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2008年11月吉林师范大学学报(自然科学版)№.4

第4期JournalofJilinNormalUniversity(NaturalScienceEdition)Nov.2008

基于HFSS的不同形状微带贴片天线的仿真设计

张天瑜

(无锡市广播电视大学机电工程系,江苏无锡214011)

摘要:微带贴片天线的贴片形状是影响天线性能的重要因素.通过HFSS软件对矩形微带贴片天线和圆形微

带贴片天线进行设计与仿真,比较了两种不同形状贴片天线的尺寸以及各自的S参数图、方向图和输入阻抗图.

仿真结果表明两种微带贴片天线都存在带宽过窄的问题.综合考虑天线的各项性能指标,矩形微带贴片天线要

优于圆形微带贴片天线.

关键词:微带贴片天线;S参数;方向图;输入阻抗;HFSS仿真

中图分类号:TN823文献标识码:A文章编号:1674238732(2008)0420121205

1引言

(2)可以按用户指定的精度计算多端口结构端口处

的S参数.(3)能以电场强度E和磁场强度H作为

微带贴片天线是一种使用微带贴片作为辐射源基本物理量,从麦克斯韦(Maxwell)方程出发,求解

的天线,它具有剖面低、体积小、重量轻、可共形、易微波元件中的电场和磁场的分布和各种曲线及图

集成、馈电方式灵活、便于获得线极化和圆极化等优形.(4)可以同时分析多个微波元件,即进行并行处

点.目前已在移动通信、卫星通讯、导弹遥测、多普勒理.(5)能够与频域/时域的电路仿真器Nexxim和

雷达等许多领域获得了广泛的应用.其中贴片的形AnsoftDesigner实现动态链接,拥有方便的原理图集

状是影响天线性能的重要因素之一,它直接影响着成和仿真数据的管理,具备功能强大而高效的电磁

天线的带宽、频率、增益等指标.在微带贴片天线的场设计流程.

设计过程中,由于多项技术指标是互相联系、互相影2.2HFSS仿真设计的过程

响的,所以需要对天线的性能指标进行综合考虑,从

而来选择符合实际需要的贴片形状[125].本文通过

(1)设定HFSS软件运行参数,如设定解算类

型、是否复制几何图形的边界、是否打开各工具窗口

Ansoft公司的HFSS软件分别对矩形和圆形两种常等.(2)打开新的工程,并在工程中插入一个或多个

见的微带贴片天线进行设计和仿真,并对其天线性HFSS设计(insertHFSSdesign).(3)根据天线设计时

能进行了比较与分析.的技术指标以及计算所得到的天线参数,如天线的

2仿真设计

尺寸、材料、激励、边界等,获得仿真天线模型[6].(4)

设置仿真天线模型的分析参数,如插入远场设置、解

2.1HFSS仿真软件的介绍算频率、起始频率、终止频率、扫频模式、扫描次数,

高频结构仿真器(HighFrequencyStructureSimu2

并进行校验分析.(5)根据仿真天线模型来获得天线

lator,HFSS)是一款界面友好、功能完备、采用有限元对应的特性图,如S参数图、方向图、输入阻抗图.

法的三维全波电磁场仿真软件,可分析仿真任意三2.3矩形微带贴片天线的设计与仿真

维无源结构的高频电磁场,能直接得到特征阻抗、传设在接地板未开缝的情况下,中心频率fr=

播常数、S参数及电磁场、辐射场、天线方向图等结2.34GHz,接地板的尺寸为50mm×50mm,介质板

果.它广泛应用于航空、航天、电子、半导体、计算机、材料为FR4,相对介电常数εr=4.4,介质板的厚度

通信等多个领域,具有以下特色功能:(1)用户可以h=1.6mm.

通过交互式界面输入高频元件或电路的几何结构、矩形微带贴片天线的各参数通过下列公式计

材料类型、端口位置、端口特性阻抗定义线等参数.

算[7]:

收稿日期:2008207227

作者简介:张天瑜(19802),男,江苏无锡人,现为无锡市广播电视大学机电工程系讲师,江南大学硕士.研究方向:通信、电工电子、控制、小波

领域的研究.

·121·

W

c

2fr

εr+1

2

-1/2

c为光速W为贴片的宽度(1)

矩形微带贴片天线具有相同的中心频率、介质板材

料、相对介电常数及介质板厚度[9].

(εr+0.3)(W/h+0.264)

(εr-0.258)(W/h+0.8)

Δl=0.412h

Δl为等效延伸长度(2)

λg

L=-2Δl