设计1：侧馈矩形微带天线
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设计一：侧馈矩形微带天线设计
设计要求：
软件：HFSS 中心频率：2.45GHz 介质基片：FR4 Epoxy（厚度1.6mm环氧树脂） 馈电方式：微带线侧馈
一、设计步骤：1、计算天线尺寸
由设计要求可知：f0=2.45GHz，εr=4.4，h=1.6mm 辐射贴片宽度
c 2 W 2 f0 rwenku.baidu.com 1
变量名称
L W LM WM LF WF H LG WG
变量值（mm）
30.21 37.26 17.45 1.16 15 2.98 1.6 1.5*L0+L1+L2 2*W0
介质基片
长度 宽度
二、HFSS仿真设计：2、定义设计变量
二、HFSS仿真设计：3、设计建模
介质基片的宽度取辐射贴片宽度的2倍，长度取1.5倍辐 射贴片长度、1/4波长阻抗转换器与50欧姆微带线的长度之和
其中
Yin
2G G B 1, 1 2 Y Y T0 T0 cos ( z )
1 YT 0 ZT 0
Z为馈电点到天线边缘拐点处的距离，β是介质 中的相位常数
一、设计步骤：2、阻抗匹配
cos 2 ( z ) Z L Zin 2G
0.75mm
辐射贴片长度
L
一、设计步骤：2、阻抗匹配
侧馈矩形微带天线输入阻抗计算公式 辐射电导
1 G 120 2
0
k0W sin ( cos )tg 2 sin d 2
2
等效电纳
输入导纳
B
k0 L e ZT 0
ZT0是把天线视作传输线时的特性阻抗
2 G2 B2 B 2 Yin 2G cos ( z ) sin ( z ) sin(2 z ) 2 YT 0 YT 0
背馈时
WG W 0.2g LG L 0.2g
侧馈时，基片宽度同上，长度要考虑馈线和匹配电路的配置而定
二、HFSS仿真设计：1、新建设计工程
二、HFSS仿真设计：2、定义设计变量
结构名称 辐射贴片 1/4波长阻抗 变换器 50Ω微带线 结构参数名称
长度 宽度 长度 宽度 长度 宽度 厚度
为8倍50欧姆传输线宽度，高度为8倍介质基片厚度。
二、HFSS仿真设计：5、设置端口激励
二、HFSS仿真设计：6、求解设置
中心工作频率
求解设置
2.45GHz
误差
Max(△S)<0.02
最大迭代次数
20
扫频方式 扫频设置
Fast
扫频范围
1.5GHz~3.5GHz
扫频间隔
0.01GHz
二、HFSS仿真设计：6、求解设置
要求是2.45GHz，所以要通过优化设计，使天线的谐振频率落到
2.45GHz上
二、HFSS仿真设计：9、参扫寻找谐振频率
二、HFSS仿真设计：9、参扫寻找谐振频率
从分析上看，天线的谐振频率随L0的增加而降低，当L0=28mm
时谐振频率约为2.43GHz（S11=-19.57dB），更精确的数值
L0=27.95mm
二、HFSS仿真设计：10、获得最佳匹配性能
W1进行参扫，范围0.9mm~ 1.4mm(间隔0.1mm)。从结果图看，
天线的谐振频率不随W1的改变，当W1=1mm时2.45GHz频点的S11=-
34.64dB最小。
二、HFSS仿真设计：11、查看最终天线的性能
从前面的分析结果可知，当L0=27.95mm，W1=1mm时，天线达
Z1 Z0 Z L 50 130
l1
g
c f0
0 63.4mm e e
g
4
15.85mm
w2
w1 W l1 L
一、设计步骤：3、介质板尺寸
WG 测试显示辐射口径场 集中在辐射边附近很 小的区域，介质板过 多对外延伸对这种场 没有明显影响， 在低频段工作时，WG 和LG应尽可能小（为 LG 什么？）。实验表明， 沿辐射元各边向外延伸 λg/10就可以了
二、HFSS仿真设计：6、求解设置
二、HFSS仿真设计：7、检查和计算
警告是因为辐射边界的底面和介质基片的底面（理想导体边 界）重合而产生的，但设计符合要求，可以忽略。
二、HFSS仿真设计：8、查看天线的谐振频率
x m
y
m
2.26GHz
-19.97dB
从分析上看，天线的谐振频率落在了2.26GHz，而我们的设计
1/2
37.26mm
1/2
有效介电常数
e
r 1 r 1
12h 1 2 2 W
3.73
等效缝隙宽度
L 0.412h
c 2 f0 e
e 0.258 W / h 0.8
2L 30.21mm
e 0.3 W / h 0.264
到最佳性能。下面计算最佳性能时天线的各项性能参数。
x m
y
m
2.45GHz
-34.64dB
二、HFSS仿真设计：11、查看最终天线的性能
从报告的归一化阻抗 RX和驻波比VSWR可 以看到天线已经达到 了很好的匹配状态。
m
Name
m
Freq
2.45GHz
mag
0.018
Ang
100.7
RX
0.994+j0.036
二、HFSS仿真设计：3、设计建模
介质基片
辐射贴片
¼ 波长转换器
50欧姆传输线
二、HFSS仿真设计：4、设置边界条件
辐射边界表面距辐射体通常不小于1/4工作波长，在2.45GHz
的工作频率下即为30mm。
二、HFSS仿真设计：4、设置边界条件
二、HFSS仿真设计：5、设置端口激励
创建一个波端口矩形面，端口平面地面和参考地相接，宽度
VSWR
1.037
