微带天线的设计和阻抗匹配.pdf

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1、万方数据微带天线的设计和阻抗匹配宋旭亮，朱义胜(大连海事大学信息工程学院辽宁大连116206)摘要：讨论了矩形微带天线工作原理、结构及其应用。介绍了设计中心频率为800MHz矩形微带天线的整个流程，首先根据矩形微秽天线设计公式计算出天线参数，然后在Ansoft公司的仿真软件HFSS中建立天线模型并对其仿真，通过调整天线模型得到最佳的天线参数使天线特性符合设计要求，最后利用Agilent公司的微波电路仿真软件先进设计系统ADS设计了微带天线的匹配网络。关键词：矩形微带天线；HFSS软件；先进设计系统

2、；匹配网络中图分类号：TN82文献标识码：B文章编号：1004—373X(2008)01—073—03DesignofMicrostripAntennaandImpedanceMatchingSONGXuliang，ZHUYisheng(CollegeofInformationEngineering，DalianMaritimeUniversity，Daliantll6206。China)Abstract：Thebasicoperationprinciple，structuralcharacter

3、isticsandapplicationoftherectangularmicrostripantennaarediscussed．Thepaperintroducesthedesignprocessoftherectangularmicrostripantennaatthecenterfrequencyof800MHz．Atfirst，theantenna7Sparametersarecalculated．Afterwards，theantenna7Smodelissetupandsimulat

4、edbyHFSS．Theopti-realantenna’Sparametersareobtainedandtheantennafitinwiththedemandsofdesigning．Finally，ADSisappliedtodesignthematchingnetworkfortheantenna．Keywords：rectangularmicrostripantennatHFSSsoftware；advanceddesignsystem；matchingnetwork1引言微带天线现已

5、广泛应用于100MHz～100GHz的无线电设备中，他是由导体薄片粘贴在背面有导体接地板的介质板上形成的天线。导体薄片称为辐射元，辐射元的形状可以是方形、矩形、圆形和椭圆形等。微带天线形状如图1所示，其馈电方式有两种：一种是微带馈线又称侧面馈电，另一种是同轴馈线又称背馈，如图2所示。辐射元圆圆接地板(a)侧面馈电(b)背馈图1微带天线图2馈电方式本文设计一种中心频率为800MHz的矩形微带天线’(辐射元为矩形)，馈电方式选为中心侧馈。2矩形微带天线的分析2．1用传输线模型分析法分析矩形微带天线的辐

6、射原理‘设辐射元的长为L，宽为w，介质板的厚度为h，现将收稿日期：2007—06—11基金项目：国家自然科学基金项目(No．60671061)辐射元、介质板和接地板视为一段长为L的微带传输线，在传输线的两端断开形成开路。根据微带线理论，介质板厚度h，场沿h方向均匀分布。在最简单的情况下，场沿宽度w方向也没有变化，而‘仅在长度方向(L全又／2，A为介质内波长)有变化。在两开路端的电场均可以分解为相对于接地板的垂直分量和水平分量，两垂直分量方向相反，水平分量方向相同，因而在垂直于接地板的方向，两水平分

7、量电场所产生的远区场同相叠加，而两垂直分量所产生的场反相相消。因此，两开路端的水平分量可以等效为无限大平面上同相激励的两个缝隙，缝的电场方向与长边垂直，并沿长边w均匀分布。缝的宽度为出△h，长度为w，两缝间距为L全A／2。所以，微带天线的辐射可以等效为由两个缝隙所组成的二元阵列。。2．2矩形微带天线的设计公式设贴片长度L，贴片宽度w，介质板厚度h，介质板的长度L。和宽度W。，介质的相对介电常数e，，有效介电常数8。，c是光速，，r是中心频率，A。为介质内波长，扎为自由空间波长，延伸量△Z。贴片宽度

8、：W一寿(孚)c(1k73万方数据宋旭亮等：微带天线的设计和阻抗匹配其中／j，c，e，郡是已知量。贴片长度：L—c—J乇一2Zxl(2)2frq￡t气一半+孚(，+警)。1胆㈣肛叫·2等等畿黼㈤介质板宽度：Ws—W+t3,2A。(侧馈情况)(5)A，一A。／~／e。(6)介质板长度L。随馈线及阻抗变换器的配置而定。2．3800MHz微带天线参数的确定采用介质板材料为FR4，相对介电常数e，一4．5，厚度h一3mm，，r一800MHz。未知参数由式(1)～(6)和已知参数计算得到：辐