HFSS双频微带天线设计

一设计容简介

双频工作是微带天线设计的重要课题之一，相关的设计包括使用多层金属片，具槽孔负载之矩形金属片，具矩形缺口的正方形金属片，具短金负载的金属片，倾斜槽孔耦合馈入的矩形金属片等。其中，获得双频工作的一种最简单的方法是辐射贴片的长度对应一个频率谐振，其宽度对应另一个频率谐振，然后从对角线的一角馈电，就能使同一个辐射贴片工作于两个频率上。其结构如图1所示。

图1

故在这个设计中，L1是表示馈电点长度方向的x坐标的变量，其值为7mm,表示的中心频率为2.45GHZ，输入阻抗为50欧姆。L2是表示馈电点的y坐标的变量，其值为10mm,表示的中心频率为1.7GHZ。输入阻抗为50欧姆。

设计模型的中心在坐标原点上，辐射贴片的长度方向是沿着x轴方向，宽度

方向是沿着y方向的。介质基片的大小是辐射贴片的两倍，参考地面辐射贴片使

用理想薄导体。因为使用50欧姆的同轴线馈电，这里使用半径为0.6mm的材质

为pec的圆柱体模型。而与圆柱体相接的参考地面需挖出一个半径为1.5mm的

圆孔，将其作为信号输入输出端口，该端口的激励方式设置为集总端口激励，端

口归一化阻抗为50欧姆。

HFSS仿真设计过程

1.新建工程文件

（1）运行HFSS并新建工程：双击快捷图标，启动HFSS软件。新建一个工程文件，工程名为Dual_Patch.hfss文件。

（2）设置求解类型：选择hfss→Solution Type,选中Driven Modal,然后点击OK。（3）设置模型长度：选择Modeler→Units选项设置为mm。点击OK。

2.添加和定义设计变量

在HFSS →Design Propertied 命令，打开设计属性对话框，然后单击对话框。在Name文本框中输入第一个变量名称H，在value文本框中输入该变量的初始值

为1.6mm。

使用相同的方法，分别定义变量L0,W0,L1,length，L2。其初始值分别为28mm，37.26mm,7mm，30mm，10mm点击确定。设计属性对话框如图所示。

3.设计建模

（1）创建介质基片：在主菜单中选择Draw→Box命令，进入创建长方体的状态，然后三维模型窗口创建任意一个长方体。打开新建长方体属性对话框，把长方体的名称修改为Substrate,设置材质为FR4_epoxy,设置透明度为0.6.再双击历史树Substrate下的CreateBox选项，打开Command选项卡，在position文本框中输入顶点位置坐标为（-L0，-W0，0），在Xsize,Ysize和Zsize文本框中分别输入长方体的长宽高为2*L0，2*W0，H。如图3-1所示。这时就创建好了名称为Substrate的介质基片模型。然后按Ctrl＋D 全屏显示物体模型。

图3-1介质基片模型

（2）创建辐射贴片：在主菜单中选择Draw →rectangle命令，进入创建矩形面的状态，然后任意创建一个矩形面。双击Solids节点下的rectangle1选项，打开新建矩形面属性对话框的Attribute选项卡，把矩形面的名称修改为Patch,设置透明度为0.4.再双击历史树Substrate下的Createrectangle选项，打开Command选项卡，在position文本框中输入顶点位置坐标为（-L0/2，-W0/2，H），在Xsize,Ysize文本框中分别输入矩形面的长宽为L0，W0。如图3-2所示。这时就创建好了名称为patch 辐射贴片模型。然后按Ctrl D 全屏显示物体。

图3-2 辐射贴片模型

(3)创建参考地：在主菜单中选择Draw rectangle命令，进入创建矩形面的状态，然后任意创建一个矩形面。双击Solids节点下的rectangle1选项，打开新建矩形面属性对话框的Attribute选项卡，把矩形面的名称修改为GND,设置透明度为0.4.再双击历史树Substrate下的Createrectangle选项，打开Command选项卡，在position 文本框中输入顶点位置坐标为（-L0，-W0，0），在Xsize,Ysize文本框中分别输入矩形面的长宽为2*L0，2*W0。如图3-3所示。这时就创建好了名称为GND的参考地模型。然后按Ctrl D 全屏显示物体模型。

图3-3 参考地模型

（4）创建同轴馈线的芯：在主菜单中选择Draw Cylinder命令，进入创建圆柱体的状态，然后任意创建一个圆柱体。双击Solids节点下的rectangle1选项，打开新建矩形面属性对话框的Attribute选项卡，把圆柱体的名称修改为Feed,设置其材质为pec.再双击历史树Substrate下的CreateCylinder选项，打开Command选项卡，在position文本框中输入顶点位置坐标为（L1，L2，0），在Radius文本框中分别

输入圆柱体的半径为0.6。在Height文本框中分别输入圆柱体的长度为H。如图3-4所示。这时就创建好了名称为Feed的圆柱体同轴馈线芯模型。然后按Ctrl D 全屏显示物体模型。

图3-4 同轴馈线芯模型

（5）创建信号传输端口面：同轴线馈电需要穿过参考地面来传输信号能量。因此，需要在参考地面GND上开一个圆孔允许能量传输。首先在参考地面上创建一个半径为1.5mm，圆心坐标为（L1，0，0）的圆面，并将其命名为Port。然后在执行相减操作，使用参考地面减去圆面，从而在参考地面上开出一个圆孔。

在主菜单中选择Draw Circle命令，进入创建圆面的状态，然后任意创建一个圆面。双击Solids节点下的Circle选项，打开新建圆面属性对话框的Attribute选项卡，把矩形面的名称修改为Port。再双击历史树Port下的CreateCircle选项，打开Command选项卡，在position文本框中输入顶点位置坐标为（L1，L2，0），在Radius 文本框中分别输入圆面的半径为1.5。如图3-5所示。这时就创建好了名称为Port 的信号传输端口面模型。然后按Ctrl D 全屏显示物体模型。