矩形微带天线设计与分析.doc

矩形微带天线设计与分析万聪，沈诚诚, 王一平2011级通信2、4班沈诚诚：主要负责资料准备与整理王一平：主要负责论文的格式与后期资料扩充万聪：主要负责设计模型三人共同学习hfss软件设计模型，共同参与讨论编写论文，发扬团结合作的精神，克服所遇到问题，完成好老师布置的作业。摘要：微带天线以其体积小、重量轻、低剖面等独特的优点引起了相关领域的广泛重视，已经被广泛应用在1OOMHz1OOGHz的宽广频域上的大量的无线电设备中。本文介绍了一种谐振频率为2.45GHz，天线输入阻抗为50的使用同轴线馈电的矩形微带天线。本论文给出了详细的设计流程：根据理论经验公式初步计算出矩形微带天线的尺寸，然后在HFSS里建模仿真，根据仿真结果反复调整天线的尺寸，直到仿真结果中天线的中心频率不再偏离2.44GHz为止。微带天线固有的缺陷是窄带性，它的窄带性主要是受尺寸的影响，在不改变天线中心频率的前提下，通过理论经验公式与仿真软件的结合，给出了微带天线比较合理的尺寸。通过HFSS 13.0软件对该天线进行仿真、优化，最终得到最佳性能。关键词：微带天线、谐振频率、HFSSAbstract: the microstrip antenna has attracted wide attention from related fields with the advantages of small volume, light weight, low profile, unique, a lot of radio equipment has been widely applied in broad frequency range 1OOMHz - 1OOGHz of the. This paper introduces a 2.45GHz resonant frequency, input impedance of the antenna for the rectangular microstrip antenna using a 50 ohm coaxial feed. This paper gives a detailed design process: according to the theory of empirical formula calculated the size of rectangular microstrip antenna, then modeling and Simulation in HFSS, repeated adjustment according to the simulation results of the antenna size, until the simulation results in the center frequency antenna can not depart from the 2.44GHz to stop. The inherent defects of microstrip antenna is narrow, narrow band it is mainly affected by the size, in the premise of not changing the antenna center frequency, through a combination of theoretical formula and simulation software, the reasonable size of microstrip antenna. The antenna is simulated by HFSS 13 software, optimization, and ultimately get the best performance.关键词：微带天线、谐振频率、HFSSKeywords: microstrip antenna, resonant frequency, HFSS1 前言 微带天线的概念首先是由Deschamps于1953年提出来的。微带天线（microstrip antenna）在一个薄介质基片上，一面附上金属薄层作为接地板，另一面用光刻腐蚀方法制成一定形状的金属贴片，利用微带线或同轴探针对贴片馈电构成的天线。微带天线分2 种：贴片形状是一细长带条，则为微带振子天线。贴片是一个面积单元时，则为微带天线。如果把接地板刻出缝隙，而在介质基片的另一面印制出微带线时，缝隙馈电，则构成微带缝隙天线。经过20多年的发展，Munson和Howell于20世纪70年代初期制造了实际的微带天线。微带天线结构简单,体积小,能与载体共形, 能和有源器件、电路等集成为统一的整体,已被大量应用于100MHz100GHz宽频域上的无线电设备中, 特别是在飞行器和地面便携式设备中得到了广泛应用。微带天线的特征是: 比通常的微波天线有更多的物理参数, 可以有任意的几何形状和尺寸；能够提供50输入阻抗,不需要匹配电路或变换器；比较容易精确制造, 可重复性较好；可通过耦合馈电, 天线和RF电路不需要物理连接；较易将发射和接收信号频段分开；辐射方向图具有各向同性。本文设计的矩形微带天线工作于ISM频段，其中心频率为2.45GHz。选用的介质板材为FR4环氧树脂板，其相对介电常数r=4.4,厚度h=1.6mm；天线使用微带线馈电。2结构模型画出天线结构示意图，并标明图中的参数。图1 矩形微带天线结构图2天线各参数3结果与讨论图3 S11扫频分析结果由图可知，当L0=28mm,W1=1mm时，天线性能达到了最佳，谐振频率此时为2.46GHZ。此时S11=-29.5图4仿真smith圆图由上图可以看出该天线完全满足设计要求。在2.45GHz时归一化阻抗为0.5055-j0.5440。图5 天线在XZ和YZ截面上的增益方向图图6 三维增益方向图4总结 在本次设计中，我们首先讨论了微带天线的设计原理，翻阅了许多资料，了解微带天线的设计原理后才开始工作。在设计过程中，我们根据老师所发的资料中天线尺寸的计算公式，进过不断地讨论和实验，之后分析了不同尺寸参数对微带天线的性能影响，于是设计了谐振频率为2.45GHz的微带天线。我们在实验过程中学习并利用HFSS软件去建立天线模型，经过多次试验后得出了天性特性的仿真曲线，令我们高兴的事，设计的模型参数与理论设计值吻合比较好，只有很少一部分的误差，这对于第一次做天线模型的我们来说已经是很欣喜若狂了。吻合较好的数据也说明了本设计的有效性。当然在本次设计过程中，遇到了大大小小的许多困难，我们三个人经过许多次的在一起学习老师所给的资料和讨论分析，会得出一些解决方法，去克服苦难。例如：XZ和YZ方向上增益图和3D增益方向图一开始我们画出来的都是所有数据在一起的图画，参考书中夜没有给出详细的提示，于是我们进行反复琢磨，原来在fam