设计3： 双频微带天线设计
双极化双频段微带天线设计
and the antenna has dual polarization characteristics in this frequency band.The antenna can be used for u-
ltra wideband locating base station and transmitting labels can be placed arbitrarily.
图 2 和图 3 所示分别为天线的俯视图和天线的侧 视图，辐射贴片长、宽为 wn=19.8mm，介质基板采用相对 介电常数为 2.2，厚度为 ha=2mm 的，介质板长、宽为 41mm。为了方便微带馈线和馈电馈针的连接，辐射贴片 层介质板的尺寸小于下面馈线介质板的尺寸。馈线尺寸 为：wf=3mm，wz=0.4mm，耦合馈电层使用相对介电常数 为 2.2，厚度为 ha=0.5mm，长、宽为 55mm 的介质板。馈线 介质板、金属地板以及馈电网络介质板都有一个角被斜 切，这样设计的目的是为方便馈电网络输入端的 SMA 接 连 头 的 焊 接 。 方 环 形 腔 体 的 尺 寸 为 ：win =5.5mm， wout=36mm，hc=4mm，腔体的这种结构可以实现双频段。 底层是 Wilkinson 功分器，通过馈针向微带线馈电。天线 实物如图 4 所示。
82
带馈线、金属腔体以及馈电网络组成的。图 1 所示为本 论文提出天线的拆分结构图，顶层是辐射贴片层，是天 线的主辐射体，第二层为微带馈线临近耦合馈电层，为 了实现双极化，采用正交双馈结构，接下来是方环形的 金属背腔[7-9]。最后一层是馈电网络层，该馈电网络采用 两级的 Wilkinson(威尔金森)功分器结构，保证馈电网络 的宽频带特性[10-11]。
0 引言
双频微带天线设计
圖(一) monopole 天線示意圖
提出規格 2.45 GHz & 5.2GHz B.W. > 8%
5
選擇天線幾何形狀 及饋入方式
圖(二) 天線製作的流程圖
6
表(一) 常見的無線通訊標準所適用的頻段 英文全名 Global Positioning System 英文縮寫 GPS 中文翻譯 全球衛星定位系統 頻段 L1 band：1575.42 MHz L2 band：1227.60 MHz Global System for Mobil Communication Digital Communication System Personal Communication Services Integration of Mobile and Fixed Network Bluetooth PCS 個人通訊服務系統 1850 ~ 1990 MHz GSM *Enhanced GSM DCS 全球行動通訊系統 890 ~ 960 MHz *880 ~ 960 MHz 1710 ~ 1880 MHz
3
些幾何圖形的變化可以來改善微帶天線窄頻帶的缺點，並利用單極化的特性來小 型化及降低總功率，使得微帶天線的指向性(Directivity)也比較好[19]。如圖(一)所 示 ，利用圓柱形近似法來找出單偶極微帶天線(Monopole Microstrip Antenna)的第一 個VSWR到達2的共振頻率點，用此方法可以得到不錯的近似，可以用來當作天線 設計的原型。其中饋入間隙 (Feed Gap)g的大小，會造成輻射金屬貼片 (Radiation Metallic Patch)和接地面(Ground Plane)間的電容性增加，使其阻抗不匹配，所以此 參數必須相當小心設計。 天線製作的流程如圖(二)所示，首先選擇天線所要設計的頻段，表(一)為目前 常 見 的 無 線 通 訊 標 準 所 適 用 的 頻 段 。 而 在 ISM 波 段 的 無 線 計 算 IEEE 標 準 有 Bluetooth(802.15)、WLAN(802.11b/g)的2.45GHz以及WLAN(802.11a)的5.2GHz，本 論文著墨於適用上述之頻帶的微帶天線設計。接著利用IE3D電磁模擬軟體根據所 設計的天線結構進行模擬分析，最後以雙面感光電路板(FR4)來製作出實際天線尺 寸並量測此天線之相關參數。
双频微带天线的研究
