微波技术与天线课程设计题 目：Novel Modified UWB Planar Monopole Antennab With Variable Frequency Band-Notch Function专 业： 2008 级通信二班 作 者 1： 2 班，200840603040，胡 丹 作 者 2： 2 班，200840603046，刘瑶瑶 作 者 3： 2 班，200840603051，孙文静 作 者 4： 2 班，200840603053，唐晓丽 指导教师： 宗卫华 自动化工程学院2011 年 6 月 13 日1、 天线结构及性能图 1 中显示了被推荐的宽频带的单极天线的构造，它由一个简单的天线矩形贴片、带有两个插槽的有缺口地平面和 H-shaped 导体面组成。被推荐的天线是建造在厚度为 1.0毫米、相对介电常数为 4.4 的 FR4 基板上。微带线的宽度馈线是固定的 1.86mm 以获得50 欧的特性阻抗。在基片的正面，印刷着一个大小是 10*13.5mm 矩形贴片，此矩形贴片到底面 6mm 长度的有槽基地的距离是 2mm。关于地面结构(DGS) ，地平面槽的设置提供额外的电流路径。另外这种结构改变了输入阻抗的电感及电容，从而改变带宽。通过改变插槽的形状和尺寸，应用于微带线的 DGS 引起了谐振频率可控的结构传输的共振特性 。因此，通过在地面层插入两个插槽，然后慢慢改变它的参数（WS、LS）,可以获得更高的阻抗带宽。如图一所示，这两个插槽放置在距地面中心线 1mm 处（大约 0.5Wf）.如图 1,H 形导体面被放置在辐射补丁的下面，相对于纵向方向也是对称的。 The conductor-backed 面会扰乱共振响应还可以作为一个寄生的半波共振结构电耦合到矩形单极子。At the notch frequency,电流受寄生元素的支配，在寄生元素和辐射贴片之间他们相反的方向。由此，在 the notch frequency 附近可以产生理想的高衰变。通过慢慢改变WH、LH 、DH 参数可以获得可变的 band-notch 特性。在此设计中 WH 的宽度是控制过滤带宽的主要参数，也是寄生元素和辐射贴片耦合参数。另一方面，the notched band 的中心频率对 WH 的改变不敏感。 the notched band 的共振频率取决于 LH 和 DH。在此设计中，L 的最优化长度设定在大约 0.5参考文献中给出的天线结构图如图 1，其回波损耗如图 2，可见天线的-6dB 带宽为3.1-4.8GHz 以及 6.2-11.4GHz，覆盖 UWB 的两个频带。天线的方向图如图 3，在水平面具有全向性，符合 UWB 通信终端天线的方向性要求。图 1 天线结构图图 2 天线的回波损耗图图 3 天线的方向图2、 采用 HFSS 建立天线模型采用 HFSS 建立天线的模型如表 1 及表 2，变量如表 3。表 1 天线三维体模型名称 形状 顶点(mm) 尺寸(mm) 材料Box1 长方 体 （0,0,0）dx=22dy=22dz=1FR4_exopy（4.4）airbox 长方 体 （-$lbd/3, -$lbd/3, -$lbd/3）dx=$lbd/3*2+22dy=$lbd/3*2+22dz=$lbd/3*2+1真空（vacuum）表 2 天线二维面模型名称 所在 面 形状 顶点(mm) 尺寸(mm) 边界/源patch xy 矩形 1 (6,8,1) dx=10 , dy=13.5 PEC矩形 2 (10.07,0,1) dx=1.86,dy=8矩形 3 (9.2-$wh/2,6+$dh,0) dx=1.8,dy=15.5-$dh矩形 4 (11+$wh/2,6+$dh,0) dx=1.8,dy=15.5-$dh矩形 5 (11-$wh/2,6+$lh,0) dx=$wh,dy=1矩形 6 (0,0,0) dx=22,dy=6矩形 7 (10-$ls,3-$ws/2,0) dx=$ls,dy=$wsground xy矩形 8 (12-$ls,3-$ws/2,0) dx=$ls,dy=$wsPECfeed xz 矩形 3 (10,0,0) dx=1.93,dz=1 Lumped port表 3 变量表变量名 变量初始值（mm） 变量值（mm）$lbd 37.5 37.5$w 11.6 11.6(9.2,14.0)$d 5.5 5.5$l 14.3 14.3(9.0,11.0,13.0,14.5)$ws 2 2.0(0.5,1.0)$ls 7.5 7.5(3.5,6.0)3、 计算结果验证HFSS 计算的回波损耗如图 4，方向图如图 5。计算结果与文献值基本吻合，验证了仿真的正确性。2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00Freq GHz1.002.003.004.005.006.007.00VSWRt(patch_T1)Ansoft LLC HFSSDesign1XY Plot 1Curve InfoVSWRt(patch_T1)Setup1 : Sweep1$ls=3.5mmVSWRt(patch_T1)Setup1 : Sweep1$ls=6mmVSWRt(patch_T1)Setup1 : Sweep1$ls=7.5mm图 22.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00Freq GHz1.002.003.004.005.006.007.008.00VSWRt(patch_T1)Ansoft LLC HFSSDesign1XY Plot 1Curve InfoVSWRt(patch_T1)Setup1 : Sweep1$ws=0.5mmVSWRt(patch_T1)Setup1 : Sweep1$ws=1mmVSWRt(patch_T1)Setup1 : Sweep1$ws=2mm图 32.