搜索微带缝隙线极化天线的设计及优化
2017-05-09 by:CAE仿真在线 来源:互联网
一、仿真模型
图1 微带缝隙天线模型
二、具体参数设置
介质层表面添加一个导体贴片,贴片上顺着Y轴进行开槽,其中开槽长度为波长的一半,宽度为2cm.导体大小为61*61cm。介质板大小为66*66cm,厚度H=1.6cm参考地大小为66*66cm,同轴馈电内芯半径r=0.6cm,高度h=1.6cm,坐标为(115,0,0)。信号传输端口面半径r=1.5cm,坐标为(15,0,0),其厚度设置为0。
设置激励端口,并画出积分线,起点坐标为(15.6,0,0),dx,dy,dz分别为(0.9,0,0)。
图2 同轴线馈电原理图
表面电场向外进行辐射,所以积分线由内圆边缘像外圆边缘画
阻抗计算(铜):阻抗计算公式-------a和b的比值为2.3
公式推导:特性阻抗Z_0=(60/√ε)ln b/a
,其中b为同轴线外半径,a为同轴线内半径。当Z_0为50,ε=1时b/a约为2.3。以此作为计算标准,从而来设置天馈参数。
三、设置边界条件
辐射贴片设置成perfectE
底板(参考地)设置成perfectE
Box(辐射边界表面)设置成辐射边界条件rad1,辐射界面与天线距离要大于等于四分之一波长。
材料设置:介质板FR4_epoxy 介电常数为1。
四、极化情况
极化情况:线极化:根据馈电位置的不同,极化情况可以改变
图3 极化情况
五、仿真结果
当馈电在X或Y轴上时,电场末端轨迹呈现线极化,当馈电在对角线上时天线辐射呈现圆极化。
辐射增益以及方向图:
图4 3D方向图
天线增益为3.280dB
E面方向图为:
图5 E面方向图
轴比AR:
图6 轴比AR
轴比为无穷大,所以为线极化天线。
天线带宽:
图7 S11及带宽
带宽为200MHz,相对带宽为11.8%。
五、数据后处理及天线性能优化
对馈电点位置进行优化,优化后带宽为1.51GHz-2.24GHz,及730MHz并且呈双频点状态。具体步骤是将馈电点坐标设置为变量L,对L范围进行扫描,其中start为12cm,stop为18cm,step 为1cm。
结果为:
图8 参数扫描
图9
L=14cm带宽图
绝对带宽为730MHz相对带宽为42.9%
轴比:
图10
轴比
六、总结
本文章主要对所设计的线极化微带缝隙天线进行测试,并对其馈电方式和同轴馈电的计算给出方法。运用HFSS扫频设置对其馈电点进行参数扫描,在一定范围和指标内寻求最优的馈电位置以使得天线性能达到最好。
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