3WLAN双频单极子

附录：

3D模型

回波损耗（S11）

天线长度R2对低频段谐振频率的影响

优化后的回波损耗（S11）

WLAN双频单极子天线设计

一、实验目的

1. 学会简单搭建天线仿真环境的方法，主要是熟悉HFSS软件的使用方法

2. 了解利用HFSS仿真软件设计和仿真天线的原理、过程和方法

3. 通过天线的仿真，了解天线的主要性能参数，如回损特性等

4. 通过对WLAN双频单极子天线的仿真，学会对其他类型天线仿真的方法

二、实验原理

设计天线时，为了进一步缩小1/4波长单极子天线（a）的尺寸，还可以将天线折成如下图(b)所示的L形。

如下图所示为设计的微带双频单极子天线的结构模型，整个天线结构大致分为5 个部分，即介质层、高频（5GHz)单极子天线、低频（2. 4GHz)单极子天线、微带馈线和参考地。

设计该天线工作于2.45GH

和5.49GHz两个频段，若在自由空间中传播，

Z

那么这两个频率对应的波长分别为122mm和55mm。若在全部填充介电常数为

3.38的Rogers R04003介质中传播，那么其对应的波长分别为66.4mm和

30mm。对于2.45GHz的中心频率，若采用自由空间波长，则1/4波长单极子天线的长度为30.5mm;若采用介质中的波长，则1/4波长单极子天线的长度为16.6mm。对于5. 49GHz的中心频率，若采用自由空间波长，则1/4波长单极子天线的长度为13.8mm;若采用介质中的波长，则 1/4波长单极子天线的长度为7.5mm。对于PCB板上的微带单极子天线，波的传输既要经过介质也要经过自由空间，因此实际波长应该介于介质的导波波长和自由空间的工作波长之间。而对于2.45GHz工作频段，1/4波长介于16. 6mm〜30. 5mm;

即对于 5.49GHz 工作频段，1/4波长介于7.5mm〜13.8mm。天线设计模型如下图：

三、实验步骤

1. 新建设计工程

（1）运行HFSS并新建工程

（2）设置求解类型

（3）设置模型长度单位

2.添加和定义设计变量

3.添加新的介质材料

向设计材料库中添加一个相对介电常数为3.38、损耗正切是0. 0027的介质材料，并将其命名为My_R04003。

4. 设计建模

（1）创建介质层

（2）创建介质层上表面单极子天线贴片模型

a.创建矩形面1

b.创建矩形面2

c.创建矩形面3

d.创建矩形面4

e.创建矩形面5

f.合并操作生成完整的贴片模型

(3) 创建介质层下表面的参考地模型

5.设置边界条件

(1)分配理想导体边界条

(2) 设置辐射边界条件

6.设置激励方式

7.求解设置

(1)求解频率和网格剖分设置

设置求解频率为5.8GHz，自适应网格剖分的最大迭代次数为20，收敛误差为 0.02。

（2）扫频设置

扫频类型选择快速扫频，扫频频率范围为1GHz~8GHz，频率步进为

0.01 GHz。

8.设计检查和运行仿真计算

9. 天线性能结果分析

扫频频率在lGHz~ 2.8GHz的回波损耗S11的分析结果

10. 参数扫描分析长度R2对低频段谐振频率的影响

(1) 添加参数扫描分析项

(2) 运行参数扫描分析项

(3) 查看分析结果

(4）把变量R2的值设置为l9mm

11. 查看最终设计结果

（1）运行仿真分析

（2）查看S11结果

四、实验结果

见附录

五、实验总结

通过这次仿真我们了解到双频单极子天线的辐射机理，初步学会对仿真报告的分析，天线的学习需要坚实的理论依据，我们在熟练使用软件的同时也不能忽视理论的学习。