双频微带天线的研究一、本文概述随着无线通信技术的快速发展，微带天线作为一种重要的天线形式，在无线通信、雷达、卫星通信等领域得到了广泛应用。
双频微带天线作为微带天线的一种特殊形式，具有能够在两个不同频段同时工作的特点，因此在多频段无线通信系统中具有重要的应用价值。
本文旨在深入研究双频微带天线的设计理论、性能优化及其在实际应用中的表现，为双频微带天线的进一步发展提供理论支持和实践指导。
本文首先回顾了微带天线的发展历程和研究现状，介绍了双频微带天线的基本原理和设计方法。
在此基础上，对双频微带天线的关键参数进行了详细分析，包括天线的尺寸、介质基板的选取、馈电方式等，并对影响天线性能的主要因素进行了讨论。
接着，本文提出了一种新型的双频微带天线设计方案，并对其进行了仿真分析和实验验证。
仿真结果表明，该设计方案在预定频段内具有良好的阻抗匹配和辐射性能。
本文还对双频微带天线在实际应用中的性能表现进行了评估，为其在无线通信系统中的应用提供了参考依据。
通过本文的研究，不仅能够加深对双频微带天线设计理论和性能优化的理解，还能为双频微带天线在实际应用中的推广提供有力支持。
本文的研究成果也为其他类型的多频段天线设计提供了有益的借鉴和参考。
二、双频微带天线的基本理论双频微带天线是近年来无线通信领域研究的热点之一，其基本理论主要基于电磁波的传播特性和天线的辐射原理。
微带天线是一种薄型、轻质、低剖面的天线，它利用微带线或同轴线等馈电方式，将电磁波辐射到空间中。
双频微带天线则是指能够在两个不同频段内同时工作的天线，这种天线具有多频带、小型化、集成化等优点，在无线通信、雷达、卫星通信等领域具有广泛的应用前景。
双频微带天线的基本理论主要包括天线辐射原理、谐振理论、阻抗匹配等。
天线辐射原理是天线工作的基础，它涉及到电磁波的传播和辐射。
微带天线通过微带线上的电场和磁场分布，将电磁波转化为空间中的辐射波。
双频微带天线则需要在两个不同频段内实现辐射，因此需要通过设计合适的天线结构和馈电方式来实现。
基于HFSS的双频微带天线仿真及设计(word文档良心出品)
基于HFSS的双频微带天线仿真及设计随着无线通信技术的快速发展，无线通信已经广泛应用到雷达"移动通信"卫星定位"无线局域网络"卫星电视等诸多领域!而天线则是无线通信系统中信号发射和接收的关键部分，它直接影响着无线通信的性。
随着移动通信中跳频"扩频等通信技术的发展，同时为了满足与多个终端的通信要求，实现多系统共用和收发共用等功能，这就要求天线在不同频段下工作。
因此天线的多频段通信技术成为现代无线通信领域迫切需要研究的问题。
微带天线有多种馈电方式，其中同轴线馈电是一种最常用的馈电方式!同轴线馈电是将同轴插座安装在接地板上，本文在一种常用的2.45GHz同轴馈电微带天线的基础上，利用HFSS三维电磁仿真软件合理设计同轴馈电的位置及改变辐射贴片的尺寸，使天线获得一个新的谐振频率，大小为 1.9GHz，且输入阻抗为50Ω左右，并且对仿真结果进行了详细的分析。
最后根据仿真结果制作天线实物，在实际的电磁环境下对天线的驻波比进行测试，得到较好的效果。
1 2. 45 GHz同轴馈电微带天线参数一种常用的2. 45 GHz同轴馈电微带天线的原理图如图1和图2所示图1 中L0为辐射贴片X轴长度，L0= 27．9 mm; W0为辐射贴片Y 轴长度宽度，W0= 40 mm; L1为同轴馈电点离辐射贴片中心距离，L1 = 6.6 mm。
图 2 中介质基片厚度H = 1． 6 mm; 介质基片介电常数ε = 4.4。
2双频微带天线设计在 2． 45 GHz 微带天线中的辐射贴片在 X 轴方向的长度为 27． 9 mm，同轴线馈电点( A 点) 离辐射贴片中心距离为 6． 6 mm。
只需在此基础上分析给出微带天线的辐射贴片在Y轴方向的长度和同轴线馈电点 ( B 点) 的位置，能够使天线能够工作于9 GHz，然后过 A 点和 B 点的垂直相交点( C 点) 即为需要找到的双频馈电点。
新型h形双频微带天线的设计
第23卷增刊微波学报 V ol.23 Supplement 2007年8月 JOURNAL OF MICROWA VES Aug. 2007新型h形双频微带天线的设计黄振华1周希朗1牛家晓1陈俊华2（1. 上海交通大学电子工程系，上海200240；2. 上海微波设备研究所，上海201802）摘要：提出了一种新型的适合ISM 2.45 GHz频段的无线通信和RFID等领域应用的h形微带天线，该天线具有小型化、双频工作等特点。
