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(完整版)L型探针馈电的微带天线仿真设计_毕业设计

L型探针馈电的微带天线仿真设计

中文摘要

近年来，随着移动通信系统业务的不断增加，通信设备不断朝着小型化方向发展，同时对天线体积，集成化及工作频段的要求也越来越高。重量轻，剖面低，成本低和易于集成的微带天线，受到大家的广泛的关注。目前微带天线的主要限制还在于天线的狭窄。经过数十年的发展，很多研究学者提出了拓展微带贴片天线带宽的方法，其中采用L型探针馈电的方式得到了很多关注。

由于L 型探针垂直部分及水平部分和贴片之间产生感抗和容抗，两者相互作用产生谐振，使天线频带拓宽或者呈现多频带。这使得L型探针馈电广泛应用于现代移动通信系统中。本文介绍了微带天线的辐射原理及微波射频段电磁波的基本理论及L型探针馈电的微带天线。

文中依据理论分析以及数值计算相结合的方式设计出满足设计需要的微带天线并借助天线设计软件HFSS分析了L型探针水平段和竖直端长度对天线带宽的影响，在最后设计了一副进行仿真优化了的信号频段在3.2~4.4GHz的L型探针馈电的微带天线。

关键词：微带天线；容感性；L型探针馈电；HFSS仿真

The design and Simulation of antenna with L-shaped probe

feed

Absract

In recent years,with the increasing number of mobile communication system,communication equipment developed towards miniaturization direction constantly,and the antenna size, and frequency requirements are also becoming more and more important.Light weight, with low profile,low cost and ease of integration by all of us.The major limitations of microstrip antenna now is the bandwidth of the antenna. After decades of development,a lot of research scholars proposed method to expand the bandwidth of the microstrip patch antenna,which adopts the

L-shaped probe feed get a lot of attention.

Because vertical section and of L-shaped probe create inductive reactance and capacitive reactance,and both of them interact to produce resonance, this makes the antenna modern mobile communications system. This paper introduces the radiation principle of microstrip antenna and microwave radio frequency section of the basic theory of electromagnetic wave transmission and the antenna with L-shaped probe feed.

Based on the basic theory of microstrip antenna analysis and numerical calculation design a microstrip antenna meet the design need,and analysis the effect of the size of L-shaped probe on the antenna bandwidth with the aid of with simulation software HFSS.In the final,it designs a microstrip antenna with L-shaped probe feed which the transmission signal frequency band in 3.2~4.4 GHz.

KEY WORD：Microstrip antenna；Should the emotion；L-shaped feed；HFSS simulation

第一章绪论 (1)

1.1 课题背景及研究意义 (1)

1.2 微波天线的研究现状 (2)

1.3Ansoft HFSS软件简介 (3)

1.4 论文的主要工作 (4)

第二章微带天线概述 (4)

2.1 微带天线简介 (4)

2.2 微带天线主要特性参量 (6)

2.3 微带天线的辐射机理及馈电方式 (11)

2.3.1微带天线的辐射机理 (11)

2.3.2 微带天线的馈电方式 (12)

2.4 微带天线的分析方法 (13)

第三章L型探针馈电微带天线理论分析 (15)

3.1L型探针馈电微带天线介绍 (15)

3.2微带天线基本模型 (16)

第四章L型探针馈电微带天线的仿真及结果分析 (19)

4.1天线的设计指标 (19)

4.2创建L型探针馈电微带天线模型 (19)

4.2.1创建天线模型的基本步骤 (19)

4.2.2创建完成的天线模型 (20)

4.3天线模型仿真结果 (22)

4.4L型探针馈电微带天线的优化设计及分析 (23)

4.4.1L型探针馈电微带天线的优化分析 (23)

4.4.2L型探针反馈微带天线的仿真结果分析 (28)

第五章结论 (31)

参考文献 (32)

致谢 (34)

第一章绪论

1.1 课题背景及研究意义

微带天线由于其重量轻、剖面低、成本低廉、设计较灵活，而且易和集成电路等电路相结合等优点得到了越来越广泛的应用，比如无线电通信、电视、广播、导航、雷达、电子对抗、射电天文、遥感等通信系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来进行工作。此外，在用电磁波传送能量方面，非信号的能量辐射也需要天线。天线一般都是具有可逆性的，也就是同一副天线既可用作发射的天线，又可用作接收的天线。根据天线的互易定理同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。

近年来，随着移动通信系统业务的不断增加，通信设备不断朝着小型化方向发展，对天线体积，集成化及工作频段的要求也越来越高。微带天线以它的体积小，剖面比较低，便于集成，生产造价低等特性以及良好的性能，受到越来越广泛的关注。在某些通信场合，所用的频段很高，使得传输波长短。为此必须采用一定措施进一步减小微带天线的尺寸。现代移动通信要求天线需要具有宽频带工作的能力。在必须考虑大小，重量，价格，易安装等特性要求，以及应用于符合气体动力外观等因素的飞机、全球定位系统以及卫星的情况下，无线通讯以及移动通讯等诸多高度发展的通信系统中低剖面都是迫切需要的。这是由于低剖面的结构能够适应平贴在任何外观特性的平面或曲面上，易制作，并且具有容易与微波集成电路集成等优点。设计和研究性能优良的频带宽度宽的微带天线是本设计的主要工作。

