侧馈矩形微带天线设计与仿真PPT课件.ppt

天线理论姓名：*专业：电子科学与技术学号：*2024/1/30 周二1主要内容：主要内容：本文首先介绍了微带天线的理论基础和工作原理，然后以矩形微带天线为例，讲解了侧馈微带天线的工作原理、设计过程，以及在HFSS中的仿真实现。2024/1/30 周二2一、微带天线概述一、微带天线概述1 1、微带天线的馈电、微带天线的馈电 微带天线有多种馈电方式，如微带线馈电、同轴线馈电、耦合馈电（Coupled Feed）和缝隙馈电（Slot Feed）等，其中，最常用的是微带线馈电和同轴线馈电两种馈电方式。微带线馈电 微带线馈电方式又称为侧馈，它用与微带辐射贴片集成在一起的微带传输线经行馈电。它可以中心馈电，也可以偏心馈电，如下图，馈电点的位置取决于激励哪种模式。2024/1/30 周二3对于微带传输线的馈电方式，当微带天线的尺寸确定以后，可以用以下方法进行阻抗匹配：先将中心馈电天线辐射贴片同50馈电一起光刻，测量输入阻抗并设计出阻抗匹配变换器，然后在天线辐射贴片与馈线直接接入该阻抗匹配器，重新作出天线。（a）中心馈电 （b）偏心馈电 图1 微带线馈电2024/1/30 周二4二、矩形微带天线的特性参数二、矩形微带天线的特性参数1 1、微带辐射贴片尺寸估算、微带辐射贴片尺寸估算 设计微带天线的第一步是选择合适的介质基片，假设介质的介电常数为 ，对于工作频率 的矩形微带天线，可以用下式设计出高效率辐射贴片的宽带 ，即为：式中，c是光速。辐射贴片的长度一般取为 ；这里 是介质内的导波波长，即为：2024/1/30 周二5 考虑到边缘缩短效应后，实际上的辐射单元长度 应为：式中，是有效介电常数，是等效辐射缝隙长度。它们可以分别用下式计算，即为：2024/1/30 周二62 2、输入导纳、输入导纳 如果天线采用图1所示的微带线馈电方式，假设馈电点到辐射贴片边缘拐角处的距离为z，则微带天线的输入导纳可以由下式计算：式中，是把天线视作传输线时的特性导纳，是介质中的相位常数，是辐射电导，是等效电纳，且有：式中，2024/1/30 周二7 式中，是把天线视作传输线时的特性阻抗。3 3、方向性系数、方向性系数 根据方向性系数的定义，可以给出微带天线的方向性系数为：2024/1/30 周二8三、侧馈矩形微带天线设计与仿真1 1、设计要求、设计要求 使用HFSS设计中心频率为2.45GHz的矩形微带天线，并给出其天线参数。介质基片采用厚度为1.6mm的FR4环氧树脂（FR4 Epoxy）板，天线馈电方式为微带线馈电。2 2、设计步骤、设计步骤 计算天线尺寸：微带天线的介质基片采用厚度为1.6mm的FR4环氧树脂板，所以厚度h=1.6mm，介质的介电常数 。辐射贴片宽度：w=37.26mm，辐射贴片长度：L=30.21mm，有效介电常数：=3.37mm，等效缝隙宽度：=0.75mm。2024/1/30 周二9馈电点位置和输入阻抗阻抗匹配 阻抗匹配条件为：波长阻抗装换器的特性阻抗为微带线的尺寸 对于介质基片厚度1.6mm的FR4环氧树脂板的微带线，我们可以计算出特性阻抗为50时对应的微带天线宽度为2.98mm，特性阻抗为80.6时对应的微带线宽度为1.16mm，微带线在2.45GHz时1/4波长对应的长度为16.45mm。2024/1/30 周二102024/1/30 周二11图2 侧馈矩形微带天线的HFSS设计模型2024/1/30 周二12图3 的扫频分析结果2024/1/30 周二13图4 不同L0对应的 曲线2024/1/30 周二14图5 不同w1对应的 曲线2024/1/30 周二15图6 扫频分析结果2024/1/30 周二16图7 的Smith圆图结果2024/1/30 周二17图8 天线在xz和yz截面上的增益方向图2024/1/30 周二18图9 三维增益方向图2024/1/30 周二192024/1/30 周二20