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HFSS天线阵仿真实例-2带完整馈电网络天线设计

2018-07-22 11:39阅读:
这篇博文学习怎么创建馈电网络来实现天线到驱动的端接。
一、馈电网络阻抗和尺寸确定
根据上一篇文章的单个patch天线仿真介绍,建立如下图所示的完整天线模型。关注频率为2.45GHz,真空波长为122.4mm。patch中心间距为半个波长61.2mm,patch尺寸如下图所示。根据上一篇我们了解到patch在下边中心看进去阻抗约为130欧姆,而我们的驱动为50欧姆阻抗,为了把4个patch连接到一起实现阻抗匹配,需要合理构建如下图所示馈电网络。
HFSS天线阵仿真实例-2带完整馈电网络天线设计
图1 天线阵列示意图
馈电网络阻抗主要利用1/4波长微带线来实现阻抗匹配。由于水平线L2和L4无法长度固定为真空中天线工作频率的四分之一波长和半波长,无法作为特定阻抗下1/4波长,故只能选取垂直线来作为特定阻抗下的1/4波长。
由于源阻抗为50欧姆,所以L5必须为50欧姆;因为水平两个L4并联后要等于L5阻抗,所以L4阻抗为100欧姆;L2阻抗选择较为自由,这里我们也选择L2阻抗为100欧姆,与L4相等,便于计算;由于L3上端阻抗为两个L2并联的50欧姆,下端为L4的100欧姆,所以L3=70.7欧姆;L1上端为天线的输入阻抗130欧姆,下端为L2的100欧姆,所以L1为114欧姆。
根据图1各阻抗对应尺寸,这里我们可以看到不同阻抗对应的四分之一波长的长度都不太一样

HFSS天线阵仿真实例-2带完整馈电网络天线设计
图2 1/4波长阻抗变换示意图
二、HFSS模型建立和设置
根据之前计算,我们新建HFSS工程,求解方式设置为DrivenTerminal。在工具栏中点击HFSS->Design Properties新建如下各个变量,后续调用。
HFSS天线阵仿真实例-2带完整馈电网络天线设计
图3 新建变量
模型具体建立这里不在详细述说,完整模型建立如下图4所示。
HFSS天线阵仿真实例-2带完整馈电网络天线设计 图4 完整模型建立
在模型建立中要注意,比如L4,加上右边对称的部分总长为122.4mm,在建立L4模型的时候不能将其总长度设置为122.4mm,需要如下设置。也就是说这个122.4mm由L4与两边的L3各半个宽度组成。这里L4之所以Y坐标为-(122.4mm/2-w707/2),是因为我们将坐标原点设置在了L5上端的中点处,而L4的总长度为122.4mm-w707。
HFSS天线阵仿真实例-2带完整馈电网络天线设计 图5 L4总长度和坐标设置注意
如下图所示,在水平和垂直微带线交接处需要将缺角补充成斜角,不然对高频信号会有些影响。用画线的方式补充即可。
HFSS天线阵仿真实例-2带完整馈电网络天线设计
图6 交界处倒角
三、仿真结果
仿真结果如下图7所示,总增益为7.2左右。
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图7 3D仿真结果

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