微帶天線參考地設(shè)置及貼片寬度對諧振頻率影響的分析驗(yàn)證

摘 要：為了保證微帶天線的HFSS模型更加準(zhǔn)確地模擬仿真實(shí)際加工的微帶天線性能，文章提供了微帶天線參考地設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)。同時以貼片寬度為單一變量，通過仿真軟件HFSS建模，分析了貼片寬度對微帶天線諧振頻率的影響趨勢。

關(guān)鍵詞：微帶天線；HFSS；參考地；貼片；諧振頻率

微帶天線因其低剖面，易于加工，低成本且方便與其他設(shè)備集成等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用在天線性能提升、電力傳輸效率提高等領(lǐng)域中[1-3]。微帶傳輸線分析模型是分析微帶天線的常見模型[4]，但是一般的分析都是基于參考地?zé)o限大的情形來考慮，但是在仿真建模中并不方便。針對此問題，文章提供了微帶天線參考地設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)，有利于仿真建模的設(shè)置。并以一個微帶天線的貼片寬度為單一分析變量，分析其對天線諧振頻率影響，為進(jìn)一步深入理解微帶天線性能提供有益參考。

1 微帶天線參考地設(shè)置

傳輸線模型分析方法一般都是基于參考地平面是無限大的基礎(chǔ)上[4]，但是在微帶天線設(shè)計參數(shù)計算和HFSS建模過程中，需要考慮到實(shí)際加工制造時接地面就是介質(zhì)基板的底面，因此在設(shè)計需要加工的微帶天線時，參考地的尺寸實(shí)際上就是介質(zhì)基板的底面的尺寸。有限參考地的尺寸對微帶天線的遠(yuǎn)場輻射和其他性能有一定的影響。因此要綜合考慮參考地的尺寸，理論分析證明當(dāng)參考地平面比微帶貼片大出6倍介質(zhì)基板厚度的距離時[5]，HFSS仿真計算就可以達(dá)到足夠的精度。式中L和W分別代表貼片的長度和寬度，h代表介質(zhì)基板的厚度。

LGND=L+6h （1）

WGND=W+6h（2）

2 仿真結(jié)果驗(yàn)證

為了更加深入地理解貼片的設(shè)計尺寸對微帶天線性能的影響，我們按照參考書籍[5]上面的公式來計算諧振頻率2.45GHz的微帶天線設(shè)計參數(shù)。計算結(jié)果是貼片的長度為31毫米，寬度為41.4毫米。在此我們以貼片的寬度為分析對象，將貼片寬度從40毫米到42毫米的區(qū)間進(jìn)行仿真，增加步長為0.5毫米，其仿真設(shè)置如圖1所示。

我們將上面的仿真設(shè)置完成后在電磁仿真軟件HFSS中進(jìn)行建模仿真，其結(jié)果如圖2所示。我們可以清楚地從圖2中讀出數(shù)據(jù)結(jié)果，貼片寬度的增加或減少對微帶天線的中心諧振頻率的影響幾乎微乎其微，其中心諧振頻率幾乎沒有偏移，但是對諧振的強(qiáng)度有少許影響，表現(xiàn)出反射系數(shù)的幅值有一定的變化。

3 結(jié)束語

文章提出了微帶天線參考地的設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)來更加準(zhǔn)確地保證HFSS模型仿真結(jié)果和實(shí)際加工天線的良好吻合，并且通過HFSS建模仿真的方法驗(yàn)證了貼片寬度的變化對微帶天線諧振頻率幾乎沒有影響的結(jié)論。

參考文獻(xiàn)

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[3]Ma Bo，Yang Xiao-ming，Li Tian-qian，et al. Gain and directivity enhancement of microstrip antenna loaded with multiple splits octagon-shaped metamaterial superstrate[J].International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics，2016，50（1）：201-213.

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[5]李明洋.HFSS應(yīng)用詳解[M].北京：人民郵電出版社，2010.