双极化混合馈电微带贴片天线

双极化混合馈电微带贴片天线

安婷婷1张文梅1

(山西大学物理电子工程学院，太原030006)1

摘要：提出了一种新型的双极化混合馈电微带贴片天线，天线采用探针馈电与孔径耦合馈电相结合的混合

馈电方式，结合“T”型馈线提高了端口隔离度，“Hour glass”形的槽改善了输入端口的阻抗特性。用商业软件

Designer(SV)对天线的电特性进行仿真优化，天线的谐振频率为2.40GHz，端口1和2的反射损耗分别为-26.97dB和-25.45dB，端口隔离度为-22.28dB。

关键词：双极化，混合馈电，微带贴片天线

A Dual-polarized Microstrip Patch Antenna Fed by Hybrid Structure

An tingting1Zhang wenmei1

(College of Physics and Electronics Engineering, Shanxi University of China, Taiyuan 030006)1

Abstract: A new dual-polarized microstrip patch antenna fed by hybrid structure is presented. In order to improve isolation between two ports, hybrid feed (probe feed and aperture coupled feed) and “T” shaped microstrip line are used. The “Hour glass” shaped slot can improve the input impedance. The parameters of the antenna are calculated by Ansoft Designer (SV) simulation. The center frequency of the antenna is 2.40 GHz, the return loss for port 1 is -26.97 dB, and -25.45 dB for port 2, and the isolation between two ports is -22.28 dB.

Keywords: Dual-polarized; Hybrid feed; Microstrip patch antenna

1 引言

近年来，随着无线通信系统用户的迅猛增长，通信信息容量需求的不断增大，能有效解决多径衰落问题的分集天线得到了广泛应用。而分集技术中的双极化技术是无线通信领域十分重要的技术，它可用来实现极化分集和极化复用，其中极化分集是解决无线信道多径衰落的有效方法，而极化复用则可以更加有效地利用有限的频谱资源。双极化天线能够互不干扰地发送或接收两种极化波，从而实现频谱复用。到目前为止，双极化微带天线在国内外都有很大发展。文献[1]-[3]提出了孔径耦合馈电的双极化天线，其中[1]采用在贴片中心开十字槽来实现双极化，[2]采取开两个偏移中心的互相垂直的耦合槽来实现双极化，而[3]采用直线槽和C形槽来实现双极化。文献[4]-[5]提出的双极化天线采用混合馈电的方式，[4]采用探针馈电与微带线馈电相结合的馈电方式，[5]采用电容耦合馈电与孔径耦合馈电相结合的馈电方式，极大提高了端口隔离度。

本文提出了一种新型的双极化混合馈电微带贴片天线，该天线采用探针馈电与孔径耦合馈电相结合的混合馈电方式，结合“T”型馈线提高了端口隔离度，“Hour glass”形的槽改善了输入端口的阻抗特性。天线的谐振频率为2.40GHz，端口1和2的反射损耗分别为-26.97dB和-25.45dB，3dB相对带宽分别为2.50%，端口隔离度为-22.28dB，天线最大增益为3.865dBi。该天线保持了孔径耦合贴片天线的优势，同时馈电同轴线垂直贴片，电缆占用空间小，

基金项目：国家自然科学基金项目(60771052)；国家博士后基金特别资助(200801424)；山西省自然科学基金项目(2006011029)；太原市科技项目(0703004)

是一种具有实用价值的双极化分集天线。

2 天线设计

双极化混合馈电微带贴片天线的结构如图1所示，其中(a)为天线俯视图，(b)为天线侧视图。

5

slot

(a) 俯视图

Port 2

Port 1

(b)侧视图

图1 天线结构图

天线由两层介质板构成，矩形辐射贴片蚀刻在第一层介质板的顶部，接地板和馈线分别位于下层介质板的上、下两侧。一个“Hour glass”形的槽开在地板上，它可改善输入端口的阻抗特性。馈线采用“T”型50Ω微带开路线。两层介质板均采用相对介电常数εr=3.38，厚度h=0.762mm的Rogers材料。天线采用两种方式激励，即垂直极化端口(port 1)采用探针馈电，水平极化端口(port 2)采用孔径耦合馈电。混合馈电以及“T”型馈线都会提高端口隔离度。

双极化混合馈电微带贴片天线尺寸以及50Ω匹配馈电位置(x1,y1)的计算由公式(1)-(6)给出[6]。结合孔径耦合的特点，下文分析了“T”型馈线对两端口隔离度的影响，及馈线参数w1、“Hour glass”形槽的宽w3、长l3对天线性能的影响。

2

1

2

+

=

r

a

ε

λ

（1）

b

b

e

?

-

=2

2

ε

λ

（2）其中，

()

()?

?

?

?

?

+

-

?

?

?

?

?

+

+

=

?

8.0

258

.0

264

.0

3.0

412

.0

t

a

t

a

t

b

e

e

ε

ε

（3）

a

t

r

r

e

12

1

2

1

2

1

+

-

+

+

=

ε

ε

ε

（4）

2

1

a

x=（5）

()

?

?

?

?

?

≤

≤

-

=-

2

3

1

5

cos

1

1

1

b

y

b

a

b

y

r

r

ε

ε

π

（6）图2对比了“T”型馈线和普通微带馈线对天线隔离度的影响。即参数w1分别为5mm与2mm，保持其他参数值固定，分别为a=32mm，b=32.4mm，l1=37mm，l2=7mm，l3=8mm，w2=2mm，w3=5mm，w4=1mm，w5=0.5mm，w6=0.5mm。由图可以看出，天线采用“T”型馈线后，隔离度增加约10dB。“T”型馈线主要影响孔径耦合端口的特性，对探针馈电端口特性影响不大。馈线参数w1变化对端口2特性影响如图3所示，随着w1的增加，谐振频率稍有增加，反射损耗逐渐变差。

“Hour glass”形槽的宽w3、长l3与两端口谐振频率关系如图4、5所示。如图4、5所示。图4中参数w3变化时，其他参数为a=32mm，b=32.4mm，l1=37mm，l2=7mm，l3=8mm，w1=5mm，w2=2mm，w4=1mm，w5=0.5mm，w6=0.5mm。图5中保持参数a=32mm，b=32.4mm，l1=37mm，l2=7mm，w1=5mm，w2=2mm，w3=5mm，w4=1mm，w5=0.5mm，w6=0.5mm 不变，改变参数l3。由图4、5可以看出，槽宽w3变化对端口1的谐振频率影响较大，而长l3变化对端口2的谐振频率影响较大。随着w3的增加，端口1的谐振频率呈直线下降，端口2的谐振频率稍有减小。与w3对两端口谐振频率影响的变化相反，随着l3的增加，端口2的谐振频率呈直线下降，端口1的谐振频率稍有减小，当l3大于8mm时谐振频率基本不变。

·2·

·3·

I s o l a t i o n (d B )

Frequency(GHz)

图2 两种馈线对隔离度的影响

S 22(d B )

Frequency(GHz)

图3 w 1对端口2特性的影响

F r e q u e n c y (

G

H z )

w 3(mm)

