设计4：圆极化微带天线设计PPT幻灯片课件
宽带圆极化微带天线分析与设计
宽带圆极化微带天线分析与设计一、本文概述本文旨在深入探讨宽带圆极化微带天线的分析与设计。
随着无线通信技术的飞速发展，天线作为无线通信系统的关键组成部分，其性能直接影响到整个系统的传输质量和效率。
宽带圆极化微带天线作为一种重要的天线类型，具有宽频带、圆极化、低剖面、易集成等优点，因此在卫星通信、移动通信、雷达系统等领域具有广泛的应用前景。
本文将首先介绍宽带圆极化微带天线的基本原理和特性，包括其辐射机制、极化特性、带宽特性等。
随后，将详细分析宽带圆极化微带天线的设计方法，包括天线尺寸的选择、馈电方式的设计、介质基板的选取等。
在此基础上，将探讨影响天线性能的关键因素，如阻抗匹配、交叉极化、增益等，并提出相应的优化策略。
本文还将通过具体的案例分析，展示宽带圆极化微带天线在实际应用中的性能表现。
通过对比分析不同设计方案下的天线性能，为工程师和研究者在实际应用中提供有益的参考。
本文将总结宽带圆极化微带天线的设计与优化策略，并展望其未来的发展趋势和应用前景。
通过本文的研究，旨在为宽带圆极化微带天线的分析与设计提供理论支持和实践指导。
二、圆极化微带天线的基本原理圆极化微带天线是一种能够在空间中产生圆形极化波的天线，它具有独特的电磁辐射特性，广泛应用于无线通信、雷达探测和卫星通信等领域。
了解圆极化微带天线的基本原理对于其分析与设计至关重要。
圆极化波是一种电磁波，其电场矢量在空间中随时间旋转，形成一个圆形的轨迹。
圆极化微带天线通过特定的设计和构造，能够在其辐射区域内产生这样的圆形极化波。
这种波形的特性在于，无论接收天线的极化方式如何，圆极化波都能在一定程度上被接收，因此具有更好的抗干扰能力和更广泛的适用性。
圆极化微带天线的基本原理主要基于电磁场理论和天线辐射原理。
它通过在微带天线的辐射贴片上引入特定的相位差，使得天线的两个正交分量产生90度的相位差，从而形成圆极化波。
这种相位差可以通过在辐射贴片上刻蚀特定的槽口或引入附加的相位延迟线来实现。
一种共形圆极化微带天线的设计
波； 在 复 杂气 候 条件 下 （ 雨、 雾等） ， 仍 能 满足 通 信 需要 。因此设 计共 形 圆极 化 天线具 有现实 意义 。
对 于 圆柱共形 的 圆极 化微 带天 线 ， 已有 相 关
研究 。文献 ［ ６ ］ 和文 献 ［ ７ ］ 分 别研究 和设 计 了柱 面 共形 的 圆极 化 天 线 阵 列 。 由于 载 体 曲率 半 径 不 同， 天 线性 能有较 大差异 Ｊ 。因此 ， 有必要 研究 圆 柱半 径对 圆极化 共形 天线性 能 的影 响 。 本文 首先设计 了一种共 面波导 馈 电的矩 形缝
察敌方 的 各 种 线 极 化 及 椭 圆极 化方 式 的 无 线 电
手机天线基础知识ppt课件
天线低频部分
塑胶支架 38X6X4
天线高频部分
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20
从右图可见
• 该种 monopole保 持了低频 （1GHz）工 作频带。
• 高频则可有 着与中心频 率比值20% 以上、宽达 几百兆工作 带宽。
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右图为该天线 模型在 1.8GHz频 率下的增益 方向图。
• 最大增益～ 4dBi。
Area of poor coverage directly under the antenna
Side View (Vertical Pattern)
Top View (Horizontal Pattern)
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7
• EIRP（ Effective Isotropic Radiated Power ）
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内置天线结构种类
天线
Pogo Pin 天线
Pogo Pin
PCB 正向使用Pogo Pin的
PCB 反向使用Pogo Pin的
1. Stamping
Stamping热熔到Housing内侧，Stamping伸出spring与手机PCB连接
2. Stamping + Support
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内置平面Monopole出现的现 实意义
