微帶縫隙線極化天線的設(shè)計(jì)及優(yōu)化

2017-05-09 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

一、仿真模型

圖1 微帶縫隙天線模型

二、具體參數(shù)設(shè)置

介質(zhì)層表面添加一個(gè)導(dǎo)體貼片,貼片上順著Y軸進(jìn)行開槽,其中開槽長(zhǎng)度為波長(zhǎng)的一半,寬度為2cm.導(dǎo)體大小為61*61cm。介質(zhì)板大小為66*66cm,厚度H=1.6cm參考地大小為66*66cm,同軸饋電內(nèi)芯半徑r=0.6cm,高度h=1.6cm,坐標(biāo)為(115,0,0)。信號(hào)傳輸端口面半徑r=1.5cm,坐標(biāo)為(15,0,0),其厚度設(shè)置為0。

設(shè)置激勵(lì)端口,并畫出積分線,起點(diǎn)坐標(biāo)為(15.6,0,0),dx,dy,dz分別為(0.9,0,0)。

圖2 同軸線饋電原理圖

表面電場(chǎng)向外進(jìn)行輻射,所以積分線由內(nèi)圓邊緣像外圓邊緣畫

阻抗計(jì)算(銅):阻抗計(jì)算公式-------a和b的比值為2.3

公式推導(dǎo):特性阻抗Z_0=(60/√ε)ln b/a ,其中b為同軸線外半徑,a為同軸線內(nèi)半徑。當(dāng)Z_0為50,ε=1時(shí)b/a約為2.3。以此作為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn),從而來(lái)設(shè)置天饋參數(shù)。

三、設(shè)置邊界條件

輻射貼片設(shè)置成perfectE

底板(參考地)設(shè)置成perfectE

Box(輻射邊界表面)設(shè)置成輻射邊界條件rad1,輻射界面與天線距離要大于等于四分之一波長(zhǎng)。

材料設(shè)置:介質(zhì)板FR4_epoxy 介電常數(shù)為1。

四、極化情況

極化情況:線極化:根據(jù)饋電位置的不同,極化情況可以改變

圖3 極化情況

五、仿真結(jié)果

當(dāng)饋電在X或Y軸上時(shí),電場(chǎng)末端軌跡呈現(xiàn)線極化,當(dāng)饋電在對(duì)角線上時(shí)天線輻射呈現(xiàn)圓極化。

輻射增益以及方向圖:

圖4 3D方向圖

天線增益為3.280dB

E面方向圖為:

圖5 E面方向圖

軸比AR:

圖6 軸比AR

軸比為無(wú)窮大,所以為線極化天線。

天線帶寬:

圖7 S11及帶寬

帶寬為200MHz,相對(duì)帶寬為11.8%。

五、數(shù)據(jù)后處理及天線性能優(yōu)化

對(duì)饋電點(diǎn)位置進(jìn)行優(yōu)化,優(yōu)化后帶寬為1.51GHz-2.24GHz,及730MHz并且呈雙頻點(diǎn)狀態(tài)。具體步驟是將饋電點(diǎn)坐標(biāo)設(shè)置為變量L,對(duì)L范圍進(jìn)行掃描,其中start為12cm,stop為18cm,step 為1cm。

結(jié)果為:

圖8 參數(shù)掃描

圖9 L=14cm帶寬圖

絕對(duì)帶寬為730MHz相對(duì)帶寬為42.9%

軸比:

圖10 軸比

六、總結(jié)

本文章主要對(duì)所設(shè)計(jì)的線極化微帶縫隙天線進(jìn)行測(cè)試,并對(duì)其饋電方式和同軸饋電的計(jì)算給出方法。運(yùn)用HFSS掃頻設(shè)置對(duì)其饋電點(diǎn)進(jìn)行參數(shù)掃描,在一定范圍和指標(biāo)內(nèi)尋求最優(yōu)的饋電位置以使得天線性能達(dá)到最好。

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