图4 w 3与两端口谐振频率关系图

F r e q u e n c y (

G

H z )

l 3(mm)

图5 l 3与两端口谐振频率关系图

3 仿真结果及分析

利用商业软件Designer(SV)对双极化混合馈电微带贴片天线进行电磁仿真和优化，优化后的天线尺寸为：a=32mm ，b=32.4mm ，l 1=37mm ，l 2=7mm ，l 3=8mm ，w 1=5mm ，w 2=2mm ，w 3=5mm ，w 4=1mm ，w 5=0.5mm ，w 6=0.5mm 。天线的S 参数、辐射特性、增益如图6～8所示。

S -p a r a m e t e r s (d B )

Frequency(GHz)

图6 仿真的天线S 参数

天线的S 参数曲线仿真结果如图6所示。由图可知天线谐振频率为2.40GHz ，端口1和2的反射损耗分别为-26.97dB 和-25.45dB ，3dB 相对带宽为2.50%，两端口隔离度为-22.28dB 。

图7分别给出了天线在频率为2.40GHz 时端口1和端口2在E 面、H 面的辐射方向图。从图中可见，天线背面辐射较小。因为孔径耦合馈电具有较好的交叉极化特性，所以天线端口2的交叉极化较端口1好。天线增益如图8所示，天线最大增益为3.865dBi 。

-40

-30

-20-1000

-40

-30-20-10

(a) 端口1

·4· -50-40-30-20-1000

-60-50-40-30-20-10

(b) 端口2

图7 天线辐射方向图

(—Co-pol. (E-plane) …Cross-pol. (E-plane) Co-pol. (H-plane) + Cross-pol. (H-plane))

4 结论

本文提出了一种新型双极化混合馈电微带贴片天线，采用探针馈电与孔径耦合馈电相结合的混合馈电方式，具有良好的反射损耗、端口隔离度、辐射特性和增益。本文提出的这种分集天线设计结构简单，参数易调节，独立性强，制作简单，性能良好，可以很好的满足新一代移动通信系统及宽带无线局域网(WLAN)的应用需求。

参考文献

[1] M. Barba, A high-isolation, wideband and dual-linear polarization patch antenna, IEEE Transactions on Antennas and Propagation,

2008

[2] S.C.Gao, L.W. Li, P. Gardner and P.S.Hall, Dual-polarized wideband microstrip antenna, Electronics Letters, 2007

[3] S. K. Padhi, N. C. Karmakar, C. L. Law and S. Aditya, A dual polarized aperture coupled circular patch antenna using a C-shaped

coupling slot, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 2003

[4] Y. J. Kim, W. Yun and Y.J. Yoon,Dual-frequency and dual-polarization wideband microstrip antenna,Electronics Letters, 1999

[5] K. L. Wong, T. W. Chiou, Broad-band dual-polarized patch antennas fed by capacitively coupled feed and slot-coupled feed, IEEE

Transactions on Antennas and Propagation, 2002

[6] Y. P. Zhang, Design and experiment on differentially-driven microstrip antennas, IEEE Transactions on Antennas and Propagation,

2007

作者简介：

安婷婷，女，硕士，主要研究领域为射频与微波通信等。

张文梅，女，教授、博士生导师，IEEE会员，主要研究领域为电磁场与微波技术等。

一种新型的树状结构宽频带天线

刘楠王安国

(天津大学电子信息工程学院，天津300072)

摘要：本文提出了一种新型的树状结构宽频带天线。此天线拥有体积小、剖面低、重量轻等优点。采用全

波电磁仿真软件对该天线进行了仿真。从仿真结果可以看出，该天线相对于中心频率5.2GHz，相对带宽达到43.7%（4.04GHz～6.31GHz），能有效覆盖802.11a工作频段，可用于无线局域网等场合。本文还对影响天线性能的一些主要结构参数进行了分析研究，分析结果对此类天线的设计非常有用。

关键词：宽频带，树状，平面天线

A Novel Tree-Shaped Wideband Antenna

Liu Nan Wang An-guo

(School of Electronic Information Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China)

Abstract: In this paper, a novel tree-shaped wideband antenna is proposed. It has a lot of merits, such as small size, low-profile and light weight. The proposed antenna is simulated by the full-wave electromagnetic simulator. From the result of the simulation, it is known that its input impedance bandwidth is 43.7% (4.04GHz-6.31GHz) with respect to the center frequency of 5.2GHz. It can effectively cover the 802.11a band, and it will be a good solution for some fields, such as WLAN. This paper also studied the primary parameters that influence the performance of the proposed antenna. The results of analysis will be very useful for the design of this kind of antenna.

Keywords: wideband; tree-shaped; planar antenna

1 引言

随着无线通信、微波集成技术的飞速发展，对低剖面天线，特别是微带天线的需求日益迫切。虽然微带天线已经出现了50余年，但直到近20余年国际上才对其进行了广泛的研究与应用[1, 2]。微带天线具有体积小、总量轻、低剖面、能与载体共型等优点[3]，但其最大的缺点就是频带过窄，仅有大概5%。近年来有很多种技术用来提高微带天线的带宽，如L型探针技术[4]、U型槽加载或环槽加载技术[5, 6]、多层结构[7]。

基于上述研究背景，本文提出了一种新型的树状结构宽频带天线。其制作在一个小的介质板上

基金项目：国家重点基础研究发展计划资助(973计划)（2007CB310605）（30mm×30mm），满足现代无线通信系统中对天线体积的要求。通过用电磁仿真软件进行仿真，天线的带宽从 4.04GHz到 6.31GHz，相对于中心频率5.2GHz, 天线的相对带宽达到43.7%，能辐射类似偶极子的方向图。其能够有效覆盖IEEE802.11a与HIPERLAN/2频段(5～6GHz)。对比前面提到的天线[4, 5, 6, 7]，此天线拥有简单的结构和较大的带宽。

2 天线结构

提出的天线结构如图1所示，其制作在相对介电常数为4.4，厚度为0.8mm的FR4介质板上（L sub ×W sub），为了提高天线的带宽，背面采用部分地结构（L g×W sub）。天线的正面由三个等腰直角三角型层叠而成，所以直观上看天线是由两个等腰梯形和一个等腰直角三角形组成，其中L1+6=L2，L2+8=L3，

·6·

W2+4=W1。天线贴片的终端与50 微带线（L f×W f）相连接用以馈电。

图1 天线的结构示意图

用电磁仿真软件优化得到的天线参数见表1。

表1 天线具体的参数

3 仿真与分析

如图2所示为天线的回波损耗仿真结果。通过调整W1，L1，L g可使天线的带宽达到最大。仿真结果表明，天线在4.04～6.31GHz的范围内回波损耗低于-10dB，在5.68GHz回波损耗小于-30dB。

图3为L1变化时，而其他参数保持恒定时，天线的回波损耗对比图。当L1变化时(L2,L3也相应变化)，其影响天线的带宽与匹配性能。由图可知，当L1=3mm时，带宽与匹配达到最优。图4为W1变化时（W2也相应变化），天线的回波损耗对比图。当W1=7.8mm时，天线的带宽与匹配达到最优，且能在5GHz～6GHz内回波损耗达到最小。当L g变化时，天线的回波损耗变化显示在图5中。由图可知，L g 极大的影响带宽与匹配性能，所以设计此天线时应充分考虑L g对天线性能的影响。本设计中L g取10.5mm。