该h形微带天线被看作由两个半波微带振子组成，分别对应于天线的两个工作频率。
文中给出了天线反射损耗的实测结果及实测方向图，实测结果与软件仿真及理论预测结果基本吻合。
关键词：微带天线，h形，双频Novel Design of an H-shaped Dual-frequency Microstrip AntennaHuang Zhenhua 1, Zhou Xilang1, Niu Jiaxiao1, Chen Junhua2(1. Department of Electronic Engineering, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China;2. Research Institute of Microwave Equipment, Shanghai 201802, China)Abstract：A novel compact h-shaped dual-frequency microstrip antenna, which is suitable for wireless communication and RFID applications at ISM 2.45 GHz band, is investigated. This novel microstrip antenna is considered to be composed of two microstrip dipoles, which resonate at the antenna’s two operating frequencies respectively. The resonant frequencies are predicted. Simulated and measured return loss of the h-shaped microstrip antenna and measured radiation patterns are presented and discussed, and good agreement is achieved.Key words：Microstrip antenna, H-shaped, Dual-frequency引言无线通信技术的迅猛发展和应用推动了现代通信天线向小型化、多频带、多极化的方向发展。
双频微带天线设计
双频微带天线设计陈磊;张辉;陈健;李静;周丽洁【摘要】基于微带贴片天线在无线引信中的应用，根据微带天线原理，通过HFSS天线仿真软件，设计了中心频率为6.14GHz和7.2GHz的同轴馈电圆形微带天线。
仿真结果表明：该天线谐振频率、回波损耗等性能参数符合设计要求。
【期刊名称】《电子制作》【年(卷),期】2015(000)012【总页数】2页(P1-2)【关键词】同轴馈电;双频天线;三维方向图【作者】陈磊;张辉;陈健;李静;周丽洁【作者单位】咸阳师范学院陕西咸阳 712000;咸阳师范学院陕西咸阳 712000;咸阳师范学院陕西咸阳 712000;咸阳师范学院陕西咸阳 712000;咸阳师范学院陕西咸阳 712000【正文语种】中文【中图分类】TN82在人类日常生活中越来越多的设备（如：跳频雷达、移动终端等）都需要双频甚至多频工作。
双频天线工作的两个频率的分离程度取决于结构和激励，在天线的固有结构上设计出工作于两个频率而且要求两个频段有相似的辐射特性和匹配特性并不简单。
本文利用贴片两个正交方向下的低阶谐振模，设计出一种频率为6.14GHz、7.2GHz的双频同轴馈电圆形微带天线。
1.1 微带天线的初始设计影响微带天线性能和尺寸的参数主要有介质基板和基板的厚度。
假设双频微带天线的介质基片的介电常数为，厚度为h，贴片宽度W，介质板的相对有效介电常数，贴片的长度L。
对于工作在6.14GHz、7.2GHz的双频微带天线，根据天线理论有[2-4]：（1）贴片宽度为W式中C为真空中的光速。