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00Freq GHz1.002.003.004.005.006.007.008.009.00VSWRt(patch_T1)Ansoft LLC HFSSDesign1XY Plot 1 Curve InfoVSWRt(patch_T1)Setup1 : Sweep1$l=9mmVSWRt(patch_T1)Setup1 : Sweep1$l=11mmVSWRt(patch_T1)Setup1 : Sweep1$l=13mmVSWRt(patch_T1)Setup1 : Sweep1$l=14.5mm图 42.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00Freq GHz0.002.505.007.5010.0012.5015.00VSWRt(patch_T1)Ansoft LLC HFSSDesign1XY Plot 1Curve InfoVSWRt(patch_T1)Setup1 : Sweep1$w=9.2mmVSWRt(patch_T1)Setup1 : Sweep1$w=11.6mmVSWRt(patch_T1)Setup1 : Sweep1$w=14mm图 52.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00Freq GHz1.002.003.004.005.006.007.008.009.00VSWRt(patch_T1)Ansoft LLC HFSSDesign1XY Plot 1with backed-plane and slotsCurve InfoVSWRt(patch_T1)Setup1 : Sweep1 图 6图 8 天线的回波损耗图(1)4GHZ X-Z plane Y-Z plane(2)8GHZ X-Z plane Y-Z plane(3)11GHZ X-Z plane Y-Z plane图 7 天线的方向图4、 天线性能讨论利用 HFSS 得到模拟结果,并在此基础上进行天线的参数分析,得到优化达到最大的阻抗带宽和良好的阻抗匹配。LS 取不同值时模拟 VSWR 曲线仿真结果绘出如图 2。从图 2 仿真结果观察到阻抗带宽随 LS 长度增加而增加。 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00Freq GHz1.002.003.004.005.006.007.00VSWRt(patch_T1)Ansoft LLC HFSSDesign1XY Plot 1Curve InfoVSWRt(patch_T1)Setup1 : Sweep1$ls=3.5mmVSWRt(patch_T1)Setup1 : Sweep1$ls=6mmVSWRt(patch_T1)Setup1 : Sweep1$ls=7.5mm图 2LS（0.75mm）取最优长度，WS 长度变化的模拟的 VSWR 曲线如图 3 所示。随槽宽度 WS 的增加,阻抗带宽增加。2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00Freq GHz1.002.003.004.005.006.007.008.00VSWRt(patch_T1)Ansoft LLC HFSSDesign1XY Plot 1Curve InfoVSWRt(patch_T1)Setup1 : Sweep1$ws=0.5mmVSWRt(patch_T1)Setup1 : Sweep1$ws=1mmVSWRt(patch_T1)Setup1 : Sweep1$ws=2mm图 3另一方面,带宽的低频部分对 WS 和 LS 的变化不敏感。我们观察图 2 和 3 可知在11GHZ 时新增加了一个共振频率 。由此我们可以得出结论：参数 LS 和 WS 是决定更高操作频率、阻抗带宽、阻抗匹配的关键因素。LH 取不同值时，模拟的 VSWR 曲线如图 4 所示。随着高度 LH 从 9.0 到 14.5 毫米增加,凹槽带宽中心频率从 8.9GHZ 变化到 5.3GHZ。高度 DH 时另一个决定 band-notch 频率的参数，由结果可知，通过改变两个高度参数 LH 和 DH 得到可控的 notch frequency（槽频率）2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00Freq GHz1.002.003.004.005.006.007.008.009.00VSWRt(patch_T1)Ansoft LLC HFSSDesign1XY Plot 1 Curve InfoVSWRt(patch_T1)Setup1 : Sweep1$l=9mmVSWRt(patch_T1)Setup1 : Sweep1$l=11mmVSWRt(patch_T1)Setup1 : Sweep1$l=13mmVSWRt(patch_T1)Setup1 : Sweep1$l=14.5mm图 4图 5 说明了 WH 变化时模拟的 VSWR 特性，随 WH 从 9.2 到 14mm 的增加,the filter bandwidth（过滤带宽）从