图2 天线的回波损耗仿真结果

图3 L1变化时天线的回波损耗

图4 W1变化时天线的回波损耗

图6为天线在低频4.04GHz，中频5.2GHz，高频6.31GHz的方向图。由图可知天线能辐射类似偶极子的方向图，且不随频率改变而发生明显改变。图7为天线在工作频带内的增益图，增益最大为2.34dBi，最小1.51dBi。

·7·

·8·

图5 L g 变化时天线的回波损耗

(a)

(b)

(c)

图6 天线在4.04GHz(a)5.2GHz(b)6.31(c)的E 面和H 面方向图

图7 天线增益的仿真结果

4 结论

本文提出了一种新型的树状结构宽频带天线，通过调整参数，天线可工作与4.04GHz ～6.31GHz ，相对带宽可达到43.7%，5.68GHz 回波损耗小于-30dB 。其能在工作频带内辐射类似于偶极子的方向图。且其尺寸较小（30mm×30mm×0.8mm ），可以应用于对天线尺寸有严格要求的无线通信系统。

参考文献

[1] Weng Chew. A broad-band annular-ring microstrip antenna. IEEE Trans on Antennas and Propagation, ,

1982,30(5):918-922.

[2] Bhatnagar P S, Daniel J-P, Mahdjoub K, Terret C. IEEE Electronics Letters, 1986,22: 864-865.

[3] 张钧. 微带天线理论与工程. 北京: 国防工业出版社, 1988.

[4] Yong-Xin Guo, Chia M Y W, Zhi Ning Chen, Kwai-Man Luk. Wide-band L-probe fed circular patch antenna

for conical-pattern radiation. IEEE Trans on Antennas and Propagation, 2004,52(4): 1115-1116.

[5] Sang-Hyuk Wi, Yong-Shik Lee, and Jong-Gwan Yook. Wideband Microstrip Patch Antenna With U-Shaped

Parasitic Elements. IEEE Trans on Antennas and Propagation, 2007,55(4): 1196-1199.

[6] Asem Al-Zoubi, Fan Yang, Ahmed Kishk. A Broadband Center-Fed Circular Patch-Ring Antenna With a

Monopole Like Radiation Pattern. IEEE Trans on Antennas and Propagation, 2009,57(3): 789-792

[7] Nasimuddin, Chen Z N. Wideband multilayered microstrip antennas fed by coplanar waveguide-loop with

and without via combinations. IET Microwaves Antennas & Propagation, 2009,3: 85 – 91.

作者简介：

刘楠，男，硕士生，主要研究方向为可重构天线的设计。

王安国，男，教授，主要研究方向为通信系统理论、天线理论与设计、射频电路分析与设计。

PBG结构的微带贴片天线设计

PBG结构的微带贴片天线设计 由于微带贴片天线具有体积小、重量轻、低剖面、易加工、共形等优点，所以在军事和民用方面都有着广泛的应用前景。众所周知，集成电路的基底是一些高介电常数材料，而微带贴片天线在低介电常数基底上才能获得最佳性能。位于高介电常数基底的贴片天线由于表面波的损耗辐射效率很低，并且频率带宽极窄，当应用的频率变高时这种情况更加突出，导致贴片天线的增益和效率下降，并且在阵列情况下还会有高的交叉极化电平和互耦电平。 为了实现微带贴片天线的集成化，同时避免昂贵的基底混合技术，就必须在高介电常数基底上实现高效率的贴片天线。近年来出现的新型光子晶体贴片天线能够较好地改善以高介电常数介质为基底的贴片天线的性能。光子晶体贴片天线是指基于光子晶体的贴片天线。所谓光子晶体，或称PBG材料，是指将高介电常数的介质周期性的放置所产生的一种人工电磁晶体，该电磁晶体的表面波波矢图在某一频率范围内出现一个频率禁带，简称禁带。通过在贴片天线中人为的引入光子晶体结构，并利用光子晶体的禁带效应，抑制沿基底传播的表面波，增加天线辐射到空间的电磁波，从而改善天线的性能。 本文所采用的高阻抗表面型PBG结构具有结构紧凑、带隙性能好、可以集成等优点，在天线的设计中得到了广泛的应用。 1 PBG天线设计 本文设计的矩形贴片天线，是中心频率为10 GHz的矩形微带天线(辐射元为矩形)，馈电方式选为中心侧馈。采用ROGER3010材料做为基板，厚度h=1．28 mm，相对介电常数=10．2。矩形贴片的尺寸为L×W。贴片单元的尺寸由经验公式计算可以得出： 利用ADS自带的计算传输线的软件LineCalc来计算传输线的宽度ω=0．162 mm。PBG材料的设计首先利用等效媒质模型得到初始的参数，更准确的参数则通过全波数值仿真获得。由于高阻抗表面PBG结构的周期大小远小于工作波长，适合用集总电路元件(电容、电感)组成的等效LC并联谐振电路来描述其电磁特性。像电路滤波器一样阻止沿表面传输的电流。如前所述，蘑菇型高阻抗表面相邻贴片间的电容效应(介质基片既起着支撑作用，又达到增强电容的效果)，与金属过孔的等效电感组成集中参数的并联谐振电路。这里有高阻面的设计公式： 式中：εr是介质的介电常数；t是高阻面的高度；g是周期间距；ω是单元边长；a为周期。最后得到的设计结果是，ω=1．73 mm，g=0．22 mm()。 2 建模与仿真 根据设计的PBG天线的结构，在HFSS中建模并仿真。模型图 仿真得到的反射系数图。 可以看到回波损耗小于-10 dB的带宽约为600 MHz，参考天线谐振频率为9．96 GHz，PBG 微带天线谐振频率为10．05 GHz。PBG天线的谐振频率比参考天线略高，这是因为二者之间的耦合造成的。二者在9．99 GHz具有相同的反射系数-21．28 dB，在这个频率上仿真得到其方向图。可以看到PBG结构使方向性有所增强，天线的增益大约提高0．53 dB。PBG贴片

