微带天线(58GHz)

1、微带天线设计(5.8GHz) 曹健孙贝妮孙豪1.1.国内外研究状况国内外研究状况2.2.应用场合应用场合3.3.结构模型及初步结果结构模型及初步结果4.4.性能指标性能指标5.5.设计难点设计难点6.6.三人分工三人分工内容提要 国内外研究状况1、微带辐射器的概念首先是德尚（G.A.Deschamps)在1953年提出的2、在1955年由法国Gutton和Baissinot发表了专利最早的实际的微带天线是Howellt和Munson在1972年研制成的3、之后，世界各国的研究人员对微带天线的贴片、馈电技术、基板构造和阵列排列等方面作了大量的研究，微带天线无论在深度和广度上都获得了进一步的发展。

2、如今，微带天线以重量轻、体积小、成本低、共形结构、以及与集成电路兼容等优点成为天线家族中充满生命力的一个分支，最适宜于航空和车载应用 应用场合 随着无线电技术的发展，微带天线在各个领域得到越来越广泛的应用（无线 通讯技术，包括手机，蓝牙BlueTooth，无线局域网WLAN）等终端；小型化卫星通讯；多普勒及其他制式雷达；无线电测高仪；指挥和控制系统；导弹遥测；无线电引信；环境检测仪表和遥感；复杂天线中的馈电单元；GPS卫星导航接收机；生物医学辐射器等。应用场合 本次课题中的天线用于国家信息产业部规定的5.8GHz频段，该频段的应用范围不仅在无线局域网、宽带无线接入系统、蓝牙技术设备，同时还用于

3、车辆无线自动识别系统、不停车电子收费系统（ETC）采用的结构模型采用的结构模型上图是一个简单的微带贴片天线的结构，由辐射元、介质层和参考地三部分组成。与天线性能相关的参数包括辐射元的长度L、辐射元的宽度W、介质层的厚度h、介质的相对介电常数r 和损耗正切tan 、介质层的长度LG 和宽度WG。图10.1 所示的微带贴片天线是采用微带线来馈电的，本章将要设计的矩形微带贴片天线采用的是同轴线馈电，也就是将同轴线接头的内芯线穿过参考地和介质层与辐射元相连接。 仿真结果矩形微带天线中心频率频率5.8G 天线使用同轴线馈电 介质板材 Rogers Ro4003 相对介电常数 3.38 有效介电常数=2.

4、76 宽度w=17.5mm 长度L=11.31mm 厚度h=5mm 参考地的长度LGND 和宽度WGND分别为41.31mm 47.5mm同轴线馈点的位置坐标（3.47mm，0）参考地： 70mm x 70mm x 5 mm 辐射边界：100mm x 100mm x 75mm介质层：60 x60 x5mm仿真过程仿真模型，右图为左图中央放大。查看天线谐振点。从图中可以看出，当频率为5.35GHz时，S11 最小，S11 最小值约为5.5313dB优 化 设 计 5.35GHz与期望的中心频率5.8GHz 相比，存在一定的误差，所以需要进行优化设计。矩形微带天线的谐振频率由微带贴片的长度和宽度决

5、定，贴片尺寸越小谐振频率越高。 需进行参数扫描分析 微带天线的谐振频点随着微带贴片长度Length 的减小而变大，当Length=9.5mm 时，谐振频点约为5.8GHz。 当微带贴片长度Length 固定时，微带贴片宽度Width 的改变对矩形微带天线谐振频点的影响很小。 当Length=9.5mm，Width=17.5mm 时，谐振频率大约为5.7GHz，此处需要优化设计。优化设计 设置变量Length 的优化范围为9.210.2mm。优化算法选择SNLP，目标函数取S11 的最小值，在HFSS 中即取dB(S(P1，P1)的最小值。 从显示的优化结果中可以看出，软件总共做了15 次优化迭

6、代计算，对应的优化变量Length 9.97mm。查看优化后的天线性能，当Length = 9.97mm，Width=17.5mm 时，天线的谐振频点约在5.8HZ。查看S11 参数 天线的谐振频点在5.75GHz，此时S11 5.3868dB 查看电压驻波比 查看天线的三维增益方向图从三维增益方向图中可以看出该微带贴片天线最大辐射方向是微带贴片的法向方向，即z 轴正向，最大增益约为5.91dB。 查看平面方向图微带天线的E 平面位于xOz 平面上。 其他天线参数设计难点 在前面的分析设计中，我们只优化了微带贴片的长度，使天线的谐振频点（也就是中心工作频率）落在5.75GHz，但是天线在5.75GHz 时的输入阻抗并没有达到标准的50，分析结果可知，其归一化的输入阻抗为(1.24j0.28) 。如果读者对于优化后的天线性能（如输入阻抗）不满意，可以继续使用参数扫描分析功能分析变