（2）贴片长度为L式中C为光速为有效介电常数，为等效辐射缝隙长度，其可用以下两个公式计算：（3）输入阻抗为同轴馈电点的位置估算为：其中（4）介质基片的选取是相对介电常数，如果想要提高微带天线带宽和效率，则需要增加介质基板厚度，但介质板厚度的增加不但增加了天线的重量而且破坏了低剖面，同时表面波的辐射也会随着介质基片的厚度的增加而产生。
新型无线局域网双频段微带贴片天线设计
国 内外许 多 学者提 出了多种 微带 天线 实现 双频 工作 的方 法 ， 常 可 以分 为 宽频 设 计 和双 频 设计 。宽 频 天 通 线 设计 中， 常通 过改 变天 线结 构 ， 多层 天线 、 加寄 生 贴 片 、 常 如 添 口径 耦 合 、 片 切槽 技 术 等方 式增 加 天 线 ］贴 带 宽 ；而双频 天线 设计 主要 通过 切槽 技术来 实 现 。目前设 计 的大部 分双 频天 线不 能提 供覆 盖 ５ＧＨｚ（ ５ ５１ Ｏ～
新 型 无 线 局 域 网 双 频 段 微 带 贴 片 天 线 设 计
李 伟， 耿友林
（ 州 电子 科 技 大 学 天 线 与 微 波 技 术 研 究 所 ，杭州 ３ ０ １ ） 杭 ｉ ０ ８
摘
要 ： 新 型 无 线 局 域 网双 频 段 微 带 贴 片天 线 采 用 ５ Ｏ ｎ微 带 线 进 行 馈 电 ， 用 在 贴 片 切 槽 设 计 方 式 ， 采 实
与 有 源 器 件 和 电 路 集 成 为 单 一 的 模 件 ，便 于 实 现 圆 极 化 、 极 化 和 双 频 段 等 优 点 ， 到 广 泛 关 注 。 因 此 ， 双 受 对 ｗＬ ＡＮ 的 双 频 微 带 天 线 的 开 展 研 究 具 有 重 要 的 理 论 与 实 践 意 义 。
ｇ （． １ ～ ２ ４ ２ＧＨｚ 协 议 已经 不 能 满 足 日益 增 长 的 数 据 通 信 业 务 需 求 ，Ｅ Ｅ ０ ． ｌ （ ． ５ ５ ３ ２ ４ ２ ． ８ ） Ｉ Ｅ ８ ２ １ ａ ５ １ ～ ． ５ＧＨｚ ，
５ ７ ５ ． ２ ． ２ ～５ ８ ５ＧＨｚ协 议越 来越 被广 泛地 应用 ， 而 １ ａ与 １ ｂ工 作在 不 同的频段 上 ， 们互 不 兼容 。而 近 年 ） 然 ｌ １ 它 来提 出 的 Ｉ Ｅ ８ ２ １ ｎ协 议计 划 ， Ｅ Ｅ ０ ．１ 不仅 将 ｗＬ ＡＮ 的传输 速 率从 ８ ２ １ ａ和 ８ ２ １ ｇ的 ５ ｐ 增 加 至 １ ８ ０． １ ０． １ ４Ｍｂ ｓ ０ Ｍｂ ｓ ｐ 以上 ， 而且 ８ ２ １ ｎ协议 为 双频 工作模 式 （ ０．１ 包含 ２ ４ＧＨｚ和 ５ ０ＧＨｚ两个 工 作 频段 ） 因而 就需 要 设计 ． ． ， 出双 频天 线 。又加之 由于微波 集成 技术 的发 展和 空 间技术对 低 剖面天 线 的迫切 需求 ，以及 不 断发 展 的通 信技 术对 通信设 备小 型化 的需 要 ， 带 天线 以其 体 积小 、 量 轻 、 微 重 低剖 面 、 与 载体 共 形 ， 于 制 造 ，成 本 低 ，易于 能 易
基于HFSS的双频微带天线仿真及设计
基于HFSS的双频微带天线仿真及设计HFSS（High Frequency Structure Simulator）是一款广泛应用于天线设计领域的电磁仿真软件。
本文将基于HFSS进行双频微带天线的仿真和设计，包括仿真模型构建、参数设置、频率扫描、天线设计优化等内容。
以下是对于每个步骤的详细介绍。
首先，在HFSS软件中创建一个新的项目，然后选择"Design Type"为"Antenna"。
接下来，根据双频微带天线的特点，构建天线的几何结构。
双频微带天线通常由一个辐射贴片和一个馈电贴片组成。
辐射贴片的几何结构决定了辐射频率，馈电贴片的几何结构决定了馈电频率。
根据具体的设计要求，可以选择矩形、圆形或其他形状的贴片。
在构建天线的几何结构后，需要设置天线的材料属性。
可以选择常见的介质材料，如FR-4、Rogers等，然后设置其相对介电常数和损耗因子。
这些参数对天线的性能有重要影响，需要根据具体的设计需求进行调整。
完成材料属性设置后，需要定义辐射贴片和馈电贴片的端口。
通常，辐射贴片和馈电贴片的接地为共地，但其余部分分开。
可以通过选择适当的面来定义每个端口。
然后，设置端口的激励类型和激励参数。
常见的激励类型有电流激励和电压激励，而激励参数包括频率、幅度和相位等。
在设置好端口后，可以进行频率扫描，以获取天线的频率响应。