双端口馈电天线

双端口馈电天线具体设计过程以及最终结果 1.首先利用ADS计算10mm×10mm贴片天线的谐振频率（6.45GHz左右），以及为实现阻抗匹配，作为传输线的微带线的长度与宽度，其具体步骤如下在ADS的Schematic中点击Generate\Update Layout, 仿真出10mm×10mm贴片天线在给定PCB的谐振频率以及输入阻抗，为了使天线的辐射阻抗能与同轴馈电端口的特性阻抗相 匹配（由公式b、a分别为同轴电缆的外、内diameter，计算结果为 57.81ohm）,需要设计一系列微带传输线。利用ADS中的Smith Chart（史密斯圆图）工具计算出所需微带传输线的特征阻抗以及电长度（波矢与传输线的乘积），根据微带线的特征阻抗以及电长度，利用ADS计算传输线的工具LineCalc来设计传输线宽度和长度，然后在Schematic画出该天线的电路图（输出天线的S参数的sip文件，在Schematic中导入），扫频后发现匹配良好（S(1,1)<-15dB），开始在HFSS中进行仿真。 2.HFSS的仿真 设计好的模型如图一所示；这里的馈电端口采用的是双端口馈电，并有90[deg]的相位差以实现天线辐射的圆极化。通过参数扫描以及最优化处理，最终获得的参数为：贴片宽度为9.85mm，轴比带宽为16%（AR≤1），6.45GHz时右旋增益曲线与总增益曲线吻合地十分良好（如图二所示，以仰角theta为横坐标，方位角phi选取为0[deg]），最大增益7.05dB, 阻抗带宽（S(1,1) ≤-10dB）2.5%，最后两点是有待改善的地方。 注：这个仿真我是昨天才刚刚完成的，仿真过程中我学了实现圆极化的原理，贴片天线辐射的原理以及ADS中smith chart和Linecalc工具的使用；在我使用HFSS以及ADS的过程中，我意识到只有熟悉基本理论之后才能迅速建模，发现建模过程中出现的问题，找出解决方法，同时也感觉到软件之间应该都是相通的（比如在ADS设计的微带线长度宽度直接拿到HFSS中建模仍然可以得到十分好的S(1,1)曲线）。胡老师你给我的3篇文章我会在这个周末之前把综述交给你。 图一：天线模型

900MHz同轴馈电矩形微带天线设计与HFSS仿真

900MHz 同轴馈电矩形微带天线设计与HFSS 仿真 微带天线它是在一块厚度远小于工作波长的介质基片的一面敷以金属辐射片、一面敷以金属薄层做接地板而成。辐射片可以根据不同的要求设计成各种形状。 微带天线馈电有多种馈电方式，如微带线馈电、同轴线馈电、耦合馈电和缝隙馈电等。其中，最常用的是微带线馈电和同轴线馈电两种馈电方式。 同轴线馈电又称背馈，它是将同轴插座安装在接地板上，同轴线内的导体穿过介质基片接在辐射贴片上。若寻取正确的馈电点位置，就可以获得良好的匹配。 1 矩形微带天线的特性参数 1.1 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r ε，对于工作频率f 的矩形微带天线，可以用下式设计出高效率辐射贴片的宽度ω，即为： 2 1 )2 1(2-+=r f c εω（1） 式中，c 是光速，8 10*3=c 。 辐射贴片的长度一般取为 2 e λ，e λ是介质内的导波波长，即为： e e f c ελ= （2） 式中，e ε是有效介电常数，即为： 2 1 )121(2 1 2 1 -+-+ += ω εεεh r r e （3） 考虑到边缘缩短效应后，实际上的辐射单元长度L 应为： L f c L e ?-= 22ε（4） 式中，L ?是等效辐射缝隙长度，即为： ) 8.0)(258.0() 264.0)(3.0(412.0+-++=?h h h L e e ωεωε（5）

2. 同轴馈电矩形微带天线设计 在使用同轴馈电时，在阻抗匹配方面，在主模10TM 工作模式下，馈电点在矩形辐射贴片长度L 方向边缘处（x=±L/2）的输入阻抗最高，约为100Ω-400Ω。馈电点在宽度ω方向的位移对输入阻抗的影响很小。但在宽度方向上偏离中心位置时，会激发n TM 1模式，增加天线的交叉极化辐射。因此，宽度方向上馈电点的位置一般取在中心点。 由下式可以近似计算出输入阻抗为50Ω时的馈电点的位置： )1 1(2 1re L L ξ- = （6） 式中， 2 1 )121(21 2 1 )(-+-+ += L h L r r re εεξ（7） 3. 设计要求 使用HFSS 设计中心频率为915MHz 的矩形微带天线，并给出天线参数。介质基片采用厚度为1.6mm 的RF4环氧树脂板，天线馈电方式采用50Ω同轴线馈电。 x 图1 同轴馈电俯视图 天线初始尺寸的计算： 辐射贴片宽度：mm 77.99=ω 辐射贴片长度：mm L 89.77= 50Ω匹配点初始位置1L ，计算出初始位置后，然后再使用HFSS 的参数扫描分析和优化设计功能，分析给出50Ω匹配点的实际位置即可，mm L 91.191=。

基于HFSS的4_24微带阵列天线的研究与设计_惠鹏飞

第26卷第5期 齐 齐 哈 尔 大 学 学 报 Vol.26,No.5 2010年9月 Journal of Qiqihar University Sep.,2010 基于HFSS 的4×24微带阵列天线的研究与设计 惠鹏飞，夏颖，周喜权，陶佰睿，苗凤娟 （齐齐哈尔大学 通信与电子工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006） 摘要：微带阵列天线的馈电方式有微带线馈电和同轴馈电两种方式，本文利用HFSS软件对微带阵列天线进行了研 究，分析了两种馈电方式的传输损耗及其对天线方向图的影响，利用模块化的设计方法实现了一种基于同轴线馈 电结构的多元矩形微带阵列天线。在HFSS仿真设计环境里对天线进行了物理建模，该微带阵列天线的方向图特性 良好，工程上实现比较方便。 关键词：微带阵列天线；模块化设计；HFSS 仿真；物理建模；方向图 中图分类号：TN820.1 文献标识码：A 文章编号：1007-984X(2010)05-0009-04 随着无线电技术的发展，微带天线在许多领域得到了越来越广泛的应用，主要应用场合包括：卫星通信、多普勒雷达及其它制式雷达、导弹遥测系统、复杂天线中的馈电单元等[1] 。微带天线通常采用天线阵列的形式，由馈电网络控制对天线子阵的激励幅度和相位，以获得高增益、强方向性等特点。 微带阵列天线的馈电方式主要有微带线馈电和同轴线馈电方式两种。利用微带线馈电时，馈线与微带贴片是共面的，因此可以方便地光刻，但缺点是损耗较大，在高效率的天馈系统里的应用受到较大限制[2]。本文首先对微带馈电网络产生的损耗进行了详细分析，利用HFSS 软件设计了2×4结构的微带子阵，采用同轴馈电的方式，利用模块化设计方法和方向图叠加原理最终实现了4×24矩形微带阵列天线，仿真设计结果表明，该大型矩形微带阵列天线的各项指标参数良好，设计思想得到了很好的验证。 1 微带阵列及馈电网络损耗分析 1.1 微带阵列理论 微带天线单元的增益较小，一般单个贴片单元的辐射增益只有6～8 dB，为了实现远距离传输和获得更大的增益，尤其是对天线的方向性要求比较苛刻的场合，常采用由微带辐射单元组成的微带阵列天线，如果对增益要求较高，可采用大型微带阵列天线结构[3]。 首先分析平面微带阵列天线的激励电流与电场分布情况，无论是线天线还是面天线，其辐射源都是高频电流源，天线系统将高频电流源的能量转换成电磁波的形式发射出去，讨论电流源的辐射场是分析天线的基础。假设由若干相同的微带天线元组成的平面阵结构，建立三维坐标系分析阵列天线的场量分布情况。以阵列的中心为坐标原点，天线在x 轴方向和y 轴方向的单元编号分别用m 和n 表示。以原点天线单元为相位参考点，为了简化分析，假设阵列中各单元间互耦影响可以忽略不计，各单元激励电流为 j()e xs ys m n mn I ψψ?+，天线阵在远区的辐射总场(,)E θ?为 ()(,)(,)E f S θ?θ?θ??,= 式中，(,)f θ?为阵元的方向性函数，(,)S θ?为平面阵的阵方向性函数。平面阵因子是两个线阵因子的乘积，可以利用线阵方向性分析的结论来分析平面阵列的方向性。 1.2 馈电网络及损耗分析 天线只有承载高频电流才能有电磁波辐射，馈线指将高频交流电能从电路的某一段传送到另一段所用 的设备，对天线的馈电包括对单元天线的馈电和阵列天线的馈电两种形式。当利用传输线对阵列结构进行 收稿日期：2010-06-06 基金项目：齐齐哈尔市科技局工业攻关项目（GYGG-09011-2） 作者简介：惠鹏飞（1980-）,男，辽宁凌源人，讲师，硕士，主要从事雷达极化信息处理的研究，weibo505@https://www.wendangku.net/doc/9814089412.html,。

