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微带矩形贴片天线的仿真设计实验

发布时间:2014-07-01

  微带天线是近30年来逐渐发展起来的一类新型天线。它是在一块厚度元小于工作波长的介质基片的一面敷以金属辐射片、一面全部敷以金属薄层作接地板而成;辐射片可以根据不同的要求设计成各种形状。和常用微波天线相比,微带天线有如下优点:体积小、重量轻、低剖面、易制造等。现今,它已经广泛应用于个人无线通信中。


实验内容
  利用HFSS软件,设计一个工作在2.4GHz微带矩形贴片天线,采用同轴线背面馈电方式。通过仿真得到该天线在工作频率处的电场分布、输入阻抗、反射系数、增益以及方向图等。
(a)模型的创建和仿真。首先,我们需要在HFSS软件中绘制出该微带贴片天线,其结构如图1所示。该微带天线是在一个薄介质基片上,一面附上金属薄层作为接地板,另一面印刷一个矩形的金属贴片,采用同轴线探针对贴片馈电。在定义好元件属性、边界条件,选择求解器,设置激励、计算频率、频率扫描范围等后,模型创建完成,进行电磁场全波仿真。

图1 HFSS中微带矩形贴片天线的操作界面

(b)性能参数的分析。图2展示了仿真完成后,该微带贴片天线的各项性能参数图。其中,根据电场分布,我们可以得出贴片天线的工作模式为TM01模。从阻抗圆图和反射系数图中我们可以看出,该偶极子天线在2.4GHz附近的反射系数达到-41.5dB,天线的10dB相对带宽为2.45%。归一化阻抗为(0.99+j*0.02)Ohm,实现了很好的匹配状态。从三维立体方向图中可得知,微带贴片天线朝上Z轴正方向辐射,类似于“伞状”。



图2 HFSS软件仿真后微带矩形贴片天线的性能参数图

功能效果

  本次实验,我们完成了使用HFSS软件设计同轴馈电矩形微带铁皮天线,在分析结果中我们查看了微带矩形贴片天线的各项性能参数,明确了微带贴片天线的工作模式、辐射边和非辐射边等重要概念。


实验视频