• 多模手机对多频段天 线的要求
• Monopole的大带宽和 高增益，足以应付3G 时代跨越2GHz的几百 兆带宽需求。
• 内置平面Monopole结 构灵活，易于与当今 多变的手机结构相配 合
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Feed Strip PCB
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圆极化微带天线的设计与研究
摘要微带天线具有体积小，重量轻，低剖面，制造成本低，易于批量生产，易于和微带线路集成等特点，能得到单方向的宽瓣方向图，易于实现双频段、双极化等多功能工作。
这些优点使得微带天线在大约100MHz～100GHz宽广频域上，广泛应用于包括卫星通信、雷达、遥感、制导武器以及便携式无线电设备。
论文首先回顾了微带天线的发展史，介绍了它的结构、优缺点及应用，然后给出了微带天线的几种分析方法，包括传输线法，空腔模型法，积分方程法等，并介绍了微带天线圆极化的原理和实现方法以及微带天线的馈电方式。
然后在Ansoft HFSS中创建了一个单馈圆极化微带天线和双馈圆极化微带天线，分析了S11和VSWR参数，画出了方向图。
为了实现圆极化，进行了轴比的优化仿真，达到了较为理想的结果。
关键词：微带天线、圆极化、轴比AbstractThe microstrip antennas has the volume to be small, the weight is light, the low section plane, the production cost is low, easy volume production, easy and characteristics and so on microstrip line integration, can obtain the single direction wide petal directional diagram, easy to realize, the double polarization dual range and so on multi-purpose work. These merits cause the microstrip antennas in approximately the 100MHz-100GHz broad frequency range, widely applies in includes the satellite communication, the radar, the remote sensing, the guided weapon as well as the portable wireless apparatus.The paper first reviewed microstrip antennas's history, introduced its structure, the good and bad points and the application, then have given microstrip antennas's several analysis method, including the transmission long-base method, the cavity modeling, the integral equation law and so on, and introduced the microstrip antennas circular polarization's principle and realizes the method as well as microstrip antennas's feed method. Then AnSoft Hfss in the creation of a single-fed circular polarization microstrip antenna and double-fed circular polarization microstrip antenna and double-fed circular polarization microstrip antenna, the analysis of the S11 and VSWR parameters, to draw a pattern. In order to achieve circular polarization, the axis