小型化宽带串馈偶极子阵列天线-wsw

题目：小型化宽带串馈偶极子阵列天线

1. 所设计天线的应用背景

随着通信技术的迅猛发展，以及空间利用率的提高，天线的物理尺寸的要求越来越小。并且在特殊的通信系统中，如宽带阵列天线、通信基站等，需要宽频带、稳定的增益和简单的结构。所以偶极子天线的需求越来越高。

2. 设计天线的关键或主要指标等的介绍

该天线采用顶端加载条形偶极子和锥形过渡的形式获得更宽的带宽、更高的增益和更小的尺寸。通过一条微带线和缝隙匹配天线的输入阻抗50Ω，使天线更好地辐射能量。天线的设计指标为：

工作频段：1.7GHz～2.7GHz

驻波比：VSWR<2

增益：6dBi

3. 该类天线发展情况

宽带偶极子天线是近年来比较热门的天线技术，根据其结构和加工方式的不同可将其分为平面单极子和印刷单极子两类：平面单极子是将一个平板结构的金属振子垂直放置在一块尺寸较大的金属接地板上，并通过SMA 射频接头对其进行馈电；印刷单极子是在高性能微波介质基片上刻蚀出振子和接地板，并通过微带线或者共面波导对振子进行馈电。目前国内外大多数宽带偶极子天线都可以看成是下面六类基本结构的变形或优化，其工作原理与基本性能也与这些基本振子天线相似：(a) 三角形(b) 矩形(c) 梯形地(d) 圆形/椭圆形(e) 分形和(f)进化算法优化。

4. 天线结构介绍，包括图，VISIO画的平面三维图等

Substrate 图1天线几何结构

天线的结构如图1所示，天线的中心频率为

02000

f MHz

=(

0154.6mm

λ=)。这个天线由偶极子阵列、一个介质基板、一个u形微带线所组成。u形微带线的宽度w(1.52mm)，它被印刷在厚度h=0.8mm，相对介电常数

r

ε=4.4，损耗正切tanδ=0.02的FR4介质板的上表面。FR4基板的尺寸为100100

pl pl mm mm

⨯=⨯。辐射贴片是偶极子阵列和共面微带线组成，它被放置介质板的下表面的地方。本设计中的天线的馈电方式是缝隙耦合馈电，可以展开一定的带宽。介质板上表面的u形微带线与地面缝隙耦合传导电流。控制缝的宽度和u形微带线的宽度可以很好的耦合。

5. 仿真分析的过程及结果，包括一步一步由HFSS（版本写出）仿真的过程，达到有点基本知识的人都可以按照该步骤达到仿真的结果

1.新建设计工程

（1）运行HFSS并新建工程

双击桌面上的HFSS快捷方式图标，启动HFSS软件。HFSS运行后，它会自动新建一个工程文件，选择【file】→【save as】命令，把工程文件另存为1lcp.hfss文件。

（2）设置求解类型

设置当前设计为模式驱动求解类型。

从主菜单栏中选择【HFSS】→【solution type】命令，打开如图5.1所示的solution type 对话框，选中driven model单选按钮，然后单击按钮，完成设置。

图5.1 设置求解类型

（3）设置模型长度单位

设置当前设计在创建模型时所使用的默认长度单位为mm。

从主菜单栏中选择【modeler】→【units】命令，打开如图5.2所示的set model units对话框。从该对话框中将select units 选项设为mm。然后单击按钮，完成设置。

图5.2 设置长度单位

2 添加和定义设置变量

从主菜单栏中选择【HFSS】→【Design Properties】命令，打开设计属性对

话框。在该对话框中单击按钮，打开Add Property对话框。在Name 文本框中输入第一个变量名称w，在Value文本框中输入该变量的初始值80mm，然后单击按钮，即可添加变量w到设计属性对话框中。变量定义和添加的过程如图5.3所示。

变量名

变量值

图5.3定义变量

使用相同的操作方法，完成其他变量的定义。定义完成后，确认设计属性对话框如图5.4所示。

图5.4 定义所有设计变量后的设计属性对话框

最后单击设计属性对话框中的按钮，完成所有变量的定义和添加工作。

3 设计建模

（1）创建介质基片

创建一个长方体模型表示介质基片，长方体模型的底面位于xoy平面，模型的材质为FR4，并将该模型命名为Substrate。

从主菜单栏中选择【Draw】→【Box】命令或者单击工具栏上的按钮，进入创建长方体的状态，然后在三维模型窗口中创建一个任意大小的长方体。创建的长方体会添加到操作历史树的Solids节点下，其默认的名称为Box1.

双击操作历史树的Solids下的Box1节点，打开新建长方体属性对话框的

Attribute选项卡。把长方体的名称设置为Substrate，设置其材质为FR4，设置其透明度为0.6，如图5.5所示，然后单击按钮退出。

图5.5长方体属性对话框中的Attribute选项卡

再双击操作历史树Substrate下的Command节点，打开新建长方体属性对话框中的Command选项卡，在该选项卡中设置长方体的顶点坐标和尺寸。在Position文本框中输入顶点位置坐标为(-pl*0.5 ,0mm ,0mm)，在XSize、YSize和ZSize文本框中分别输入矩形面的长度和宽度为pl、pl和h1，如图5.6所示，然后单击按钮退出。

图5.6长方体属性对话框中的Command选项卡

此时就创建好了名为Substrate的介质基片模型。然后按快捷键Ctrl+D全屏显示创建的物体模型。

（2）创建辐射贴片

在介质基片的下表面创建如下图所示的模型。

矩形面5

矩形面3

矩形面2

矩形面7

矩形面8

矩形面6

矩形面4

矩形面1

图5.7贴片的形状

①创建矩形面1

在介质层的下表面建如图5.8所示的矩形面1，其长度和宽带分别用变量gl1和gw1表示。

从主菜单栏中选择【draw】→【rectangular】命令或者单击工具栏上的按钮，进入创建矩形面的状态，然后在三维模型窗口的xy面上创建一个任意大小的矩形面。新建的矩形面会添加到操作历史树的sheets节点下，其默认的名称为rectangular1.

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