一种新型低剖面双频双极化宽频带阵列天线的研究与设计

第22卷第6期2006年12月 微　波　学　报 JOURNAL OF M I CROWAVES Vol.22No.6 　Dec.2006 文章编号:100526122(2006)0620040205 一种新型低剖面、双频、双极化宽频带 阵列天线的研究与设计3 王红星1　刘锡国1　刘　敏2 (1.海军航空工程学院电子工程系,烟台264001;2.空军工程大学电讯工程学院,西安710077) 摘　要:　设计了一种结构新颖的双频、双极化基站阵列天线并进行了仿真和实验研究。双频阵列由采用新型印刷金属圆弧耦合馈电的圆环天线(低频)与交叉微带印刷振子(高频)嵌套构成。首次采用印刷金属圆弧耦合馈电拓宽了圆环天线带宽,并利用反相馈电技术提高了端口隔离度(<-28dB)、加强了方位面方向图的对称性、降低了交叉极化电平;对在双频结构中受影响较大的高频阵元进行了相位误差分析;最后给出了整个双频阵列的实测结果,与仿真理论值吻合较好。该阵列天线具有宽频带(806～960MHz、1710～2170MHz)、低剖面(35mm)、高极化隔离、结构紧凑、方位面波瓣恒定(65±6°)等优点,适合用于双频基站系统或星载/舰载通信系统。 关键词:　基站天线,双频,双极化,印刷偶极子,圆环天线 A Novel Low2Profile,Dual2Band,Dual2Pol ari zati on Broadband Array Antenna W ANG Hong2x i n g1,L I U X i2guo1,L I U M i n2, (1.D epart m ent of Electronic Engineering,N aval A eronautical Engineering A cade m y,Yantai264001,China; 2.Teleco mm unication Engineering Institute,A FEU,X i’an710077,China) Abstract:　I n this paper,a novel dual2band br oadband array antenna with l ow p r ofile and dual polarizati on is p r oposed and devel oped experi m entally.The array is f or med by novel arc2p r obe2fed annular ring elements and pairs of cr oss m icr ostri p di poles nested t ogether.The band width of the annular ring antenna is i m p r oved thr ough arc2p r obe2fed technique.The meas2 ured i m pedance band widths deter m ined by VS WR<2cover806～960MHz and1710～2170MHz.The port is olati on and the sy mmetry of the radiati on for the l ower band are i m p r oved by the"anti2phase and dual2feed"technique which als o reduces the cr oss polarizati on level.The influences on the radiati on patterns of upper band caused by the phase err or are invested and the radiati on patterns are i m p r oved thr ough the phase co mpensati on.The array is designed and the si m ulated and measured results are p resented.The p r oposed array antenna is highly app licable t o the base stati on of multi2band operati ons and satel2 lite/shi pborne communicati ons. Key words:　Base stati on antenna,Dual2band,Dual2polarizati on,Printed m icr ostri p di pole,Annular antenna 引　言 目前,在我国现有的GS M基站和CDMA基站密布的状况下,第三代移动通信系统建设中大量新建3G基站存在选址困难且成本昂贵等问题[1]。采用双频基站天线代替现有天线可以在不增加新基站的基础上实现站址共享,是3G系统建设中一种非常可行的方案。但是,目前f 1 /f2≈2的双频天线产品大都采用双排阵列结构,结构复杂,体积笨重且价格昂贵。设计新的低剖面、小尺寸、性能优良的双频双极化基站天线具有很强的理论和实际意义。 近年来,已有许多学者对双频或双极化天线单元进行了研究,提出了许多方案,但都存在问题。Z.Zaharis[2]研制成功一种加有多个寄生振子的垂 3收稿日期:2006206206;定稿日期:2005210211

HFSS矩形微带贴片天线的仿真设计报告

基于HFSS矩形微带贴片天线的仿真设计 实验目的：运用HFSS的仿真能力对矩形微带天线进行仿真实验内容：矩形微带天线仿真：工作频率 天线结构尺寸如表所示: 一、新建文件、重命名、保存、环境设置。 （1）、菜单栏File?save as,输入Antenna,点击保存。 （2）.设置激励终端求解方式：菜单栏HFSS>Solution type>Driven Termin ，点击OK （3）、设置模型单位：3D Modeler>Units 选择mm,点击OK （4）、菜单栏Tools>>Options>>Modeler Options, 勾选” Edit properties of new pri ” ,点击OK 二、建立微带天线模型 （1）点击三仓U 建GND,起始点：x:0 ，y:0 ，z: ，dx:,dy:32,dz:

(2) 介质基片：点击 ：比，：x:0, y:0 , z:0。dx: , dy: 32 , dz:-, 修改名称为Sub,修改 材料属性为 Rogers RT/Duriod 5880，修改颜色为绿色 点击OK (3) 建立天线模型patch ， 点击^已，x:,y: 8, z:0 ，dx: ，dy: 16 ，dz: 命名为patch ，点击OK (4) 建立天线模型微带线 MSLine 点击’硏，x:,y: 0, ,z: 0 ， dx: ，dy: 8 ，dz:， 命名为MSLine,材料pec,透明度 选中 Patch 和 MSLine,点击 Modeler>Boolean>Unite (5) 、建立端口。创建供设置端口用的矩形，该矩形连接馈线与地 Modeler>Grid Plane>XZ ，或者设置回厂刁冈 习 点击 e ，创建Port 。命名为port 双击 Port 下方 CreatRectangle 输入：起始点：x: ，y: 0，z:-，尺寸：dx: ，dy: 0 ，dz: (6) 、创建 Air 。 点击1 ，x:-5 ，y:-5 ，z:， dx:, dy:42, dz: 修改名字为Air ，透明度. 三、设置边界条件和端口激励。 (1)设置理想金属边界：选择 GND 右击Assign Boundaries>>Pefect E 将理想边界命名为：PerfE_GND ，点击OK (2)、设置边界条件：选择 Port ，点击 Assign Boundaries>>Pefect E 在对话框中将其命名为 PerfE_Patch ，点击0K ，透明度。 修改名称为GND,修改材料属性为pec ,