但是微带天线的主要限制是其带宽的狭窄。现在的努力已经集中到适

当的提高天线的带宽上。经过数十年的发展,很多研究学者提出了拓展微带贴片天线带宽的方法，其中采用L型探针馈电的方式得到了很多关注, 并广泛应用于现代移动通信系统中。基于这种技术, 本文就是从传统的微带贴片天线出发，针对微带天线窄带宽的特点，设计出宽频带特性L型探针馈电微带天线，利用L型探针馈电技术有效解决阻抗带宽较窄的问题。并利用Ansoft公司的HFSS软件对天线的结构和性能进行了仿真分析[1,2,3]。

1.2 微波天线的研究现状

早在1953年G. A. D schamps教授就提出微带贴片天线的概念[4]，但是当时并没有得到足够的重视，在20世纪中叶到60年代只有一些零碎的研究，真正的开始发展和使用是在70年代。直到20世纪80年代后，对敷铜以及敷金的介质基片的光刻技术得到长足的发展，并且研究人员研究出较好的理论模型后引起诸多学者的重视，实际的微带天线才制造出来。在20世纪80年代末90年代初，国内也有这方面的专著出版。从此以后，微带天线得到了各国天线研究界广泛的研究和发展，从而使微带天线获得了多种应用，并且形成了微波天线中一种独特的天线类型。微带天线一般应用的频率范围是1～50GHz，对于相对特殊的天线频率也会在几十MHz。和常用微波天线相比，有如下优点：(1)体积小，重量轻，低剖面，能够适应于任何平面或曲面的外观特性低剖面的结构。(2)易集成，能和大量无源器件、有源器件、电路集成。(3)电性能多样化，易于得到各种极化，对于微带元的设计不同，其最大辐射方向可以在边射到端射范围内变化。

目前微带天线的研究主要集中在小型化、宽带化、多频段、多极化、分形技术等几个方面[5]。

1.3Ansoft HFSS软件简介

HFSS是由Ansoft公司推出的三维电磁场仿真软件。HFSS提供了一简洁直观的用户设计界面。场解器实现了精确的自适应；后处理器拥有空前强大的功能，而且电性能的分析能力相比之前的软件得到很大提高，任意形状三维无源结构的电磁场场量和S参数都能得到精确计算[5]。使用HFSS，可以用于计算：(1)远近场辐射问题和基本电磁场数值解的计算；(2)谐振解以及结构的本征模计算；(3)端口阻抗的归一化S参数；(4)端口传输常数和特征阻抗。HFSS软件天线设计功能强大，它可以计算天线参量，如3dB带宽、方向性、增益和远场方向图剖面；绘制天线的极化特性。Ansoft HFSS 的界面直观、易于使用且可以用于建立任意三维无源器件模型[6]。创建一个设计包括步骤如下：

1．启动HFSS软件，新建一个工程文件，保存路径必须全英文。

2．设置求解类型，确定如何收敛和激励。HFSS有三种求解类型，终端驱动、模式驱动和本征模。

3．创建结构模型。HFSS三维模型创建能力强大，简单的实体建模中，直接使用HFSS中提供的基本图形即可，在创建每一个基本结构单元时，HFSS都会提示确定其属性，默认的材料特性是真空。

4．设置边界条件和激励；边界条件主要包括：理想导体边界（Perfect E）、辐射边界条件（Radiation)；激励主要包括波端口激励、集总端口激励。

5．求解设置包括定义求解频率，扫频范围。

6．设计检查、运行仿真计算。

7．数据处理，查看运行结果，包括增益大小、S参数、辐射方向图、电磁场场分布。

8．进行优化设计得到最优解。

1.4 论文的主要工作

本文根据现代卫星通信下行传输信号频段3.2GHz ~ 4.4GHz频段设计出L型探针馈电微带天线。具体的内容安排如下：

第一章：绪论，简单介绍了L型探针馈电微带天线研究背景和现状，仿真软件及全文内容安排。

第二章：简单地介绍了微带天线的基本理论，包括:微带天线的工作机理、理论分析方法及理论模型相关的理论。并且介绍了拓宽天线带宽的方法。

第三章：对L型探针馈电微带天线进行介绍，并将它相对于普通天线的优点进行了分析。

第四章：通过Ansoft HFSS对微带天线的结构设计和软件仿真，设计优化及分析，设计了要求中的的微带天线，通过得到的反射系数、方向图及驻波比图与设计要求及理论进行比较，验证仿真的正确性。

第五章：对本文内容作了总结。

第二章微带天线概述

2.1 微带天线简介

微带天线之中最常见的形式是微带贴片天线，是在七十年代初期研究成功的一种新型天线，如图2.1所示。微带贴片天线是在一个薄介质基上，

其中一面附上金属薄层作为接地板，而另一面贴上一定形状的金属导体贴片。微带天线是一种平面天线[7]，微带线或同轴线一类馈线通常被利用来为天线进行馈电，使得激励在接地板与导体贴片之间产生，从而产生了射频电磁场，并且通过接地板与贴片边缘之间的缝隙向外辐射的。它的基片厚度与波长相比相对来说一般很小，因而它能实现平面上的小型化。微带天线与常用的微波天线相比，它有以下一些优点：体积较小，重量轻，低剖面，能与载体共形，它制造简单，成本低；在电器上的特点是可以得到单方向的宽瓣方向图，它的最大辐射方向在平面的法线方向上，易于和微带线路集成起来，易于实现线极化或者圆极化。并且由于不扰动装载的宇宙飞船的空气动力学性能，因此无需作大的变动，天线就能很容易地装在导弹、火箭和卫星上，另外微带天线适合于组合式设计（固体器件，如振荡器、放大器、可变衰减器、开关、调制器、混频器、移相器等可以直接加到天线基片上）。在实际应用系统中，微带贴片天线已大量应用于大约100 MHz- 100 GHz的宽广频域，包括卫星通信、雷达、遥感、制导武器以及便携式无线电设备上。相同结构的微带天线能组成微带天线阵，从而获得更高的增益以及更大的带宽。所以微带贴片天线越来越得到广泛的应用与重视[8,9,10]。

