【《双阻带特性超宽带天线的仿真验证及其分析案例》2100字】

38双阻带特性超宽带天线的仿真验证及其分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u23014双阻带特性超宽带天线的仿真验证及其分析案例 179451.1天线结构的设计 1130961.2设计结果和性能分析 563071.2.1电压驻波比 5239021.2.2天线的优化 5244731.2.3方向图 760941.2.4小结 9天线结构的设计设计的第一个步骤是先确定天线的大体形状结构，天线的正面是一条微带馈线，椭圆和矩形结合的结构，二者一起构成了无阻带超宽带天线的辐射单元。天线的背面是开一个U型槽的结构，形成天线的地板结构。如图4-1所示，是设计的一个没有具备阻带结构的超宽带天线结构图。(SEQ分题注\*alphabetica)天线正面(SEQ分题注\*alphabeticb)天线背面图STYLEREF1\s4-SEQ图\*ARABIC\s11没有阻带的超宽带天线通过CST仿真软件进行仿真图4-1中的天线模型，仿真得出的电压驻波比VSWR如图4-2所示。通过仿真后的结果图可以得出，在2-15GHz频段内电压驻波比VSWR<2。2-15GHz频段内包含了超宽带频段，证实了图4-1中设计的天线模型可以作为后续天线设计的大体形状。图4-2是仿真软件结果图；图4-2仿真软件结果图第二步的设计是让上一步设计出的超宽带天线具有第一个阻带特性，即在3.5GHz为中心形成一个阻带频段。具体设计是在3.5GHz位置处的阻带是通过在半椭圆形天线正面辐射单元的内部开一个矩形槽，然后在矩形槽里面加一个圆环结构实现。图4-3是仿真得到的电压驻波比图。可以看出，3.5GHz电压驻波比(VSWR)大于2，其它频率点的电压驻波比(VSWR)均小于2。证实设计实现了让天线在3.5GHz处拥有阻带特性。图4-3是仿真软件结果图仿真软件结果图图STYLEREF1\s4-SEQ图\*ARABIC\s13电压驻波比阻带中心频率在3.5GHz第三步的设计是要让图4-1所示的超宽带天线具备在5.5GHz为中心频带的阻带特性。为了让5.5GHz频点位置处形成阻带，所做的主要工作是在天线背面的地板内开了一个U形槽。图4-4是在地板上开一个U形槽时仿真得到的电压驻波比图。从仿真后的结果图可以看出，天线的结构设计使得超宽带天线在5.5GHz频带位置处具有了带阻。图4-4是仿真软件结果图仿真软件结果图图STYLEREF1\s4-SEQ图\*ARABIC\s14电压驻波比阻带中心频率在5.5GHz最终的设计是将上述两种天线结构结合起来，使超宽带天线具有阻带特性，进行一定的天线优化设计，确定了使天线具有双阻带特性的设计是：在设计的超宽带天线上，第一个阻带通过分别在天线正面的辐射单元内部开了一个矩形槽，然后在矩形槽里面增加一个圆环结构得到，第二个阻带是通过在天线背面地板内开了一个U形槽实现。天线的正面是一个类似半椭圆形状的辐射天线，天线的背面是在长方形中间通过开槽实现带阻功能，构成天线的地板结构。针对实际生产的需求，天线的介质材料的选择有固定的要求。我所设计的天线所采用的介质材料为FR4介质基板，厚度为1.5mm，其相对介电常数=4.4，尺寸大小为L*W,其中，L=32mm;W=32mm。图4-5是设计的双阻带超宽带天线的结构图。(a)正面结构(b)背面结构图STYLEREF1\s4-SEQ图\*ARABIC\s15设计的双阻带超宽带天线结构具体尺寸如表4-1中所示。表STYLEREF1\s4-SEQ表\*ARABIC\s11天线尺寸大小参数值(mm)参数值(mm)参数值(mm)L32R42L57.8W32L110W18R116L214W28R28L332W313R33L48W46*注：表中R1-R4为椭圆半径和圆环半径，L1为天线正面矩形槽长度，L2为馈线长度，L3为天线背面地板长度，L4和L5为天线背面U型槽长度，W2为矩形槽宽度，W3和W4为U型槽宽度。设计结果和性能分析电压驻波比如下图是设计的天线仿真得到的电压驻波比。由仿真结果得出，频率在2-15GHz范围内，除了3.5GHz和5.5GHz频段的电压驻波比VSWR＞2外，其余频率范围的电压驻波比VSWR＜2。证实了设计的天线的电压驻波比满足了双阻带超宽带天线的电压驻波比的要求。图4-6是仿真软件结果图图STYLEREF1\s4-SEQ图\*ARABIC\s16仿真软件结果图天线的优化为了实现天线的正常使用，需要我们不断优化设计的天线，使其驻波比低于2，这样才会有很好的电子波传播效率，为此我在天线仿真的过程中对结构做出了调整，使该天线达到超宽带天线的效果，首先为了降低驻波比，我将原先的椭圆改变成了类似椭圆的形状，然后缩小了寄生结构圆环的大小，改变了天线背面地板的宽度，再次仿真后发现驻波比降低了，对比如下图所示，图一为优化前，图二为优化后。图一优化前图二优化后除了天线要在频段3.1Ghz-10.6Ghz内，即实现超宽带天线，还要分别在3.5GHz和5.5GHz实现阻带功能，本文中我使用了增加寄生装置和开槽的方法，实现了双阻带特性，在实现过程中我发现，天线正面开槽后能在3.5GHZ明显看出有波峰，而在5.5GHZ的波峰却往后移动了，为了优化这一点，我尝试将天线背面的U型槽缝隙变小，仿真后看出波峰向前移动了，经过不断优化后天线实现的双阻带特性。，优化前优化后方向图如下三组图是频率分别在2GHz、8.5GHz、15GHz三个频率点所对应得出的天线的方向图。随着频率的不断增大，方向图会出现一些变形，但图形仍趋近全向，结果表明，所设计的天线在所有超宽带频段都具有良好的全向辐射特性。2GHZ的平面方向图2GHZ的立体方向图8.5GHZ的平面方向图8.5GHZ的立体方向图12GHZ的平面方向图12GHZ的立体方向图小结本章节主要是对设计的具有双阻带特性的超宽带天线进行分析，并对设计的超宽带天线进行了讨论分析，通过设计前理论知识的学习，然后学习了如何使用CST仿真软件，我所设计的超宽带天线要具有双阻带特性，不断的设计天线结构，进行仿真软件的优化，完成了设计。天线具有双阻带特性的设计主要是通过分别在辐射单元中间开一个矩形槽，然后在矩形槽内部加一个圆环寄生结构，然后继续在地板内开了一个U形槽来实现。仿真结果出来后对天线的电压驻波比、天线的方向图以及天线的增益展开了有关分