12.5GHz 4×4微带天线阵列的设计详细教程

12.5GHz 4×4微带天线阵列的设计详细教程 随着无线通信技术的迅速发展，小型化、大容量的通信系统成为现在以至于为来的主要发展目标。由于双极化天线具有同频段的双通道通信、提高通信容量、实现双工操作、可以提高系统灵敏度、抗多径效应等性能，从而日益得到人们的青睐。由于微带贴片天线在馈电方式和极化制式的多样化，以及馈电网络、有源电路集成一体化等方面具有很多的优点，从而采用双极化天线成为提高通信容量的一种比较实际的做法。目前常用的双极化工作方式主要有两类，第一就是利用方贴片作为辐射单元，对方贴片天线采用正交边双馈电就能激励一对极化方向相互垂直的辐射波。第二就是利用不同层的天线阵列分别实现不同的极化，缺点是结构复杂，制作困难，造价高。我们采用在同一平面上实现两种极化方式，贴片单元的馈电方式却不用改变。本文就是设计实现了这种双极化微带天线阵列的组阵单元－44天线阵列。 1 微带天线阵列的设计本文采用的贴片天线的基本结构如图1所示，其中图（a）为天线结构，由贴片层、介质层和接地层组成。图（b）为微带贴片单元的基本结构。通过调整微带贴片单元的馈电方式就可以实现水平、垂直极化两种极化方式。图（c）为最基本的组阵单元22的结构图。 设计过程中贴片层和接地层都采用铜，介质层采用介电常数为 2.2的Rogers RT/duroid 5880。根据天线工作的中心频率12.5GHz，微带贴片天线单元的长和宽、反馈部分的长宽、组阵单元之间的阻抗匹配以及其他相关数据都可以通过计算或者仿真优化得到。根据以上的计算及仿真数据，我们制成了天线的PCB板，44微带天线阵列的实物图如图2所示。 我们通过Ansoft HFSS仿真软件对天线阵列首先进行了仿真计算，图3为44微带天线阵列驻波和增益的仿真图。从左图的驻波仿真结果中，可以看到天线阵列在12.5GHz时的驻波为1.2左右；从右图的增益仿真结果中可以看到，天线阵列的增益可以达到20dB左右。然后将制成的PCB板拿到微波暗室中对其进行实际测试（暗室的长、宽、高分别为15m、

微带天线设计

班级：通信13-3班 姓名：王亚飞 学号：1306030318 指导教师：徐维 成绩： 电子与信息工程学院 信息与通信工程系

目录 1微带天线设计 (3) 1.1微带天线简介 (3) 1.2设计要求 (3) 1.3设计指标和天线几何结构参数计算 (4) 2 HFSS 设计和建模概述 (5) 2.1创建微带天线模型 (5) 2.1.1新建HFSS 工程 (5) 2.1.2建立模型 (6) 2.2相关条件设置 (14) 2.2.1设置激励端口 (14) 2.2.2添加和使用变量 (15) 2.2.3求解设置 (17) 3设计检查和运行仿真分析 (19) 3.1查看天线谐振点 (19) 3.1变量Length、Width扫描分析 (21) 3.2查看S11参数以及Smith圆图结果 (21) 3.3查看驻波比 (22) 3.4查看天线的三维增益方向图 (22) 3.5查看平面方向图 (23) 4总结体会 (23)

1微带天线设计 1.1微带天线简介 微带天线是近30年来逐渐发展起来的一类新型天线。早在1953年就提出了微带天线的概念，但并未引起工程界的重视。在50年代和60年代只有一些零星的研究，真正的发展和使用是在70年代。常用的一类微带天线是在一个薄介质基(如聚四氟乙烯玻璃纤维压层)上，一面附上金属薄层作为接地板，另一面用光刻腐蚀等方法作出一定形状的金属贴片，利用微带线和轴线探针对贴片馈电，这就构成了微带天线。当贴片是一面积单元时，称它为微带天线；若贴片是一细长带条则称其为微带振子天线。 图1.1 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εr 和损耗正切tan δ、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。 图1.1微带天线的结构 1.2设计要求 设计一个矩形微带天线，工作频率为2.45Ghz ,天线使用同轴线馈电。天线的中心频率为2.45GHz，因此设置HFSS 的求解频率（即自适应网格剖分频率）为2.45GHz，同时添加1.5～3.5GHz 的扫频设置，分析天线在1.5～3.5GHz 频段内的回波损耗或者电压驻波比。

TDD及WLAN系统双极化天线设备规范V5.0.0 - 三四频20150424

1.1.1三频电调天线电气性能指标 三频电调天线支持频段分别为DCS1800（1710MHz～1850MHz）、FA（1885MHz～1920MHz、2010MHz～2025MHz）和D（2575MHz～2635MHz），共6个端口，每频段2个端口。相关电气指标要求示于表11-17：

均功率容限测试可采用4个edge信号进行测试，每个通道输入总功率为50W的功率；对F和D频段输入LTE信号，每个通道输入总功率为50W的功率；对A频段输入TD-SCDMA信号，每个通道输入总功率为50W的功率。 1.1.2四频电调天线电气性能指标 四频电调天线支持频段分别为GSM900（885MHz～960MHz）、DCS1800（1710MHz～1850MHz）、FA（1885MHz～1920MHz、2010MHz～2025MHz）和D （2575MHz～2635MHz），共8个端口，每频段2个端口。相关电气指标要求示于表11-18：

注释：GSM900/DCS1800/FA/D的峰值功率应该达到1200W，500W，500W和800W。对GSM900和DCS1800的平均功率容限测试可采用4个edge信号进行测试，每个通道分别输入总功率为120W和50W的功率；对F和D频段输入LTE信号，每个通道输入总功率为50W的功率；对A频段输入TD-SCDMA信号，每个通道输入总功率为50W的功率。 其它机械指标要求 对TDD及WLAN系统双极化天线设备长度、宽度、重量、接头形式和长度、以及排水孔等机械指标要求如下： 1.长度和宽度的机械尺寸约定如下： 1）TD-LTE系统宽频FAD智能天线、普通窄带FA智能天线（不包含F频段高增益智能天线）、单D智能天线、内置合路器智能天线以及电调智能天线的长度不大于1400mm；F频段高增益智能天线长度不大于2000mm。天线长度的选取应以满足9.1、9.2节、9.3节中机械固定需求为基本前提，若为盲插端口，保证在RRU设备安装完成后，RRU下边缘与天线下支架之间至少预留300mm的RRU操作空间。 2）TD-LTE系统宽频智能天线、普通窄带FA智能天线（不包含F频段高增益智能天线）、单D智能天线、内置合路器智能天线、电调智能天线宽度小于320mm （包括内置合路器独立电调天线）；F频段高增益智能天线宽度小于380mm； 盲插端口形式的天线宽度介于356mm～400mm之间；天线宽度的选取应以满足 9.1、9.2节中机械固定需求为基本前提，并保证在盲插端口情况下RRU设备 安装完成后，RRU下边缘与天线下支架之间至少预留300mm的RRU操作空间。 3）17dBi增益（65度水平波束）的TD-LTE系统常规双通道天线的长度不大于1400mm，宽度不大于160mm；14.5dBi增益（65度水平波束）的TD-LTE系统常规双通道天线的长度不大于700mm，宽度同样不大于160mm。12dBi增益（65度水平波束）的TD-LTE双通道天线的长度不大于400mm，宽度不大于160mm。 20dBi增益（32度水平波束）的用于高铁覆盖的TD-LTE双通道天线（包含电调）的长度不大于1400mm，宽度不大于320mm。15dBi增益的窄波束（32度水平波束）的TD-LTE双通道天线的长度不大于400mm，宽度不大于320mm。 4）17dBi增益、65度水平波束的TD-LTE系统双通道电调天线的长度不大于