图2.1微带贴片天线

2.2 微带天线主要特性参量

天线的特性参数主要有输入阻抗，极化特性，频带宽度，方向性等。下面就简单介绍一下天线特性参数[11-14]。

1.输入阻抗

天线阻抗简单地讲就是天线在馈电点电压和电流的比值。由于在天线各点的电压和电流的分配不尽相同，各点的阻抗也不相同，其中馈电点的阻抗最为重要。为使无线电收发器具有最佳的功率传送，这点的阻抗应该和馈线电缆的阻抗相同，设计天线时，一个很重要的工作是使天线输入阻抗和标准馈线的特性阻抗匹配。天线与传输线之间的阻抗匹配的好坏将直接影响信号的传输效率,天线的输入阻抗等于传输线的特性阻抗，才能使天线获得最大功率，即实现阻抗匹配。匹配越好，反射越小，驻波系数(VSWR)就越小。

2.极化特性

指一个发射天线辐射时，其最大辐射方向上，电场矢量随着时间变化

在空间显示出的轨迹称为天线极化。天线辐射的电磁波的极化形式决定了

天线的极化形式。天线的极化可分为线极化天线、椭圆极化天线和圆极化

天线。当有地面时，线极化又分为垂直极化和水平极化。圆极化又可以分

为右旋圆极化和左旋圆极化。

3.带宽

频率与天线的电参数息息相关，当工作频率偏离设计频率时，天线参

数往往会发生变化。天线所规定的电参数在工作频率发生变化时不应超出

指定的范围，这里的频率范围称为频带宽度，简称为天线的带宽。一般用

电压驻波比<2或小于-10dB 来定义[15]。

4.方向性

天线的方向性函数是在距离天线一定距离的位置处，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；天线的方向图是在距离天线

一定距离的位置处，描述天线辐射的电磁场强度在空间的相对分布的图形。

方向图的主瓣通常为最大辐射波束。主瓣旁边的几个小的波束叫旁瓣。

5.增益

天线增益是被研究天线在辐射最强方向的辐射强度与各向同性天线

（与被研究天线具有同等输入功率）在同一点所产生的最大辐射强度的比

值，是在波阵面某一给定方向天线辐射强度的量度。 π

4馈入天线总功率

率单位立体角最大辐射功=G (2.2.1)

天线方向性与天线增益定义略有不同。

4总的辐射功率

率单位立体角最大辐射功=D G (2.2.2)由于天线存在损耗，天线的辐射功率比输入功率要小一些，即在数

值上天线增益要比天线方向性小。

理想天线能在某一立体角内把全部馈入天线的功率辐射出去，且满足

在立体角内均匀分布。在理想情况下，数值上天线增益与天线方向性大小

相等。

(2.2.3)

在同样距离和相同输入功率条件下，天线方向图上最大功率密度和理

想全向天线（此时的效率为100%）的辐射功率密度之比定义为天线的增

益。按公式来即

(2.2.4)

6.驻波系数和行波系数

为了定量描述传输线上的行波分量和驻波分量，引入驻波系数和行波

系数[16]。

传输线上最大电压(或电流)与最小电压(或电流)的比值，定义为驻波系

数或驻波比，表示为

(2.2.5)

传输线模型如图2.2所示，线上每一点的电压为入射波电压与反射波电压

的叠加。

图2.2 传输线上的入射波和反射波

驻波系数和反射系数的关系可导出如下

()()()()()[]z z U z U z U z U 'Γ+'='+'='+-+1

(2.2.6)

故得

(2.2.7)

(2.2.8)

行波系数定义为传输线上最小电压(或电流)与最大电压(或电流)的比值，即

(2.2.9)

显然：

(2.2.10)

7.效率

效率有天线效率与辐射效率。因为存在损耗以及入射波存在反射，天

线不可能把入射功率全部提供到天线的输入端口作为天线的输入功率。同

时，也不可能把从馈线输入给他的输入功率全部辐射出去，如介质中的介

质损耗、天线导线中的热损耗等使得馈线的输入功率总有一部分要损耗掉。

为了便于对概念的理解，先将天线的有关的基本功率定义如下：

输入功率：指天线从外部设备得到的功率。

入射功率：指天线从发射机等得到的功率。

辐射功率：指除去损耗，天线把发射机提供的功率辐射出去的功率。

损耗功率：指由于介质、导线或者地电流等而损耗的功率。

反射功率：指反射回来的功率。

根据以上定义，可得到：

(2.2.11)

8.品质因素

微带天线的品质因数包括辐射品质因数、介质损耗品质因数、导体损耗品质因数和表面波损耗品质因数四个部分[17]。它们的关系如下：

(2.2.12)

可表示为

(2.2.13)

式中为辐射缝隙的等效导纳，Z为微带线的特性阻抗。

可以表示成

(2.2.14)