carried on the optimization simulation, to a more satisfactory results.Key words：microstrip antenna；circular polarization; axial ratio目录摘要 (I)ABSTRACT (II)目录 (III)第一章绪论 (1)§1.1微带天线的发展 (1)§1.2微带天线的定义和结构 (1)§1.3微带天线的优缺点 (2)§1.4微带天线的应用 (3)第二章微带天线的原理技术 (4)§2.1微带天线的辐射机理 (4)§2.2微带天线的分析方法 (5)§2.2.1传输线模型法 (5)§2.2.2空腔模型法 (8)§2.2.3积分方程法 (8)§2.3微带天线的馈电方法 (9)§2.4微带天线圆极化技术 (10)§2.4.1圆极化天线的原理 (10)§2.4.2圆极化实现技术 (11)§2.5其他形式的微带天线 (15)第三章圆极化微带天线的仿真与优化 (19)§3.1A NSOFT HFSS高频仿真软件的介绍 (19)§3.2圆极化微带天线的仿真优化 (19)§3.2.1圆极化微带天线的仿真设计 (19)§3.2.2天线轴比的优化 (22)第四章双馈圆极化微带天线的设计 (25)§4.1两路微带等功率分配器的设计与仿真 (25)§4.2双馈圆极化微带天线的仿真分析 (29)§4.2.1创建天线模型 (29)§4.2.2 优化天线模型 (33)致谢 (37)参考文献 (37)第一章绪论§1.1微带天线的发展微带天线的概念早在1953年就已经提出了，但并未引起工程界的重视。
设计4：圆极化微带天线设计
查看输入阻抗和馈电位置的关系
添加L1的参扫：范围7.4mm~9mm，间隔0.2mm
分析结果：①输入阻抗随L1的变大而变大 ； ②当L1=8.8mm时，输入阻抗约为50Ω
优化分析
名称
符号
范围
条件
L1 优化变量
Lc
8mm~9mm 44mm~45mm
dB(S(1,1))
目标函数 dB(AxialRatioVa lue)
② 估算输入阻抗50Ω的同轴馈电点位置： x，y方向距贴片中心均为L1=0.15L=6.9mm
③ 使用HFSS仿真参数和优化功能给出谐振频率为1.575GHz贴片 天线的实际尺寸和实际馈电位置
④ 使用HFSS优化功能求的满足下列要求的贴片尺寸和馈电位置： S11 <-20dB，轴比小于1dB
单馈电圆极化天线HFSS仿真
单馈电圆极化天线实现原理
右旋圆极 化馈电点
dp
W=Lc-a
d
y x
左旋圆极
dp 化馈电点
L=Lc+a
h
FR4 Epoxy
Kalio和Carver Coffey研究 证明，理论上当L/W=1.029 即a=0.0142LC时，TM01和 TM10两个模式的相位差为90o
由实际经验可以得到，此种结构的50Ω馈电点位于贴片对角线 上，且馈电点和辐射贴片顶点的距离dp在（0.35~0.39）d之间。 设馈电点到贴片中心距离为L1，则L1在（0.11~0.15）Lc之间
单馈电圆极化天线实现原理
同轴线的馈电点位于辐射贴片的对角线位置时，可以激发 TM10和TM01两个模式如果让辐射贴片的长宽相同，这样激发 的两个模式的频率相同、强度相等，而且两个模式电场的相位 差为零。若辐射贴片谐振长度Lc，微调谐振长度：L=Lc+a W=Lc-a。前者对应容抗，后者对应感抗，调节a的值，使每一 个阻抗实部和虚部相等（B=G），则两阻抗大小相等，相位分 别为-45和+45，这就满足了圆极化条件
切角圆极化微带天线原理
切角圆极化微带天线原理
切角圆极化微带天线原理是指通过合适的设计和构造，使微带天线能够实现圆极化的辐射特性。
微带天线是一种基于微波集成电路技术的天线，由金属贴片和基底组成。
它具有结构简单、成本低廉、体积小巧等优点，因此在无线通信系统中得到了广泛的应用。
切角圆极化微带天线的原理基于两个主要因素：切角和偶极子辐射。
首先，通过在微带天线的边缘切出一个角度，会产生额外的电流路径，从而改变了天线的辐射模式。
这种切角设计可以在一定程度上增加天线的频带宽度和辐射效率。
其次，天线的设计还包括采用偶极子激励方式，其中两个对称的金属贴片组成一个电偶极子。
通过适当调整偶极子的尺寸和位置，可以实现圆极化的电磁波辐射。
切角圆极化微带天线的工作原理是利用切角和偶极子辐射的相互作用。
当高频电流通过天线时，尺寸和位置合适的偶极子会激发出电磁波，并且通过切角设计实现频率的调整，从而实现圆极化辐射。
其中，圆极化辐射可分为左旋圆极化和右旋圆极化，根据具体需要进行选择。