GHz矩形微带贴片天线设计

燕山大学 课程设计说明书 题目: 基于ADS的矩形微带贴片天线的设计 学院（系）：理学院 年级专业：电子信息科学与技术13 学号： 学生姓名：张凤麒任春宇 指导教师：徐天赋 教师职称：副教授 燕山大学课程设计（论文）任务书 院（系）：理学院基层教学单位：电子信息科学与技术13

说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。年月日燕山大学课程设计评审意见表

基于ADS的矩形微带贴片天线设计 The Design of Rectangular microstrip patch antenna with ADS 摘要：本文研究了通信系统中的矩形微带贴片天线。首先介绍了矩形微带贴片的背景及微带馈电的设计考虑。使用了安捷伦辅助仿真工具ADS对2GHz矩形微带贴片天线结构及相应的参数进行了设置仿真及优化，尽可能达到其相应的技术指标。 Abstract：This paper studies the rectangular microstrip patch antenna in communication system. Firstly, the background of rectangular microstrip patch and the design considerations of microstrip feed are introduced. The microstrip patch antenna structure and corresponding parameters of 2GHz rectangular microstrip patch antenna are simulated and optimized by ADS, and the corresponding technical index is reached as far as possible. 关键词：矩形微带贴片天线 ADS 设计 Keyword：Rectangular microstrip patch antenna ADS design 一.矩形微带贴片天线的背景 微带贴片天线由于具有质量轻、体积小，易于制造等优点，现今已经广泛应用于个人无线通信中。微带贴片天线由接地板、介质基片和介质基片上的辐射贴片构成的，其中辐射贴片可以是任意的几何形状，但是只有有限的几何形状能计算出辐射特性，比如矩形，圆形，椭圆形，三角形、半圆形、正方形等比较规则的几何形状，其中矩形和圆形贴片的研究最多，可以作为单独的天线使用也可以作为阵元使用。当然在实际应用中，也有矩形和圆形贴片达不到要求的情况，这就促使了人们对各种几何形状微带贴片天线的研究。本文选用矩形贴片来研究微带天线。

同轴馈电矩形微带天线

同轴馈电矩形微带天线 一、实验目的 1.熟悉同轴馈电矩形微带天线的辐射机理 2.学会估算馈电点的位置 二、实验原理 同轴线馈电的矩形微带天线结构下图所示，其辐射贴片尺寸和微带线馈电的辐射贴片尺寸一致。在阻抗匹配方面，使用同轴线馈电时，在主模TM10工作模式下，馈电点在矩形辐射贴片长度L方向边缘处（X= ±L/2)的输入阻抗最高，约为 100Ω-400Ω。馈电点在宽度w方向的位移对输入阻抗的影响很小，但在宽度方向上偏离中心位置时，会激发了TM1n模式，增加天线的交叉极化辐射，因此，宽度方向上馈电点的位置一般取在中心点（y=0);而在辐射贴片的几何中心点（x=0，y=0)处的输入阻抗则为0，亦即此时无法激发TM10模式。 在y=0时，x轴上的阻抗分布下式可以直接近似计算出输入阻抗为50n时的馈电点的置为： 式中： 本次设计为中心频率为2.45GHz的矩形微带天线，并给出其天线参数。介质基片采用厚度为1.6mm的FR4环氧树脂（FR4 Epoxy）板，天线馈电方式选择50Ω同轴线馈电。 天线尺寸的估算： 辐射贴片宽度：w=37.26mm 辐射贴片长度：L=28mm 50Ω匹配点初始位置：L1=7mm 模型的中心位于坐标原点，辐射贴片的长度方向是沿着x轴方向，宽度方向是沿着y 轴方向。介质基片的大小是辐射贴片的2倍，参考地和辐射贴片使用理想薄导体来代替，在HFSS中通过给一个二维平面模型分配理想导体边界条件的方式来模拟理想薄导体。因为使用50Ω同轴线馈电，所以这里使用半径为0.6mm、材质为理想导体（pec)的圆柱体模型来模拟同轴馈线的内芯。圆柱体与z轴平行放置，其底面圆心坐标为（L1，0，0)。圆柱体顶部与辐射贴片相接，底部与参考地相接，则其高度为H。在与圆柱体相接的参考地面上需要挖出一个半径为1. 5mm的圆孔，将其作为信号输入输出端口，该端口的激励方式

同轴馈电矩形微带天线设计与分析 2

同轴馈电矩形微带天线设计与分析 摘要：本文使用HFSS软件，设计了一种具有损耗低、稳定性好的同轴馈电矩形微带天线。该新型C波段微带天线射频频率2、45GHz，输入阻抗50Ω，利用矩形同轴线馈电(RCL)结构网络和微带天线子矩阵的基本原理和设计方法，运用HFSS对该天线进行仿真、优化，最终得到最佳性能，达到了频段范围内S11小于XXX，尺寸XXX，方向性XXX，达到XXX 的设计要求。 关键词：HFSS，微带线，天线 请在摘要中写明该天线的性能，点明创新性或所做的工作重点。 1、前言 在1953年Deschaps提出微带天线的理论，经过20年多的发展，Munson和Howell于20世纪70年代初期制造了实际的微带天线。传统的手工计算设计天线采用的是尝试法，设计和研发周期长，费用高。随着计算水平的提高，可以采用成熟的电磁仿真软件设计。 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，具有体积小、重量轻、低剖面、易于集成和制造等点，在卫星通信、卫星定位系统等多个领域获得了广泛应用。已被大量应用于100MHz～100GHz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50Ω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。设计的圆极化微带天线具有较宽的频带或者是双频堆叠结构且采用同轴线馈电，一般天线厚度尺寸较大，因此馈电同轴长加大，导电感抗加大，天线的性能随之恶化。通常，单层厚天线采用L形或T形同轴探针馈电；对于双层厚天线，通过在层间增加空气层以改善天线的驻波特性J。这两种结构给天线的制造带来了困难，前者需要在介质层内增加金属片来实现T形或L形探针馈电，制作不便，增加了制造代价；后者需要在两层天线中间添加空气层，由于空气层厚度对天线性能影响突出，厚度不易控制，因此也不是好的选择，而同轴馈电矩形微带电线成为了性能良好的天线选择之一。 本文设计的同轴馈电矩形微带天线工作于ISM频段，其中心频率为2.45GHz；无线局