式中为基底的介质角正切值。为基底的磁损耗角正切值。

可以表示成

(2.2.15)

式中是天线的电导率，一般情况下认为，所以对天线总的品质因数的影响非常小。如果天线的表面波较低，也可以忽略不计。那么天线总的品

质因数就可近似地表达成

(2.2.16)

9.交叉极化电平

交叉极化电平是用来衡量天线极化纯度的一个量，定义为交叉极化场强幅度与主极化场强度之比的平方，一般用dB表示。

(2.2.17) 2.3 微带天线的辐射机理及馈电方式

2.3.1微带天线的辐射机理

微带天线的辐射是由准模传输线、开在地板上的缝隙或贴片产生。图2.3所示的矩形贴片微带天线尺寸为，通常b是半个波长。可以认为辐射元两开路边上的边缘场产生辐射场。将边缘场分解为与接地板相对应的切向和法向分量。由于微带天线中辐射元的长度，所以两个法相分量方向相反。在边射方向上两个分量产生反相的远区场互相抵消。而与接地板平行的切向电场方向是相同的，它们在远区的合成电场在边射方向上相加，在边射方向上得到的辐射场最大。这就是微带天线得到的辐射是单向的原理[18]。

图2.3矩形微带天线辐射结构

2.3.2 微带天线的馈电方式

由于结构的多样性，微带天线激励方式也就存在多样性，微带天线的性能和尺寸受微带天线的馈电方式的影响很大。目前，根据馈电结构的不同，常用的微带馈电方法有以下三种[19,20]:

1．同轴线馈电

同轴线馈电时，接地板与外导体连接，贴片与穿过接地板上的小孔及介质基片的内导体连接。用同轴线馈电的优点是：可在贴片内任意所需位置选馈电点，便于匹配；同轴电缆在接地板下方，天线面的辐射不会受到干扰。而不便于集成是同轴线馈电结构的缺点。

2．微带线共面馈电

微带天线最常用的馈电方式是微带线共面馈电，不仅结构简单而且经济，但微带馈电线与接地板共面。馈电线本身的辐射会导致旁瓣电平的升高和交叉极化。另外，微带馈线位置的选取会影响天线的增益和频带宽度。

3．电磁耦合型馈电

贴近式馈电是电磁耦合型馈电在结构上的共同特征，因此便于层间连接。在多层阵天线中，由于接地板与贴片之间的间隔比较大，从而能获得较宽的频带；同时，馈线较接近接地板可以减小了馈电网络的辐射干扰。

2.4 微带天线的分析方法

求解天线周围空间的辐射场是微带天线分析的基本问题，辐射场情况得到后进而求解天线的增益、输入阻抗、方向图、S参数、频带宽度等参数。微带天线分析方法有多种，如传输线模型、模式展开法、矢位法、谐振腔模型法以及并矢格林函数法等。本文主要介绍两种常用的分析方法：腔模理论和传输线法，两种理论以矩形贴片天线做物理模型介绍的[21]。

1．传输线法

分析微带天线的方法中比较传统的是传输线法，这也是比较简单的方法。传输线法的物理模型如图2.4所示。传输线法适用于矩形微带天线。此方法的有以下两个基本假设：

(1)微带贴片和金属接地板构成一段微带传输线，传输准TEM波。馈电方式和馈电位置决定了波的传输方向。线段长度，准TEM波在微带天线中的传输波长为。在某一时刻，场在边为常数，而在传输方向即L边是驻波分布。

(2)微带传输线的始端和末端两个开口端，即L的两端，近似等效为两个辐射缝，传输线开口端的场强即为缝口径的场。可以把缝平面看作位于微带贴片的延伸面上，（将开口面向上折转90度），则开口场强随之折转。

图2.4传输线法模型

利用传输线法合理地解释了辐射原理，模型中将微带看作一个场在横向W方向没有变化，在长度L方向，电场为余弦变化的线型辐射器件。贴片可表示为相距，产生同相激励并向地板以上半空间辐射的两个缝隙。传输线模型虽然局限用于矩形微带天线和微带振子天线，但由于传输线法特性公式简单，计算量小，适合工程上的使用。

2．腔模理论

为解决传输线法适用范围的局限，从而提出的腔模理论方法。腔膜理论又分为单膜理论和多膜理论，在单模理论中人们借用微带谐振腔的分析方法，建立了腔模理论。这是因为微带谐振腔与谐振式微带天线在形式上没有显著的区别。在分析微带谐振腔时，一般先要确定腔中的一个主模，再根据其边界条件来计算输入阻抗、品质因数和谐振频率等天线的基本参数。但是在单模理论中，我们认为谐振腔中仅存在一种主模式，这是有局限的。因为只有当工作频率正处于该模式的谐振频率上时，或该模式和激励源的场分布完全匹配时才是成立的。由于这样的局限，我们需要采用多

模理论模型。因为事实情况下，当引入具体的激励源时，就会激励产生多种模。用无限正交模表示腔内场，因而能比较准确地表示腔内场分布，这就是多模理论分析方法，使人们对微带天线的工作特性有更深入的物理理解[22]。