切角圆极化微带天线的设计需要考虑许多因素，包括基底材料的介电常数、厚度、偶极子的尺寸和位置、切角的角度等等。
这些参数的选取会直接影响到天线的性能，如频率带宽、辐射效率和方向图等。
总结起来，切角圆极化微带天线利用切角和偶极子辐射相结合的设计原理，能够实现圆极化的辐射特性。
它在无线通信系统中具有重要的应用价值，为了提高天线性能和系统性能，设计者需要合理选择和调整天线的参数。
双圆极化微带天线的设计_图文(精)
AnSoft HFss软件进行仿真优化设计,具体尺寸为
1天线大小L51—26.8mm,Ls2—18mm;
2介质板介电常数￡一9.8;
3介质板尺寸Lm一48rnm,厚度H2一H1—2nⅡn。
利用以上尺寸,建立模型仿真结果如图3~图4所示,图3为天线的电压驻波比系数(VSWR,图4为天线辐射方向图,其中。度方向为天线辐射面法线方向。
摘要研究了小型化双圆极化微带天线的设计方法。重点讨论了实现双圆极化、宽波束宽度微带叠层天线小型化的实现方法,并利用仿真软件进行仿真分析,在此基础上研制了样件,对其电性能进行了测量,测量结果表明:此微带天线具有圆极化、宽波束宽度和小型化的特点。
关键词圆极化;宽波束宽度;小型化;微带天线
中图分类号TN821+.1文献标志码A
由图3、图4可以看出天线的两个工作频率VSWR≤2、最大辐射方向轴比Axial Ratio≤2dB, ^一1.616GHz时3dB波瓣宽度为115。,^= 2.49l GHz时3dB波瓣宽度为120。。
一lO
一20
∞一30
相一40
奢
一30
一20
—10
O
1.O1.21.4I.61.8
2.O
邝IIz
(a^=1.616GHz
化特性。
4.结论
研究了小型化双频双圆极化微带天线的设计方法,通过采用叠层天线的设计思路使天线工作在两
个离散的频率点产生不同极化的圆极化波,并通过
6
5
4
3
2
I
凝豫越鲻斟
396电波科学学报第25卷
使用高介电常数减少天线尺寸和展宽波束宽度,增加天线对称结构改善圆极化特性,然后根据Ansoft HFSS软件仿真优化出的结构尺寸,加工了天线样件,样件尺寸为48删m×48删m,其电测的结果也满足了设计指标的要求,该天线已经用于工程实际,有很高的实用推广价值。
微带天线设计
同轴线馈电
10
各种同轴激励示于图3-。 在所有的情况中，同 轴插座安装在印制电 路板的背面，而同轴 线内导体接在天线导 体上。对指定的模， 同轴插座的位置可由 经验去找，以便产生 最好的匹配。使用N型 同轴插座的典型微带 天线示于图3-中。
图3-8 同轴馈电的微带天线
同轴馈电模拟
根据惠更斯原理，同轴馈电可以用一个由底面 流向顶面的电流圆柱带来模拟。这个电流在地 板上被环状磁流带圈起来，同轴线在地板上的 开口则用电壁闭合。如果忽略磁流的贡献，并 假定电流在圆柱上是均匀的，则可进一步简化。 简化到最理想的情况是，取出电流圆柱，用一 电流带代替，类似微带馈电的情况。该带可认 为是圆柱的中心轴，沿宽度方向铺开并具有等 效宽度的均匀电流带，对于给定的馈电点和场 模式，等效宽度可以根据计算与测量所得的阻 抗轨迹一致性经验地确定。一旦这个参数确定 了，它就可以用在除馈电点在贴片边缘上以外 的任何馈电位置和任何频率。当馈电点在贴片 边缘上时，可以认为，在贴片边缘上的边缘场 使等效馈电宽度不同于它在天线内部时的值。 在矩形天线中，等效宽度为同轴馈线内径的五 倍时，可给出良好的结果。
微带天线结构
微带贴片天线
4
微微带天线可以分为三种基本类型：微带贴片天线、微带行波天线和微带缝 隙天线。 微带贴片天线（MPA）是由介质基片、在基片一面上有任意平面几何形状的 导电贴片和基片另一面上的地板所构成。实际上，能计算其辐射特性的贴片 图形是有限的。
正方形
圆形
矩形
椭圆形
五角形 圆环形 直角等腰 三角形
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Z cos L1 jZ w sin L1 Z 0 cos L2 jZ w sin L2 Y1 Y0 0 （3-7） Z w cos L1 jZ 0 sin L1 Z w cos L2 jZ 0 sin L2
双频圆极化微带天线的设计
双频圆极化微带天线的设计本文将探讨双频圆极化微带天线的关键设计因素，包括工作原理、尺寸和性能优化等方面。
我们将确定文章的类型为技术论文，主要面向无线通信领域的工程师和技术人员。
关键词：双频，圆极化，微带天线，设计，工作原理，尺寸，性能优化在无线通信系统中，天线是至关重要的组件之一。
随着通信技术的发展，多频段和圆极化技术已成为现代天线设计的趋势。