双极化混合馈电微带贴片天线

双极化混合馈电微带贴片天线 安婷婷1张文梅1 (山西大学物理电子工程学院，太原030006)1 摘要：提出了一种新型的双极化混合馈电微带贴片天线，天线采用探针馈电与孔径耦合馈电相结合的混合 馈电方式，结合“T”型馈线提高了端口隔离度，“Hour glass”形的槽改善了输入端口的阻抗特性。用商业软件 Designer(SV)对天线的电特性进行仿真优化，天线的谐振频率为2.40GHz，端口1和2的反射损耗分别为-26.97dB和-25.45dB，端口隔离度为-22.28dB。 关键词：双极化，混合馈电，微带贴片天线 A Dual-polarized Microstrip Patch Antenna Fed by Hybrid Structure An tingting1Zhang wenmei1 (College of Physics and Electronics Engineering, Shanxi University of China, Taiyuan 030006)1 Abstract: A new dual-polarized microstrip patch antenna fed by hybrid structure is presented. In order to improve isolation between two ports, hybrid feed (probe feed and aperture coupled feed) and “T” shaped microstrip line are used. The “Hour glass” shaped slot can improve the input impedance. The parameters of the antenna are calculated by Ansoft Designer (SV) simulation. The center frequency of the antenna is 2.40 GHz, the return loss for port 1 is -26.97 dB, and -25.45 dB for port 2, and the isolation between two ports is -22.28 dB. Keywords: Dual-polarized; Hybrid feed; Microstrip patch antenna 1 引言 近年来，随着无线通信系统用户的迅猛增长，通信信息容量需求的不断增大，能有效解决多径衰落问题的分集天线得到了广泛应用。而分集技术中的双极化技术是无线通信领域十分重要的技术，它可用来实现极化分集和极化复用，其中极化分集是解决无线信道多径衰落的有效方法，而极化复用则可以更加有效地利用有限的频谱资源。双极化天线能够互不干扰地发送或接收两种极化波，从而实现频谱复用。到目前为止，双极化微带天线在国内外都有很大发展。文献[1]-[3]提出了孔径耦合馈电的双极化天线，其中[1]采用在贴片中心开十字槽来实现双极化，[2]采取开两个偏移中心的互相垂直的耦合槽来实现双极化，而[3]采用直线槽和C形槽来实现双极化。文献[4]-[5]提出的双极化天线采用混合馈电的方式，[4]采用探针馈电与微带线馈电相结合的馈电方式，[5]采用电容耦合馈电与孔径耦合馈电相结合的馈电方式，极大提高了端口隔离度。 本文提出了一种新型的双极化混合馈电微带贴片天线，该天线采用探针馈电与孔径耦合馈电相结合的混合馈电方式，结合“T”型馈线提高了端口隔离度，“Hour glass”形的槽改善了输入端口的阻抗特性。天线的谐振频率为2.40GHz，端口1和2的反射损耗分别为-26.97dB和-25.45dB，3dB相对带宽分别为2.50%，端口隔离度为-22.28dB，天线最大增益为3.865dBi。该天线保持了孔径耦合贴片天线的优势，同时馈电同轴线垂直贴片，电缆占用空间小， 基金项目：国家自然科学基金项目(60771052)；国家博士后基金特别资助(200801424)；山西省自然科学基金项目(2006011029)；太原市科技项目(0703004)

矩形微带贴片天线设计及仿真

《现代电子电路》课程设计题目矩形微带天线的设计与仿真 单位（院、系）：信息工程学院 学科专业: 电子与通信工程 学号：416114410159 姓名：曾永安 时间：2011.4.25

矩形微带天线的设计与仿真 学科专业：电子与通信工程学号：416114410159 姓名：曾永安指导老师：吴毅强 摘要：本文介绍了一种谢振频率为2.45GHz，天线输入阻抗为50Ω的使用同轴线馈电的矩形微带天线。通过HFSS V10软件对该天线进行仿真、优化，最终得到最佳性能。 关键词：HFSS，微带线，天线

Design and Simulation of Rectangular Microstrip Antenna Abstract:This paper introduces a rectangular microstrip antenna which works at resonance frequency of 2.45GHz and antenna input impedance of 50Ω and is fed by coaxial cable. The model of the antenna is set up a nd simulated by ANSOFT HFSS V10 ,and the optimal parameters of the microstrip antenna are obtained as well. Key words:HFSS,Microstrip,Antenna

1.引言 微带天线的概念首先是由Deschamps于1953年提出来的，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100MHz～100GHz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50Ω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；无线局域网、蓝牙、ZigBee等无线网络均可工作在该频段上。选用的介质板材为Rogers R04003，其相对介电常数εr=3.38,厚度h=5mm；天线使用同轴线馈电。 2.微带贴片天线理论分析 图1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和损耗角正切tanδ、介质层的长度LG和宽度WG。图1所示的微带贴片天线采用微带线馈电，本文将要设计的矩形微带天线采用的是同轴线馈电，也就是将同轴线街头的内芯线穿过参考点和介质层与辐射元相连接。 图1 微带天线的结构

微带天线设计

微带天线设计 天线大体可分为线天线和口径天线两类。 移动通信用的VHF 、UHF 天线，大多是以对称振 子为基础而发展的各种型式的线天线，卫星地面站接收卫星信号大多用抛物面天线（口径 天线）。 天线的特征与天线的形状、大小及构成材料有关。天线的大小一般以天线发射或接收电磁波的波长l 来计量。因为工作于波长l = 2m 的长为1m 的偶极子天线的辐射特性与工作于波长l = 2cm 的长为1cm 的偶极子天线是相同的。 与天线方向性有关参数：方向性函数或方向图 离开天线一定距离处，描述天线辐射的电磁场强度在空间的相对分布的数学表达式，称为天线的方向性函数； 把方向性函数用图形表示出来，就是方向图。 最大辐射波束通常称为方向图的主瓣。主瓣旁边的几个小的波束叫旁瓣。 为了方便对各种天线的方向图进行比较，就需要规定一些表示方向图特性的参数，这些参数有： 1．天线增益G （或方向性GD ）、波束宽度（或主瓣宽度）、旁瓣电平等。 2．天线效率 3．极化特性 4．频带宽度 5．输入阻抗

天线增益是在波阵面某一给定方向天线辐射强度的量度。它是被研究天线在最大辐射方向的辐射强度与被研究天线具有同等输入功率的各向同性天线在同一点所产生的最大辐射强度之比。 天线方向性GD与天线增益G类似但与天线增益定义略有不同。 因为天线总有损耗，天线辐射功率比馈入功率总要小一些，所以天线增益总要比天线方向性小一些。 理想天线能把全部馈入天线的功率限制在某一立体角ΩB内辐射出去，且在ΩB立体角内均匀分布。这种情况下天线增益与天线方向性相等。 理想的天线辐射波束立体角ΩB及波束宽度θB 实际天线的辐射功率有时并不限制在一个波束中，在一个波束内也非均匀分布。在波束中心辐射强度最大，偏离波束中心，辐射强度减小。辐射强度减小到3db时的立体角即定义为ΩB。波束宽度θB与立体角ΩB关系为 旁瓣电平