矩形微带天线在腔模理论中被看作一个磁壁腔。规定腔的边界条件，确定腔中的一个主模，从而计算出输入阻抗、品质因数和谐振频率等。腔模理论有两个基本假设：

(l) 在微带贴片的边界上，电流沿侧壁H的切向分量为零，因为没有垂直于边界的分量，故腔的侧壁可假设为磁壁。即谐振腔可视为周围为磁壁，上、下为电壁的腔体。

(2) 由于腔高度，可认为腔内电场不随z而变，且仅有分量。而且=0，因此腔内的场是与z轴无关的二维场。

采用腔模理论分析天线，第一步要先求解腔中的电场，第二步由边缘电场的切向分量求得边缘的等效磁流，第三步再由等效磁流计算辐射场。

第三章L型探针馈电微带天线理论分析

3.1L型探针馈电微带天线介绍

研究者们不断追求提高微带天线的性能。影响微带天线性能的一个重要方面是馈电方式的选择。微带天线常见的馈电方式主要有孔耦合馈电、缝隙耦合馈电、探针馈电还有微带线馈电等。微带贴片天线中用的比较多的一种馈电方式是探针馈电。对于介质层比较厚的微带天线，当采用探针馈电时探针比较长会导致天线输入阻抗的电感性加强而影响天线的带宽。

实验七微带贴片天线的设计与仿真

实验七微带贴片天线的设计与仿真一、实验目的 1.设计一个微带贴片天线 2..查看并分析该微带贴片天线的二、实验设备装有HFSS 13.0软件的笔记本电脑一台三、实验原理传输线模分析法求微带贴片天线的辐射原理如下图所示：设辐射元的长为L，宽为ω，介质基片的厚度为h。现将辐射元、介质基片和接地板视为一段长为L的微带传输线，在传输线的两端断开形成开路，根据微带传输线的理论，由于基片厚度h<<λ，场沿h方向均匀分布。在最简单的情况下，场沿宽度ω方向也没有变化，而仅在长度方向(L≈λ/2)有变化。在开路两端的电场均可以分解为相对于接地板的垂直分量和水平分量，两垂直分量方向相反，水平分量方向相同，因而在垂直于接地板的方向，两水平分量电场所产生的远区场同向叠加，而两垂直分量所产生的场反相相消。因此，两开路端的水平分量可以等效为无限大平面上同相激励的两个缝隙，缝的电场方向与长边垂直，并沿长边ω均匀分布。缝的宽度△L≈h，长度为ω，两缝间距为L≈λ/2。这就是说，微带天线的辐射可以等效为有两个缝隙所组成的二元阵列。四、实验内容利用HFSS软件设计一个右手圆极化天线，此天线通过微带结构实现。中心频率为2.45GHz，选用介质基片R04003，其介电常数为εr=2.38，厚度为h =5mm。最后得到反射系数和三维方向图的仿真结果。五、实验步骤 1.建立新工程了方便建立模型，在Tool>Options>HFSS Options中讲Duplicate Boundaries with geometry 复选框选中。 2.将求解类型设置为激励求解类型：（1）在菜单栏中点击HFSS>Solution Type。

基于HFSS矩形微带贴片天线的仿真设计报告

.. .. .. 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容：矩形微带天线仿真：工作频率7.55GHz 天线结构尺寸如表所示：名称起点尺寸类型材料 Sub -14.05，-16，0 28.1，32，0.794 Box Rogers 5880 （tm）GND -14.05，-16，-0.05 28.1，32，0.05 Box pec Patch -6.225，-8，0.794 12.45 , 16, 0.05 Box pec MSLine -3.1125，-8，0.794 2.49 , -8 , 0.05 Box pec Port -3.1125，-16，-0.05 2.49 ,0, 0.894 Rectangle Air -40，-40，-20 80，80，40 Box Vacumn 一、新建文件、重命名、保存、环境设置。（1）、菜单栏File>>save as,输入0841，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)、插入模型设计（2）、重命名

输入0841 (3)点击创建GND,起始点：x:-14.05，y:-16，z:-0.05，dx:28.1,dy:32,dz:0.05 修改名称为GND, 修改材料属性为 pec， (4)介质基片：点击，：x:-14.05，y:-16，z:0。dx: 28.1，dy: 32，dz: 0.794，修改名称为Sub，修改材料属性为Rogers RT/Duriod 5880，修改颜色为绿色，透明度0.4。

微带线天线研究..

微带天线研究摘要通信系统的发展带来了天线行业的勃勃生机，在众多的天线类型中微带天线已成为当前研究的前沿之一，很具有研究前景与实用意义。特别是微带缝隙天线，以其重量轻、剖面薄、平面结构且易与载体共形，馈电网络可与天线结构一起制成等优点已经引起天线工作者的广泛关注。本文简要介绍了微带天线和微带缝隙天线的分类、分析方法、主要参数，然后提出了一种三角形缝隙微带天线。在介质基板的一面一个三角形缝隙，另一面采用一个等腰三角形微带线进行馈电。通过仿真给出了天线的s参数，VSWR和方向图。关键词：天线参数，微带天线，微带缝隙天线，三角形缝隙微带天线设计

目录一、绪论 (3) 1.1 简介 (3) 1.2 微带天线的发展 (3) 1.3 微带天线的特点 (3) 二、微带天线基本知识 (4) 2.1 微带天线的辐射机理 (4) 2.2微带天线的分析方法 (4) 2.3微带天线的主要电参数 (5) 2.3.1 输入导纳 (5) 2.3.2 辐射电阻和品质因数 (5) 2.3.3 带宽 (6) 2.3.4 方向性系数、增益和天线效率 (6) 2.3.5 方向图 (7) 2.4 激励方法 (7) 2.4.1 微带馈电 (7) 2.4.2 同轴线馈电 (8) 三、微带缝隙天线 (8) 3.1 矩形缝隙天线 (9) 3.1.1 输入阻抗 (9) 3.1.2 方向图 (11) 3.2 环形缝隙天线 (11) 3.3 锥形缝隙天线天线 (12) 四、三角缝隙宽缝微带天线 (13) 4.1 天线设计与性能 (13) 4.2 软件仿真 (14) 参考文献 (15)

