侧馈矩形微带天线设计与仿真实用教案

1、主要主要(zhyo)(zhyo)内容：内容： 本文首先介绍了微带天线的理论基础和工作原理，然后以矩形微带天线为例，讲解(jingji)了侧馈微带天线的工作原理、设计过程，以及在HFSS中的仿真实现。第1页/共18页第一页，共19页。一、微带天线概述一、微带天线概述(i sh)(i sh)1 1、微带天线的馈电、微带天线的馈电 微带天线有多种馈电方式微带天线有多种馈电方式(fngsh)(fngsh)，如微带线馈电、同轴线馈电、，如微带线馈电、同轴线馈电、耦合馈电（耦合馈电（Coupled FeedCoupled Feed）和缝隙馈电（）和缝隙馈电（Slot FeedSlot Feed）等，其中，

2、最常用）等，其中，最常用的是微带线馈电和同轴线馈电两种馈电方式的是微带线馈电和同轴线馈电两种馈电方式(fngsh)(fngsh)。微带线馈电微带线馈电 微带线馈电方式微带线馈电方式(fngsh)(fngsh)又称为侧馈，它用与微带辐射贴片集成在又称为侧馈，它用与微带辐射贴片集成在一起的微带传输线经行馈电。它可以中心馈电，也可以偏心馈电，如一起的微带传输线经行馈电。它可以中心馈电，也可以偏心馈电，如下图，馈电点的位置取决于激励哪种模式。下图，馈电点的位置取决于激励哪种模式。第2页/共18页第二页，共19页。对于微带传输线的馈电方式，当微带天线的尺寸确定以后，可以用以下方法进行阻抗匹配：先将中心馈

3、电天线辐射贴片同50馈电一起光刻，测量(cling)输入阻抗并设计出阻抗匹配变换器，然后在天线辐射贴片与馈线直接接入该阻抗匹配器，重新作出天线。（a）中心(zhngxn)馈电 （b）偏心馈电 图1 微带线馈电第3页/共18页第三页，共19页。二、矩形二、矩形(jxng)(jxng)微带天线的特性参数微带天线的特性参数1 1、微带辐射贴片尺寸估算、微带辐射贴片尺寸估算 设计微带天线的第一步是选择合适的介质基片，假设介质的介电常数为设计微带天线的第一步是选择合适的介质基片，假设介质的介电常数为 ，对于工作频率对于工作频率 的矩形微带天线，可以的矩形微带天线，可以(ky)(ky)用下式设计出高效率辐

4、射贴片的宽用下式设计出高效率辐射贴片的宽带带 ，即为：，即为： rfw121()22rcwf式中，c是光速(un s)。辐射贴片的长度一般取为 ；这里 是介质内的导波波长，即为：/ 2eeeecf第4页/共18页第四页，共19页。 考虑到边缘缩短效应后，实际上的辐射(fsh)单元长度 应为： 式中， 是有效介电常数， 是等效辐射(fsh)缝隙长度。它们可以分别用下式计算，即为：L2ecLLf eL12311(1 12 )222rrh(0.3)(/0.264)0.412(0.258)(/0.8)eew hLhw h 第5页/共18页第五页，共19页。2 2、输入导纳、输入导纳 如果天线采用图如果

5、天线采用图1 1所示的微带线馈电方式，假设馈电点到辐射贴所示的微带线馈电方式，假设馈电点到辐射贴片边缘拐角处的距离为片边缘拐角处的距离为z z，则微带天线的输入导纳可以，则微带天线的输入导纳可以(ky)(ky)由下式计由下式计算：算： 式中，式中， 是把天线视作传输线时的特性导纳，是把天线视作传输线时的特性导纳， 是介质中的相位是介质中的相位常数，常数， 是辐射电导，是辐射电导， 是等效电纳，且有：是等效电纳，且有： 式中，式中，2221200( )2 cos ()sin ()sin(2)inGBBYzGzzzYY2120IG220sin (cos )sin2kwItgd 0YGB第6页/共1

6、8页第六页，共19页。 式中， 是把天线视作传输线时的特性阻抗。 3、方向性系数 根据方向性系数的定义(dngy)，可以给出微带天线的方向性系数为：30k LBZ0Z28()wDI第7页/共18页第七页，共19页。三、侧馈矩形三、侧馈矩形(jxng)(jxng)微带天线设计与仿真微带天线设计与仿真1 1、设计要求、设计要求 使用使用HFSSHFSS设计中心频率为设计中心频率为2.45GHz2.45GHz的矩形微带天线，并给出其天线参的矩形微带天线，并给出其天线参数。介质基片采用厚度为数。介质基片采用厚度为1.6mm1.6mm的的FR4FR4环氧树脂（环氧树脂（FR4 EpoxyFR4 Epox

7、y）板，天线馈）板，天线馈电方式为微带线馈电。电方式为微带线馈电。2 2、设计步骤、设计步骤 计算天线尺寸：微带天线的介质基片采用厚度为计算天线尺寸：微带天线的介质基片采用厚度为1.6mm1.6mm的的FR4FR4环氧树环氧树脂板，所以厚度脂板，所以厚度h=1.6mmh=1.6mm，介质的介电常数，介质的介电常数 。辐射。辐射(fsh)(fsh)贴片宽度：贴片宽度：w=37.26mmw=37.26mm，辐射，辐射(fsh)(fsh)贴片长度：贴片长度：L=30.21mmL=30.21mm，有效介电常数：，有效介电常数：=3.37mm=3.37mm，等效缝隙宽度：，等效缝隙宽度： =0.75mm

8、 =0.75mm。4.4reL第8页/共18页第八页，共19页。馈电点位置和输入阻抗阻抗匹配 阻抗匹配条件为： 波长阻抗装换器的特性阻抗为微带线的尺寸 对于介质基片厚度(hud)1.6mm的FR4环氧树脂板的微带线，我们可以计算出特性阻抗为50时对应的微带天线宽度为2.98mm，特性阻抗为80.6时对应的微带线宽度为1.16mm，微带线在2.45GHz时1/4波长对应的长度为16.45mm。10LZZ Z180.6Z 第9页/共18页第九页，共19页。图2 侧馈矩形微带天线的HFSS设计(shj)模型第10页/共18页第十页，共19页。图3 的扫频分析(fnx)结果11S第11页/共18页第十

9、一页，共19页。图4 不同L0对应(duyng)的 曲线11S第12页/共18页第十二页，共19页。图5 不同w1对应(duyng)的 曲线11S第13页/共18页第十三页，共19页。图6 扫频分析(fnx)结果11S第14页/共18页第十四页，共19页。图7 的Smith圆图结果(ji gu)11S第15页/共18页第十五页，共19页。图8 天线(tinxin)在xz和yz截面上的增益方向图第16页/共18页第十六页，共19页。图9 三维增益(zngy)方向图第17页/共18页第十七页，共19页。谢谢您的观看谢谢您的观看(gunkn)(gunkn)！第18页/共18页第十八页，共19页。NoImage内容(nirng)总结主要内容：。本文首先介绍了微带天线的理论基础和工作原理，然后以矩形微带天线为例，讲解了侧馈微带天线的工作原理、设计过程，以及在HFSS中的仿真实现。微带