其中，双频圆极化微带天线由于其体积小、易共形、低成本等特点而备受。
双频圆极化微带天线的工作原理主要基于微带天线的基本原理。
微带天线由介质基板、辐射贴片和接地板组成。
当电流流过辐射贴片时，就会在贴片周围产生电磁场，从而向外辐射电磁波。
对于双频圆极化微带天线，通常采用多个辐射贴片、缝隙或者耦合器等结构来实现双频段工作。
在尺寸方面，双频圆极化微带天线的设计主要取决于所需的工作频率和天线的性能要求。
一般来说，天线的尺寸会随着工作频率的降低而增大。
因此，在满足性能指标的前提下，应尽量减小天线的尺寸以适应各种应用场景。
在性能优化方面，主要考虑因素包括增益、带宽、轴比、交叉极化等。
通过优化辐射贴片、接地板和介质基板的设计，可以有效地提高天线的性能。
例如，通过采用高介电常数的介质基板可以有效减小天线的尺寸；通过优化辐射贴片的形状和大小可以改善天线的带宽和轴比性能。
双频圆极化微带天线的设计需要综合考虑工作原理、尺寸和性能优化等多个方面。
随着5G、物联网和卫星通信等技术的快速发展，双频圆极化微带天线的应用前景将更加广阔。
未来，可以进一步研究多频段、高性能和更小尺寸的双频圆极化微带天线设计方法，以满足不断发展的通信需求。
可以利用新兴的材料和工艺技术提升天线的性能和集成度，拓展其应用领域。
另外，针对双频圆极化微带天线的测试技术也需要不断完善，以确保天线的性能和质量。
双频圆极化微带天线作为一种先进的通信技术，具有广泛的应用前景。
未来，我们需要在设计方法、材料选择、制造工艺和应用场景等方面进行深入研究，以满足不断增长的通信需求，推动无线通信技术的发展。
第四讲微带天线
第四讲微带天线一、引言上一讲介绍了对称振子和接地单极子天线。
这两种天线本质上属于线天线。
但是手机内置天线往往都不是线天线的形式，常见的PIFA天线和单极子变形天线往往都是平面天线的形式。
尽管在某种程度上它们也和对称振子或接地单极子天线有某种程度的相似性。
在现有理论基础下，由于专门对手机天线进行严格理论分析的论著还很少，所以为更加深入地理解手机天线，我们还有必要了解几种其他类型的天线的一般特性。
这一讲主要介绍微带天线的概念和基本原理。
二、微带天线的结构如下图所示，结构最简单的微带天线是由贴在带有金属地板的介质基片（）上的辐射贴片所构成的。
贴片上导体通常是铜和金，它可以为任意形状。
但通常为便于分析和便于预测其性能都用较为简单的几何形状。
为增强辐射的边缘场，通常要求基片的介电场数较低。
三、微带天线的特点微带天线的典型优点是：1．重量轻、体积小、剖面薄；2．制造成本低，适于大量生产；3．通过改变馈点的位置就可以获得线极化和圆极化；4．易于实现双频工作。
但微带天线也有如下缺点：1．工作频带窄；2．损耗大，增益低；3．大多微带天线只在半空间辐射；4．端射性能差；5．功率容量低。
四、微带天线的辐射机理微带天线的辐射是由微带天线导体边沿和地板之间的边缘场产生的。
这可以从以下图中的情况简单说明，这个图是一个侧向馈电的矩形微带贴片，与地板相距高度为h。
假设电场沿微带结构的宽度和厚度方向没有变化，则辐射器的电场仅仅沿约为半波长（）的贴片长度方向变化。
辐射基本上是由贴片开路边沿的边缘场引起的。
在两端的场相对地板可以分解为法向和切向分量，因为贴片长度为，所以法向分量反相，由它们产生的远区场在正面方向上互相抵消。
平行于地板的切向分量同相，因此合成场增强，从而使垂直于地板的切向分量同相，因此合成场增强，从而使垂直于结构表面的方向上辐射场最强。
根据以上分析，贴片可以等效为两个相距、同相激励并向地板以上半空间辐射的两个缝隙。
对微带贴片沿宽度方向的电场变化也可以采用同样的方法等效为同样的缝隙。
天线原理与设计讲义.ppt
简言之：天线的功能主要有两点： (1)能量转换 (2)定向辐射或接收 无线电通讯线路中的辐射和接收天线示意：
发射系统等效电路：
天线等效电路中最主要的一个参数——辐射电阻Rr。 可以认为天线辐射的电磁波能量全部由Rr吸收。
发射天线空间辐射方向图。
●典型的空间三维方向图
●典型的二维方向图
各种各样的方向图是由各种各样的天线实现的。
■ IE3D软件 ■ FIDELITY软件
(2)在天线技术应用方面
卫星通信技术发展推动了卫星天线和大型地面站天 线的发展，出现了大型平面阵、卡塞格仑天线及各种反 射面天线馈源。
雷达制导、搜索、跟踪、预警技术的应用推动了单 脉冲雷达天线、相控阵天线，多波束天线的发展。
半导体技术的发展使无线电技术向毫米波、亚毫米 波甚至更高频率发展，对天线提出了小型化、集成化、 宽带化等一系列要求，出现了有源天线、微带天线和印 刷天线、印制板开槽天线、表面波天线、共形阵列天线 等。