一、绪论 1.1简介微带天线（microstrip antenna）是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：①贴片形状是一细长带条，则为微带振子天线。②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。 1.2 微带天线的发展微带天线的概念早在1953年就由Deschamps提出，但是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，从70年代起，由于微波集成技术的发展以及各种低耗介质材料的出现，微带天线的制作得到了工艺保证。微带天线随着应用领域的快速扩展而开始被广泛的研究和使用。1970年出现了第一批实用的微带天线。这以后微带天线的研究有了迅猛的发展。新形式和新性能的微带天线不断涌现，其中，许多学者和工程师对微带天线的双频、多频操作进行了大量的研究应用。早期发展的结构为堆叠式与共平面式的结构，之后随着频率比、极化要求以及整体天线体积上的要求，并配合不同的馈入方式而有各种不同设计结构出现。例如有使用多个寄生元件或两个独立辐射元件的结构，有利用单一馈源或同时使用两个独立馈源在不同位置的设计，也有利用植入电抗性负载的设计，这些电抗性负载广义而言包括短路同轴微带，嵌入的微带线，短路棒、变容二极管、槽孔等等。在解决微带天线窄频带特性的问题上，各种设计不断推陈出新，所利用的方法也不断被开发并互相结合。例如有使用低介电常数的厚介质基底的设计，植入贴片电阻等损耗性元件的设计，植入集成式电抗性负载的设计，在馈入端设计匹配网络、堆叠结构的设计，寄生元件的设计，植入槽孔以及利用槽孔耦合馈电的方式等等。但是上述方法也存在不足，有时会影响天线其它性能指标。例如，使用短路探针加载，在缩减天线尺寸的同时，对带来一些缺点，一方面使阻抗匹配依赖于短路探针的位置及其馈电点的距离，给制造公差提出了苛刻的要求，另一方面是带宽缩减，如若使用电抗性元件加载同样会造成带宽缩减，如若使用电阻性器件，虽然有助于展开频带，但是电阻性元件对能量的消耗将降低天线的效率。因此，如何在实现小型化微带天线多频段、宽频带工作性能的同时，兼顾其它天线性能指标，如效率、增益、极化等，已经逐渐成为微带天线研究的热点和难点。 1.3 微带天线的特点微带天线一般应用在1GHZ---50GHZ，特殊的微带天线也可用在几十兆赫。它的特点主要有：（1）体积小，重量轻，低剖面，能与载体共型，除了在馈电点处要开出引线孔外，不破坏载体的机械结构，不影响载体的空气动力学性能。（2）天线的散射截面较小；不需要背腔。（3）电性能多样化。不同设计的微带元，其最大辐射方向可以从边射到端射范围内调整；可以工作在双频或多频；稍稍改变亏点位置就可以得到线极化和圆极化。（4）能和有源器件，电路集成为统一的组件，适合组合式设计；利于大规模生产，降低了成本。（5）频带较窄；增益低。（6）有损耗，因此效率较低。（7）端射性能差；可能存在表面波。（8）单个微带天线的效率容量较低。

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/d74243996.html,。

实验一：微带天线的设计与仿真

实验一：微带天线的设计与仿真一、实验步骤、仿真结果分析及优化 1、原理分析：本微带天线采用矩形微带贴片来进行设计。假设要设计一个在2.5GHz 附近工作的微带天线。我采用的介质基片， εr= 9.8, h=1.27mm 。理由是它的介电系数和厚度适中，在2.5GHz 附近能达到较高的天线效率。并且带宽相对较高。由公式：2 /1212-?? ? ??+= r r f c W ε=25.82mm 贴片宽度经计算为25.82mm 。 2 /1121212 1-?? ? ?? +-+ += w h r r e εεε=8.889； ()()()()8.0/258.0264.0/3.0412.0+-++=?h w h w h l e e εε ?l=0.543mm ；可以得到矩形贴片长度为： l f c L e r ?-= 22ε=18.08mm 馈电点距上边角的距离z 计算如下： ) 2( cos 2 ) (cos 2)(5010 22z R z G z Y e r in ?===λεπβ 2 20 90W R r λ= （0λ<

计算结果：在这类介质板上，2.5GHz 时候50Ω传输线的宽度为1.212mm 。 2、计算基于ADS 系统的一个比较大的弱点：计算仿真速度慢。特别是在layout 下的速度令人无法承受，所以先在sonnet 下来进行初步快速仿真。判断计算值是否能符合事实。 sonnet 中的仿真电路图如下： S11图象如下：可见，按照公式计算出来的数据大致符合事实上模拟出来的结果。但是发现中心频率发生了偏移，这主要是由于公式中很多的近似引起的。主要的近似是下面公式引起 2 20 90W R r λ= （0λ<

