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基于HFSS多频段贴片天线仿真

作者：薛豆豆陈卓

来源：《科学导报·学术》2017年第10期

摘要：针对无线设备的发展需求，设计了一种可用于第4代和第5代移动通信系统的多

频段天线。该天线采用同轴馈电矩形微带天线结构，在天线两边缘各开一个L型槽实现多频

段，使它在2.35GHz，3.4GHz和4.9GHz的频段能够有效工作。利用电磁仿真软件，研究了槽

的形状，位置和尺寸对天线性能的影响。

关键词：多频段天线；同轴馈电矩形微带天线；边缘开槽

【中图分类号】TN82

【文献标识码】B

【文章编号】2236-1879（2017）10-0221-01

研究前景0

随着通信技术的发展，第五代通信系统正在快速发展中，随着移动通信系统的发展对手持

终端设备的天线也有了较高要求，手机天线必须能工作在所有通信系统工作的频段，但是几代

通信系统工作频段之间有较大差距，要实现全覆盖所有频段有一定难度，对天线要求较高。本

实验先只对能同时工作在4G和5G的天线进行研究，并且主要研究频段为4G频段的

2320GHz～2370GHz，5G频段的3.3GHz～3.6GHz和4.8GHz～5.0GHz两个工作频段。通过调

整微带天线尺寸大小，L型槽的形状，尺寸和位置来设计出工作效率较好满足要求的多频段天

线。

天线结构设计1

对于工作在频率为f的矩形微带天线，可用下式近似计算辐射贴片的大小为

式中：w和l分别为矩形贴片的宽和长；c为光速；ε为介质r基板的介电常数；εe为有效

介电常数；△l为等效辐射缝隙长度.

通过开槽改变了原本的电流分布和路径，由于该天线要实现三频工作，所以至少需要开

两个L形槽，为了观察哪里为L形槽的最佳位置先在贴片上方从左至右开个L形槽观察其电

流分布。用HFSS仿真可知边缘处电流密度较大，中间区域电流密度较小，所以第二个L形槽

同样开在辐射片边缘效果较为明显。当再开一个槽时形成了几个不同的电流回路，就可以形成

不同的工作频段。

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天线参数分析2

对该天线参数进行设计，影响该天线工作频率最大的因素时贴片尺寸大小，根据公式可以

大致计算天线贴片尺寸，并进行仿真实验结果在贴片尺寸L0=18mm，W0=28mm时可以得到

大致所要求的频段。

对L形槽的尺寸进行调节，找出L形槽宽度W和长度L对天线工作频率的影响。

保持W3=4mm不变，改变L3的长度大小，观察工作频率的变化。使L3分别等于4，5，

6mm进行仿真。

由仿真结果可知，当W3保持不变时，L3越小工作频率越大，但是其改变并不明显。并

且在L3=4mm时最接近工作频率。

按照以上方法分别改变L4，W4可得出相同的结论。

对以上参数仿真分析可知改变两个L形槽的长度和宽度可以有效的改变工作频率的大小。

最终天线尺寸为：L0=18mm，W0=28mm，L3=4m，W3=6mm，L4=8.5mm，W4=24mm.

仿真结果分析

仿真结果如图3。首先观察其S参数图，观察其工作频率，以及工作频带。如图4，可以

看出该天线有三个工作频点，分别是1.2GHz，3.4GHz和4.9GHz；其对应带宽为：30MHz，

60MHz和100MHz。

最后对辐射面便面电流进行分析，由原理可知是通过在辐射面上进行挖槽，增加辐射单

元，形成不同的电流回路，从而能在不同的频段上工作，并且改变槽的大小来改变电流回路大

小来改变工作频点。

结束语3

在微带贴片天线的基础上通过开槽的方法来实现天线的多频工作，使之能工作在4G和

5G通信系统上。但是本次实验所设计的天线只能工作在5G通信系统上，在4G通信系统上无

法工作，并且工作带宽不大，要用于实际通信系统还有一定差距，通过以后更深入的学习和实

验，再做进一步的修改和仿真，使之能完全满足工作要求。

参考文献