另外，还有八木天线，对数周期天线、阵列天线。阵 列天线又有直线阵天线、平面阵天线、附在某些载体表 面的共形阵列天线等。
为便于分析和研究天线性能出发，天线可以分为如下 几大类：
(1) 线天线(Wire Antennas) ——(1～6)章
(2) 口径天线(Aperture Antennas) ——(8～10章)
(1)在天线理论方法方面
■几何绕射理论 ■平面波谱展开法 ■时域有限差分法 ■天线近场测量理论
■矩量法 ■有限元法 ■时域积分方程法 ■阵列分析与综合理论
这些理论方法为天线的工程设计奠定了坚实的基础，
随着计算机技术的发展大都形成了计算机仿真的电子自 动化设计软件。
■ HFSS软件 ■ CST软件 ■ FEKO软件
双圆极化微带天线的设计_图文(精)
微带天线的优点是体积小、重量轻、低剖面,其主要缺点是带宽很窄。一般工程中要使微带圆极化天线兼顾双圆极化、宽波束宽度和小型化的特点具有一定难度,在此工程背景上进行了研究,使天线能同时工作在两个离散的频率点,产生不同旋向的圆极化特性[1]。由于圆极化天线带宽很窄,加工时,尺寸稍有误差,便使得圆极化特性变差。采用双馈点馈电,增加天线的对称结构,改善了圆极化特性,最终利用经验公式和仿真软件,设计了工作在两个不同频率点,不同旋向的圆极化天线,并采用高介电常数的介质板来减小天线尺寸,和展宽波束宽度[2喝]。
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(b,o=2.491GHz图6天线实测方向图
表1天线3dB轴比波束宽度数据表
图6的电测试结果和表1表明,天线在两个工作频率点,在很宽的波束宽度范围内有很好的圆极
人,西安电子科技大学教授,博士导
师,博士。主要研究方向为天线理
论与工程及测量,发表学术论文
150余篇,其中,70余篇被EI收录,
出版了专著《天线工程手册》和《天线测量》,编写了《天线近场测量误差分析与系统》。
冯昕罡(1984一,男,陕西
人,西安电子科技大学电磁场与微
波技术专业硕士生,主要研究方向
为阵列微带天线。
2.微带天线的设计
天线的设计要求为天线安装在边长为48mm,四周倒圆角的方形底座上,分别工作在L波段和S波段,其电压驻波比VSwR≤2,轴比Axial Ratio≤2dB。工作频率L波段时产生左旋圆极化波,工作频率S波段时产生右旋圆极化波。
微带天线PPT课件
南京理工大学毫米波技术研究室
微带天线理论与应用
微带天线宽频带技术-基本途径
? 降低等效谐振电路 Q值：增大h,降低介电常数 ? 加厚基片是展宽微带天线频带的有效手段，但基
微带天线理论与应用
微带天线馈电技术
在微带天线的设计中，选择合适的馈电方式 [1]，对 实现所设计的天线性能至关重要。对微带天线进行 馈电的两种基本方式是：（ 1）用微带线馈电；（ 2） 用同轴线馈电。若按馈电技术分类，可概括为 4种 基本技术，包括边沿馈电、探针馈电、口径耦合及 临近耦合。
南京理工大学毫米波技术研究室
南京理工大学毫米波技术研究室
微带天线理论与应用
教材
教材： ? 方大纲著，天线理论与微带天线，科学出版社，2006年 ? 钟顺时著， 微带天线理论与应用， 西安电子科技大学出版社， 1991年
参考资料： 1. 张钧著，微带天线理论与工程，国防工业出版社，1988年 2. (加) 鲍尔,I.J., (加) 布哈蒂亚,P.著，微带天线，电子工业出版社， 1984
南京理工大学毫米波技术研究室
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微带天线的空腔模型-等效电路
南京理工大学毫米波技术研究室
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微带天线的空腔模型-带宽、效率和方向系数
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微带天线理论与应用
微带天线的设计过程
1、选择基片
南京理工大学毫米波技术研究室
微带天线理论与应用
微带天线的设计过程
无线通信系统中, 将来自发射机的导波能量转变为无线电波, 或 者将无线电波转换为导波能量, 用来辐射和接收无线电波的装臵
称为天线。
南京理工大学毫米波技术研究室
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③ 使用HFSS仿真参数和优化功能给出谐振频率为1.575GHz贴片 天线的实际尺寸和实际馈电位置