基于ADS的微带缝隙天线的仿真设计

课程设计说明书题目：基于ADS的微带缝隙天线的仿真设计学院（系）：年级专业：学号：学生姓名：指导教师：教师职称：

基于ADS的微带缝隙天线的仿真设计摘要：通信系统的发展带来了天线行业的勃勃生机，在众多的天线类型中微带天线已成为当前研究的前沿之一，具有广阔的前景与实用意义。特别是微带缝隙天线，以其重量轻、剖面薄、平面结构且易与载体共形，馈电网络可与天线结构一起制成等优点已经引起天线工作者的广泛关注。本文就设计一个中心频率工作为880MHz，相对带宽为B=5％，介质板厚度h=1.6mm，损耗角正切tanδ=0.0018，介电常数为Er=2.3的微带缝隙天线展开研究以及仿真和优化。关键词：ADS；微带缝隙天线；仿真设计； Design of microstrip slot antenna based on ADS simulation Abstract: Communication system development has brought the antenna the vitality of the industry, in many types of antenna microstrip antenna has become one of the forefront of current research, has broad prospects and practical significance. Microstrip slot antenna, in particular, with its light weight, thin section, flat structure and easy with conformal carrier, feeding the advantages of network can be made with the antenna structure has caused extensive concern of antenna workers. In this paper, the design of a work center frequency is 880 MHZ, relative bandwidth is B = 5%, medium plate thickness h = 1.6 mm, loss tangent tan delta = 0.0018, the dielectric constant of Er = 2.3 microstrip slot antenna study and simulation and optimization. Key words: ADS; Microstrip slot antenna. The simulation design; 学习目的

微带天线仿真设计(5)讲解

太原理工大学现代科技学院微波技术与天线课程设计设计题目：微带天线仿真设计（5）专业班级学号姓名指导老师

专业班级学号姓名成绩设计题目：微带天线仿真设计（5）一、设计目的：通过仿真了解微带天线设计二、设计原理： 1、微带天线的结构微带天线是由一块厚度远小于波长的介质板（成为介质基片）和（用印刷电路或微波集成技术）覆盖在他的两面上的金属片构成的，其中完全覆盖介质板一片称为接触板，而尺寸可以和波长想比拟的另一片称为辐射元。微带天线的馈电方式分为两种，如图所示。一种是侧面馈电，也就是馈电网络与辐射元刻制在同一表面；另一种是底馈，就是以同轴线的外导体直接与接地板相连，内导体穿过接地板和介质基片与辐射元相接。微带天线的馈电（a ）侧馈（b ）底馈 2、微带天线的辐射原理用传输线模分析法介绍矩形微带天线的辐射原理。矩形贴片天线如图： … …………… …… …… …… … …装 …… …… …… …… … …… …… …… 订… …… … …… …… …… …… …… … …线 …… …… …… …… … …… …… ……

设辐射元的长为L，宽为ω，介质基片的厚度为h。现将辐射元、介质基片和接地板视为一段长为L的微带传输线，在传输线的两端断开形成开路，根据微带传输线的理论，由于基片厚度h<<λ，场沿h方向均匀分布。在最简单的情况下，场沿宽度ω方向也没有变化，而仅在长度方向（L≈λ/2)有变化。在开路两端的电场均可以分解为相对于接地板的垂直分量和水平分量，两垂直分量方向相反，水平分量方向相同，因而在垂直于接地板的方向，两水平分量电场所产生的远区场同向叠加，而两垂直分量所产生的场反相相消。因此，两开路端的水平分量可以等效为无限大平面上同相激励的两个缝隙，缝的电场方向与长边垂直，并沿长边ω均匀分布。缝的宽度△L≈h，长度为ω，两缝间距为L≈λ/2。这就是说，微带天线的辐射可以等效为有两个缝隙所组成的二元阵列。经过查阅资料，可以知道微带天线的波瓣较宽，方向系数较低，这正是微带天线的缺点，除此之外，微带天线的缺点还有频带窄、损耗大、交叉极化大、单个微带天线的功率容量小等.在这个课设中，借助EDA仿真软件Ansoft HFSS进行设计和仿真。Ansoft公司推出的基于电磁场有限元方法（FEM）的分析微波工程问题的三维电磁仿真软件，Ansoft HFSS 以其无与伦比的仿真精度和可靠性，快捷的仿真速度，方便易用的操作界面，稳定成熟的自适应网格剖分技术，使其成为高频结构设计的首选工具和行业标准，并已广泛应用于航

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。

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 ,

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

用ADS设计微带天线

用ADS 设计微带天线一、原理本微带天线采用矩形微带贴片来进行设计。假设要设计一个在2.5GHz 附近工作的微带天线。我采用的介质基片， εr= 9.8, h=1.27mm 。理由是它的介电系数和厚度适中，在2.5GHz 附近能达到较高的天线效率。并且带宽相对较高。由公式：2 /1212-? ? ? ??+=r r f c W ε=25.82mm 贴片宽度经计算为25.82mm 。 2 /1121212 1-?? ? ?? +-+ += w h r r e εεε=8.889； ()()()()8.0/258.0264.0/3.0412.0+-++=?h w h w h l e e εε ?l=0.543mm ；可以得到矩形贴片长度为： l f c L e r ?-= 22ε=18.08mm 馈电点距上边角的距离z 计算如下： ) 2( cos 2 ) (cos 2)(5010 2 2z R z G z Y e r in ?===λεπβ 2 20 90W R r λ= （0λ<

