浅析宽缝天线的仿真(范文大全) .pdfVIP

浅析宽缝天线的仿真（范文大全）

第一篇：浅析宽缝天线的仿真

浅析宽缝天线的仿真

【摘要】本文改进了一种基于宽缝微带天线结构的超宽带天

线．利用HFSS对改进前后进行了仿真计算，给出了反射损耗曲线和辐

射方向图。改进后的天线采用较低的介电常数和较小的薄基板，获得

了更大的阻抗带宽和频率范围。

【关键词】超宽带宽缝天线HFSS仿真

对于超宽带系统，一个很重要的问题就是超宽带天线的研究。因

为对于传统的窄带天线，超宽带天线需要有几个倍频程的阻抗带宽，

而且要求天线在整个超宽带频带宽度中都有稳定的性能。微带天线是

在带有导体接地板的介质基片上贴加导体薄片而形成的天线。它利用

微带线或同轴线等馈线馈电，在导体贴片与接地板之间激励起射频电

磁场，并通过贴片四周与接地板间的缝隙向外辐射。因此，微带天线

也可看作为一种缝隙天线。它具有剖面低、体积小、重量轻、易于加

工、便于获得圆极化的优点，并且非常有利于集成，为一简单矩形贴

片的微带天线。辐射基本上是由贴片开路边沿的边缘场引起的，垂直

于贴片的方向上辐射最强。

微带缝隙天线是微带天线中的一种，因其结构简单、便于排阵等

优点在雷达与通信系统中有着广泛的应用。通常按照缝宽电尺寸的大

小，缝隙天线可以分为窄缝和宽缝两种结构。通常窄缝天线的阻抗带

宽比较窄，而采用宽缝结构则可以获得较宽的工作带宽，并且对制造

公差要求比贴片天线低，在组阵时其单元间隔距离比贴片天线更大。

目前改进技术可归纳为以下两种：改变馈电结构(如T形、十字形、

u形或Pi形等)；改变宽缝形状(包括矩形缝、圆形缝、椭圆缝等以及将

矩形缝旋转或者将矩形缝的直角转为圆角等)。

采用渐变缝隙结构的微带天线可以获得超过100％的阻抗带宽，

并且具有较高的增益，矩形微带馈电的半圆形宽缝天线和三角形微带

馈电的三角形宽缝天线，阻抗带宽分别为l20％和l10％。但上述两种

天线都是制作在FR4的基板材料上的，由于FR4的损耗比较大，降低

了天线的效率，而且两者面积也过大(110mm×110mm)，这也限制

了将其集成到便携通信设备中。

采用低损耗低介电常数的基板材料，保证了天线能有较高的效率，

而且天线的面积也大为减小，造价低廉，使用于小型或者便携无线通

信设备。将贴片的形状加以微小的改进，最后使用HFSS进行仿真计

算，结果表明此天线在整个工作频带范围内具有比较好的全向辐射特

性，因此是一种具有实用价值的超宽带天线。

1.矩形微带馈电的半圆形宽缝天线的仿真分析

1.1天线的仿真

采用仿真软件HFSS10对该天线进行建模仿真，HFSS是基于有

限元方法的高频电磁场仿真分析软件，能对任意三维结构的电磁场进

行分析计算，并能得出特性阻抗、S参数、辐射场、天线方向图等结果。

具体过程如下：

（1）建模

在HFSS中新建立一个工程，设置求解类型为DrivenModal，将

单位设置为mm。在HFSS中先画出介质板，并设置其材料为FR4，

透明度设置为0.8，然后在其上方画具有半圆形宽缝的铜层，按照经验，

厚度选为0.035mm，最后在介质板的下面画出厚度也为0.035的微带

线和正方形贴片，设置其材料为铜，透明度为0.8。

（2）端口

在左侧面的中间设置1.5mm×0.8mm的集总端口，积分线选取该

矩形中心线，按照默认设置选取50欧姆。

（3）空气和边界设置

由于仿真频率选取1GHz~11GHz，所以空气层的厚度选取最低频

率对应波长的四分之一（即75mm），试验中的空气箱选取

265mm×265mm×155mm，并将空气箱的六个面设置为辐射边界。

将上下的铜层的表面设置为PEC边界。

（4）分析设置

将求解的中心频点设置为6GHz，最大步数设为10，每次的最大

散射参量△S设为0.02。将扫描设置为快速扫描，从1GHz~11GHz，

步长选为0.1GHz。

（5）求解

先进行有效性检查，通