二、HFSS仿真设计：11、查看最终天线的性能
二、HFSS仿真设计：11、查看最终天线的性能
设计要求：
软件：HFSS 中心频率：2.45GHz 介质基片：FR4 Epoxy（厚度1.6mm环氧树脂） 馈电方式：微带线侧馈
一、设计步骤：1、计算天线尺寸
由设计要求可知：f0=2.45GHz，εr=4.4，h=1.6mm 辐射贴片宽度
c 2 W 2 f0 rwenku.baidu.com 1
变量名称
L W LM WM LF WF H LG WG
变量值（mm）
30.21 37.26 17.45 1.16 15 2.98 1.6 1.5*L0+L1+L2 2*W0
介质基片
长度 宽度
二、HFSS仿真设计：2、定义设计变量
二、HFSS仿真设计：3、设计建模
介质基片的宽度取辐射贴片宽度的2倍，长度取1.5倍辐 射贴片长度、1/4波长阻抗转换器与50欧姆微带线的长度之和
其中
Yin
2G G B 1, 1 2 Y Y T0 T0 cos ( z )
1 YT 0 ZT 0
Z为馈电点到天线边缘拐点处的距离，β是介质 中的相位常数
一、设计步骤：2、阻抗匹配
cos 2 ( z ) Z L Zin 2G
0.75mm
辐射贴片长度
L
一、设计步骤：2、阻抗匹配
侧馈矩形微带天线输入阻抗计算公式 辐射电导
1 G 120 2
0
k0W sin ( cos )tg 2 sin d 2
2
等效电纳
输入导纳
B
k0 L e ZT 0
ZT0是把天线视作传输线时的特性阻抗
2 G2 B2 B 2 Yin 2G cos ( z ) sin ( z ) sin(2 z ) 2 YT 0 YT 0
背馈时
WG W 0.2g LG L 0.2g
侧馈时，基片宽度同上，长度要考虑馈线和匹配电路的配置而定
二、HFSS仿真设计：1、新建设计工程
二、HFSS仿真设计：2、定义设计变量
结构名称 辐射贴片 1/4波长阻抗 变换器 50Ω微带线 结构参数名称
长度 宽度 长度 宽度 长度 宽度 厚度
为8倍50欧姆传输线宽度，高度为8倍介质基片厚度。
二、HFSS仿真设计：5、设置端口激励
二、HFSS仿真设计：6、求解设置
中心工作频率
求解设置
2.45GHz
误差
Max(△S)<0.02
最大迭代次数
20
扫频方式 扫频设置
Fast
扫频范围
1.5GHz~3.5GHz
扫频间隔
0.01GHz
二、HFSS仿真设计：6、求解设置
要求是2.45GHz，所以要通过优化设计，使天线的谐振频率落到
2.45GHz上
二、HFSS仿真设计：9、参扫寻找谐振频率
二、HFSS仿真设计：9、参扫寻找谐振频率
从分析上看，天线的谐振频率随L0的增加而降低，当L0=28mm
时谐振频率约为2.43GHz（S11=-19.57dB），更精确的数值
L0=27.95mm
二、HFSS仿真设计：10、获得最佳匹配性能
W1进行参扫，范围0.9mm~ 1.4mm(间隔0.1mm)。从结果图看，
天线的谐振频率不随W1的改变，当W1=1mm时2.45GHz频点的S11=-
34.64dB最小。
二、HFSS仿真设计：11、查看最终天线的性能
从前面的分析结果可知，当L0=27.95mm，W1=1mm时，天线达
Z1 Z0 Z L 50 130
l1
g
c f0
0 63.4mm e e
g
4
15.85mm
w2
w1 W l1 L
一、设计步骤：3、介质板尺寸
WG 测试显示辐射口径场 集中在辐射边附近很 小的区域，介质板过 多对外延伸对这种场 没有明显影响， 在低频段工作时，WG 和LG应尽可能小（为 LG 什么？）。实验表明， 沿辐射元各边向外延伸 λg/10就可以了
二、HFSS仿真设计：6、求解设置
二、HFSS仿真设计：7、检查和计算
警告是因为辐射边界的底面和介质基片的底面（理想导体边 界）重合而产生的，但设计符合要求，可以忽略。
二、HFSS仿真设计：8、查看天线的谐振频率
x m
y
m
2.26GHz
-19.97dB
从分析上看，天线的谐振频率落在了2.26GHz，而我们的设计
1/2
37.26mm
1/2
有效介电常数
e
r 1 r 1
12h 1 2 2 W
3.73
等效缝隙宽度
L 0.412h
c 2 f0 e
e 0.258 W / h 0.8
2L 30.21mm
e 0.3 W / h 0.264
到最佳性能。下面计算最佳性能时天线的各项性能参数。
x m
y
m
2.45GHz
-34.64dB
二、HFSS仿真设计：11、查看最终天线的性能
从报告的归一化阻抗 RX和驻波比VSWR可 以看到天线已经达到 了很好的匹配状态。
m
Name
m
Freq
2.45GHz
mag
0.018
Ang
100.7
RX
0.994+j0.036
二、HFSS仿真设计：3、设计建模
介质基片
辐射贴片
¼ 波长转换器
50欧姆传输线
二、HFSS仿真设计：4、设置边界条件
辐射边界表面距辐射体通常不小于1/4工作波长，在2.45GHz
的工作频率下即为30mm。
二、HFSS仿真设计：4、设置边界条件
二、HFSS仿真设计：5、设置端口激励
创建一个波端口矩形面，端口平面地面和参考地相接，宽度
VSWR
1.037
二、HFSS仿真设计：11、查看最终天线的性能
二、HFSS仿真设计：11、查看最终天线的性能