1(ln+1.7726)]2(11)00为电磁波波长frπaε2hrλ0由于使用理论半径所设计出的天线无法满足天λgλg为等效电磁波波长(6)e线的实际使用性能,所以圆形贴片的实际半径要比设辐...