计算结果：在这类介质板上，2.5GHz时候50Ω传输线的宽度为1.212mm。二、计算基于ADS系统的一个比较大的弱点：计算仿真速度慢。特别是在layout下的速度令人无法承受，所以先在sonnet下来进行初步快速仿真。判断计算值是否能符合事实。 sonnet中的仿真电路图如下：

S11图象如下：可见，按照公式计算出来的数据大致符合事实上模拟出来的结果。但是发现中心频率发生了偏移，这主要是由于公式中很多的近似引起的。主要的近似是下面公式引起 2 20 90W R r λ= （0λ<

(重要)ETC 系统5.8GHz 微带二元天线阵列设计与仿真

ETC系统5.8GHz微带二元天线阵列设计与仿真代玲玉1，张立华2 1. 武汉理工大学电信系，武汉（430070） 2. 总装驻3303厂军事代表室，武汉（430200） E-mail：sunlit1986@https://www.wendangku.net/doc/d74243996.html, 摘要：本文介绍了几种常用的天线，简要分析微带贴片天线工作原理，设计一种适用于ETC系统的工作在5.8GHz的微带二元贴片天线阵列。并通过Ansoft HFSS V9.2软件仿真分析，结合Smith V2.0进行阻抗匹配，得到天线的方向图、输入阻抗以及S参数，仿真结果较好，为实际天线制作与测试提供十分有价值的参考信息。关键词：ETC系统；5.8GHz；微带二元天线阵；Ansoft HFSS V9.2；Smith V2.0 1 引言随着社会的高速发展，交通阻塞、拥挤现象日趋严重，各国家利用电子、通信等高新技术来改造现有道路运输系统和管理体系，依此来大幅度提高路网通行能力和服务质量。 ETC(Electronic Toll Collection)即电子不停车收费系统，是一种用于道路、大桥和隧道的电子收费系统。使用该系统，车主通过收费站时不需要停车，耗时不到两秒，该收费通道的通行能力是人工收费通道的5到10倍。 ETC系统通过安装于车辆上的车载装置和安装在收费站车道上的天线之间进行无线通信和信息交换。车辆自动识别技术是其中最重要的技术，采用工作波段在5.8GHz的微波非接触式ID卡来完成识别工作，而天线是实现该项技术的重要元件。其中采用Ansoft HFSS V9.2软件对所需天线进行仿真设计可以直观地看到天线的特性，减少很多工作量，进而更快更准确地设计出符合实际需求的天线[1]。 2天线天线的作用是把传输结构上的导波转换成自由空间波。IEEE官方对天线的定义：“发射或接收系统中，经设计用于辐射或接收电磁波的部分。”时变的电流和被加速的电荷都可以产生辐射，辐射产生的电磁能量能够在空间中传播。天线能够定向辐射和接收电磁能量[2]。天线按照工作性质可以分为发射天线和接收天线；按照用途可以分为通信天线、雷达天线、广播天线和电视天线等；按照波段可以分为长波天线、中波天线和短波天线等。一般常见的天线结构为县天仙、环天线、（反射）面天线、喇叭天线、介质天线、微带天线和裂缝天线等，如图1所示。为了实现特定的工程任务，天线经常也组成天线阵列。线天线环天线微带天线

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

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

一种L型探针馈电的微带共形天线设计

一种L型探针馈电的微带共形天线设计【摘要】微带贴片天线以其剖面小、体积小、结构简单等优点在近年来得到了极大的发展，尤其是运用在机载共形天线上。本文结合L型探针的馈电方式，并综合使用了加载短路探针的方法实现了天线剖面r=198mm，h=25mm的共形化设计，极大降低了天线尺寸、减小了剖面面积，使天线更好的与载体共形并节约载体空间。【关键词】微带共形天线；L型探针馈电；短路探针加载 0 引言共形天线作为机载天线的一种重要形式，必须具有体积小、剖面低、可探测性低、抗损伤性高等特点，因此能够用作共形天线的天线形式主要有各种微带和缝隙天线（也有其它形式但比较少）。而缝隙天线主要是在平板、圆筒或圆柱等结构上直接开槽的一种天线形式，优点是结构简单，但同时也存在着频带窄，在大功率时容易击穿等缺点。相比较起来则是微带天线作为共形天线更为常见。微带天线是一种由薄介质基片，其上用金属沉积矩形、圆形或其他几何形状的辐射元，而背面贴以金属接地板的天线。本文提出的L型探针的馈电方式，使这种微带天线具有结构紧凑、剖面低、辐射效率高、易与载体共形等优点。 1 设计原理 1.1 L型馈电探针的原理该结构相当于空气介质基板的微带贴片天线。天线辐射机理为[1]：L型探针的垂直部分产生感抗，水平部分和贴片之间产生容抗，两者相消产生谐振，使天线呈现宽频带或者多频带。通过与同轴电缆相连，L型探针上将存在交变电场，电场方向为探针水平臂所指方向，交变电场将引起变化的磁场，磁场方向与电场方向垂直。当磁力线垂直穿过贴片时，又将产生变化的电场。这种变化的电磁场经过金属底板的反射后辐射出去。 1.2 微带天线小型化的技术 1.2.1 辐射贴片开槽研究发现，对辐射贴片进行开槽，贴片表面电流的路径将发生弯曲，导致有效路径变长。因此，在贴片几何尺寸保持不变的情况下，采用开槽贴片可以增大天线有效长度，降低天线的谐振频率，从而实现天线小型化。不过，辐射贴片表面开槽也有相应的缺点。天线表面开槽后会有垂直于主激

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