微帶天線(58GHz)

1、微帶天線設(shè)計(5.8GHz) 曹健孫貝妮孫豪1.1.國內(nèi)外研究狀況國內(nèi)外研究狀況2.2.應(yīng)用場合應(yīng)用場合3.3.結(jié)構(gòu)模型及初步結(jié)果結(jié)構(gòu)模型及初步結(jié)果4.4.性能指標(biāo)性能指標(biāo)5.5.設(shè)計難點設(shè)計難點6.6.三人分工三人分工內(nèi)容提要 國內(nèi)外研究狀況1、微帶輻射器的概念首先是德尚（G.A.Deschamps)在1953年提出的2、在1955年由法國Gutton和Baissinot發(fā)表了專利最早的實際的微帶天線是Howellt和Munson在1972年研制成的3、之后，世界各國的研究人員對微帶天線的貼片、饋電技術(shù)、基板構(gòu)造和陣列排列等方面作了大量的研究，微帶天線無論在深度和廣度上都獲得了進(jìn)一步的發(fā)展。

2、如今，微帶天線以重量輕、體積小、成本低、共形結(jié)構(gòu)、以及與集成電路兼容等優(yōu)點成為天線家族中充滿生命力的一個分支，最適宜于航空和車載應(yīng)用 應(yīng)用場合 隨著無線電技術(shù)的發(fā)展，微帶天線在各個領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用（無線 通訊技術(shù)，包括手機(jī)，藍(lán)牙BlueTooth，無線局域網(wǎng)WLAN）等終端；小型化衛(wèi)星通訊；多普勒及其他制式雷達(dá)；無線電測高儀；指揮和控制系統(tǒng)；導(dǎo)彈遙測；無線電引信；環(huán)境檢測儀表和遙感；復(fù)雜天線中的饋電單元；GPS衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)；生物醫(yī)學(xué)輻射器等。應(yīng)用場合 本次課題中的天線用于國家信息產(chǎn)業(yè)部規(guī)定的5.8GHz頻段，該頻段的應(yīng)用范圍不僅在無線局域網(wǎng)、寬帶無線接入系統(tǒng)、藍(lán)牙技術(shù)設(shè)備，同時還用于

3、車輛無線自動識別系統(tǒng)、不停車電子收費系統(tǒng)（ETC）采用的結(jié)構(gòu)模型采用的結(jié)構(gòu)模型上圖是一個簡單的微帶貼片天線的結(jié)構(gòu)，由輻射元、介質(zhì)層和參考地三部分組成。與天線性能相關(guān)的參數(shù)包括輻射元的長度L、輻射元的寬度W、介質(zhì)層的厚度h、介質(zhì)的相對介電常數(shù)r 和損耗正切tan 、介質(zhì)層的長度LG 和寬度WG。圖10.1 所示的微帶貼片天線是采用微帶線來饋電的，本章將要設(shè)計的矩形微帶貼片天線采用的是同軸線饋電，也就是將同軸線接頭的內(nèi)芯線穿過參考地和介質(zhì)層與輻射元相連接。 仿真結(jié)果矩形微帶天線中心頻率頻率5.8G 天線使用同軸線饋電 介質(zhì)板材 Rogers Ro4003 相對介電常數(shù) 3.38 有效介電常數(shù)=2.

4、76 寬度w=17.5mm 長度L=11.31mm 厚度h=5mm 參考地的長度LGND 和寬度WGND分別為41.31mm 47.5mm同軸線饋點的位置坐標(biāo)（3.47mm，0）參考地： 70mm x 70mm x 5 mm 輻射邊界：100mm x 100mm x 75mm介質(zhì)層：60 x60 x5mm仿真過程仿真模型，右圖為左圖中央放大。查看天線諧振點。從圖中可以看出，當(dāng)頻率為5.35GHz時，S11 最小，S11 最小值約為5.5313dB優(yōu) 化 設(shè) 計 5.35GHz與期望的中心頻率5.8GHz 相比，存在一定的誤差，所以需要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。矩形微帶天線的諧振頻率由微帶貼片的長度和寬度決

5、定，貼片尺寸越小諧振頻率越高。 需進(jìn)行參數(shù)掃描分析 微帶天線的諧振頻點隨著微帶貼片長度Length 的減小而變大，當(dāng)Length=9.5mm 時，諧振頻點約為5.8GHz。 當(dāng)微帶貼片長度Length 固定時，微帶貼片寬度Width 的改變對矩形微帶天線諧振頻點的影響很小。 當(dāng)Length=9.5mm，Width=17.5mm 時，諧振頻率大約為5.7GHz，此處需要優(yōu)化設(shè)計。優(yōu)化設(shè)計 設(shè)置變量Length 的優(yōu)化范圍為9.210.2mm。優(yōu)化算法選擇SNLP，目標(biāo)函數(shù)取S11 的最小值，在HFSS 中即取dB(S(P1，P1)的最小值。 從顯示的優(yōu)化結(jié)果中可以看出，軟件總共做了15 次優(yōu)化迭

6、代計算，對應(yīng)的優(yōu)化變量Length 9.97mm。查看優(yōu)化后的天線性能，當(dāng)Length = 9.97mm，Width=17.5mm 時，天線的諧振頻點約在5.8HZ。查看S11 參數(shù) 天線的諧振頻點在5.75GHz，此時S11 5.3868dB 查看電壓駐波比 查看天線的三維增益方向圖從三維增益方向圖中可以看出該微帶貼片天線最大輻射方向是微帶貼片的法向方向，即z 軸正向，最大增益約為5.91dB。 查看平面方向圖微帶天線的E 平面位于xOz 平面上。 其他天線參數(shù)設(shè)計難點 在前面的分析設(shè)計中，我們只優(yōu)化了微帶貼片的長度，使天線的諧振頻點（也就是中心工作頻率）落在5.75GHz，但是天線在5.75GHz 時的輸入阻抗并沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的50，分析結(jié)果可知，其歸一化的輸入阻抗為(1.24j0.28) 。如果讀者對于優(yōu)化后的天線性能（如輸入阻抗）不滿意，可以繼續(xù)使用參數(shù)掃描分析功能分析變