基于HFSS矩形微带天线仿真与设计.pdf

基于HFSS矩形微带天线仿真与设计摘要：针对5G移动通信具备的极高传输速率、极低时延、极宽带宽等特征使用HFSS三维仿真软件设计了一种作为5G阵列天线单元的矩形微带贴片天线其工作频率为4.8GHz。HFSS仿真结果表明天线在贴片长度为13.88mm时回波阻抗达为-34.86dB。综合增益方向图进行分析。结果表明该天线的设计是可行的。关键词：HFSS仿真；5G；微带天线；回波损耗中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1009-3044（2019）12-0278-03SimulationDesignofCommunicationMicrostripAntennaBasedonHFSSWANGKunWANGMao-chengLIZong-zeLINHao-chen（CollegeofElectronicEngineeringNavalUniv.ofEngineeringWuhan430033China）Abstract：For5GmobilecommunicationhasthecharacteristicsofextremelyhightransmissionrateextremelylowdelayextremelywidebandwidthandsoonusingelectromagneticsimulationsoftwareHFSSthree-dimensionaldesigna5gfor4.8GHzofrectangularmicrostrippatchantennaarrayantennaunit.Nowresultsshowthattheechoimpedanceoftheantennareaches-34.86dBwhenthepatchlengthis13.88mm.Theintegratedgainpatternisanalyzed.Theresultsshowthatthedesignoftheantennaisfeasible.Keywords：HFSSsimulation；5g；microstripantenna；returnloss1背景微带贴片天线是最基本、最常见的微带天线形式由带导体接地板的介质基片上贴加光刻腐蚀等方式制作的导体薄片构成[1]。微带天线的结构决定了它拥有一系列的优势包括尺寸小、厚度薄、重量輕成本低所以与各种电路集成较为便利另外还可以做成各种形状是一种典型的共形天线[2]。天线分析的本质是麦克斯韦方程组在特定边界条件的解[3]理论推导尤为复杂通过HFSS软件对天线进行仿真设计其最终结果与理论的分析相近。2矩形微带贴片天线原理根据传输线理论分析矩形微带天线可以等效为一段阻抗值较低的传输线该传输线的长度约为电磁波波长的一半微带天线的基本原理是辐射原理该原理本质为高频电磁泄漏[4]传输线两头开路处的缝隙形成天线的辐射场。本次仿真选用FR4环氧树脂板采用微带线馈电。辐射贴片的尺寸可由下列的公式推导计算得出：设介质基片的介电常数为[εr]可计算出辐射贴片的宽度w：经计算此天线的边缘阻抗约为137W而微博通用器件的阻抗值为50W可以用一段四分之一波长（传输线中的波长）的传输线将天线的输入阻抗与传输线的特性阻抗匹配起来[5]该阻抗变换器阻抗可通过下列计算得到：。3微带天线仿真及优化3.1微带天线性能仿真测试在以上计算得出的数据基础上利用HFSS仿真软件构建天线模型进行分析验证各项参数的准确性方案的可行性最终给出优化的各项参数[6]。该天线设计好辐射边界条件、波端口激励、及求解扫频设置之后通过简单设置软件会将其S参数曲线结果输出[7]仿真运行得到图2的扫频分析结果。S参数图描绘的是天线S参数随频率变化的图形一般认为