④ 使用HFSS优化功能求的满足下列要求的贴片尺寸和馈电位置： S11 <-20dB，轴比小于1dB
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单馈电圆极化天线HFSS仿真
查看输入阻抗和馈电位置的关系
添加L1的参扫：范围7.4mm~9mm，间隔0.2mm
分析结果：①输入阻抗随L1的变大而变大 ； ②当L1=8.8mm时，输入阻抗约为50Ω
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优化分析
名称
符号
范围
条件
L1 优化变量
Lc
8mm~9mm 44mm~45mm
dB(S(1,1))
目标函数 dB(AxialRatioVa lue)
1.6mm Lc-Delta Lc+Delta 6.9mm
50mm L1
46.1mm 0.0143*Lc
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查看天线的谐振点
m
f 1.53GHz
S11 -16.89dB
在初始尺寸下的谐振频率为1.53GHz，而设计要求中心频率为
1.575GHz，因此需要参数扫描分析谐振频率和Lc的关系
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查看天线谐振频率和天线尺寸的关系
① 将设计3的设计文件Dual_Patch.hfss改为CP_Patch.hfss并保存
② 添加并修改设计变量 ③ 修改端口位置：选中Port和Feed
Center Position：-L1，L2，0mm ④ 更改求解频率和扫频范围
中心频率：1.575GHz 扫频范围：1.3GHz~1.8GHz
H L0 W0 L1 Length L2 Lc Delta
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单馈电圆极化天线实现原理
右旋圆极 化馈电点
dp
W=Lc-a
d
y x
左旋圆极
dp 化馈电点
L=Lc+a
h
FR4 Epoxy
Kalio和Carver Coffey研究 证明，理论上当L/W=1.029 即a=0.0142LC时，TM01和 TM10两个模式的相位差为90o
由实际经验可以得到，此种结构的50Ω馈电点位于贴片对角线 上，且馈电点和辐射贴片顶点的距离dp在（0.35~0.39）d之间。 设馈电点到贴片中心距离为L1，则L1在（0.11~0.15）Lc之间 2
单馈电圆极化天线设计要求
类型范围：右旋圆极化GPS接收天线 中心频率：1.575GHz 波的轴比：小于2.0dB 馈电类型：单点馈电 介质基片：1.6mm的FR4 Epoxy
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单馈电圆极化天线设计步骤
① 仿照设计2方法计算谐振频率1.575GHz辐射贴片初始尺寸： L=W=Lc=46.1mm 设置微调长度a=0.0143Lc
Freq=1.575GHz
Theta=0 Phi=0
Freq=1.575GHz
<=-20
<=110优化分析源自11优化分析结果12
优化分析
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查看天线优化后的性能
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添加参扫Lc：范围44mm~45.2mm，间隔0.1mm
分析结果：①谐振频率随Lc的变大而降低 ；
②当Lc在
44.4mm~44.5mm之间时，谐振频率在1.58GHz~1.57GHz之间 7
查看输入阻抗和馈电位置的关系
查看当Lc=44.45mm时的输入阻抗
实部 虚部
当工作频率为1.575GHz时，输入阻抗为（32.34+j8.51）Ω， 要使输入阻抗为50 Ω左右，则L1的值必须大于初始值6.9mm。8
单馈电圆极化天线实现原理
同轴线的馈电点位于辐射贴片的对角线位置时，可以激发 TM10和TM01两个模式如果让辐射贴片的长宽相同，这样激发 的两个模式的频率相同、强度相等，而且两个模式电场的相位 差为零。若辐射贴片谐振长度Lc，微调谐振长度：L=Lc+a W=Lc-a。前者对应容抗，后者对应感抗，调节a的值，使每一 个阻抗实部和虚部相等（B=G），则两阻抗大小相等，相位分 别为-45和+45，这就满足了圆极化条件