可以选择在一定范围内进行频率扫描，也可以单独指定感兴趣的频率点。
通过分析结果可以得到辐射和馈电贴片的共振频率，以及频率响应的带宽等信息。
如果设计的频率不满足要求，可以对几何结构和材料参数进行调整，然后重新进行频率扫描。
当天线的频率响应满足要求后，可以进行天线设计的优化。
优化的目标通常包括增加天线的增益、改善天线的辐射效率、扩展天线的带宽等。
可以通过对辐射贴片的长度、宽度、形状等进行调整，或者对馈电贴片的长度和宽度进行调整。
优化过程中，可以通过设置参数范围和优化目标，使用HFSS内置的优化算法进行自动优化。
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分析TM10模输入阻抗和L2的关系
m1
Name
X
Y
m1
m2 m2
7.2
7.2
52.22
-7.05
当L2=7.2mm时，1.9GHz输入阻抗Zin=52.22-j7.05，和50欧 姆传输线匹配最好，此时可从Smith圆图上查的VSWR=1.155
查看优化设计天线性能
由前述分析可知，当辐射贴片L0=27.8mm，W0=37mm时
天线的TM01和TM10 模分别工作于1.9GHz和2.45GHz。当同轴
馈电点的位置坐标（L1，L2）=（6.6mm，7.2mm）时， 1.9GHz和2.45GHz时的输入阻抗都约为50欧姆。
Name X（GHz） Y（dB） m1 m1 1.9 2.45 -25.84 -33.97
m2
m2
查看优化设计天线性能
re W
r 1 r 1
h 1 12 2 2 W
1/2
双频微带天线尺寸初始设计
x L2 L0
H L0
C L1
1.6mm 27.9mm 40mm 6.6mm 10mm 30mm
W0
y
L1 L2 length
W0
修改设计2模型和扫频范围
修改设计2模型中的Feed和Port中的Center position：
从Smith图中可以
看出，在两个工 作频率上都达到 了很好的阻抗匹 配
m2
m1
Name
Freq
mag
Ang
RX
VSWR
m1
m2
1.9GHz
2.45GHz
0.051
0.020
-0.551
22.068
1.107-j0.001
1.037+j0.015
1.107
1.040
查看优化设计天线性能
频率f=1.9GHz 频率f=2.45GHz
双频微带天线设计要求
中心频率：1.9GHz和2.45GHz
设计要求：S11<-20dB
介质基片：FR4 Epoxy
基片厚度：1.6mm
馈电方式：50Ω同轴馈电
微带天线双频工作简单获取
y
B W A
C x
A点：激发TM10模式 的50Ω馈电点 B点：激发TM01模式
L
的50Ω馈电点
h
FR4 Epoxy
1/2
L / h 0.264 W 0.412h e 0.258 L / h 0.8
e 0.3
双频微带天线尺寸初始设计
x L2
沿x方向的尺寸L和L1在设计 2中得出
C L1
L
y
沿y方向的初始尺寸L2可
W
由下式算得
W L2 2
1 1 re
C点：同时激发TM10模式和TM01模式的50Ω馈电点
双频微带天线尺寸初始设计
x L2 L
沿y方向的初始尺寸W可 由下式算得：
C L1 y
W
c 2 f2 e
2W
W
e
沿x方向的尺寸L和L1在设计2中已得出
r 1 r 1
12h 1 2 2 L
m1
m2
Name Theta
m1 0
Ang
0
Mag
1.182
Name Theta
m2 0
Ang
0
Mag
3.911
查看优化设计天线性能
频率f=1.9GHz 频率f=2.45GHz
Name m1 m2
X 2.45 1.90
Y -29.97 -10.12
m1
分析TM10模输入阻抗和L2的关系
Name
m1 m2
m2
X
1.90 1.77
Y
-16.24 91.24
m1
L2=10mm时的阻抗分析，W0已取37mm
分析TM10模输入阻抗和L2的关系
添加参数扫描分析：L2=5mm~9mm，step 0.5mm
由（L1,0mm，0mm）改为（L1，L2，0mm）
扫频范围由（1.5GHz~3.5GHz）改为（1.5GHz~3GHz）
其它设置不变
查看天线谐振频率
m2
Name
m1
X
2.42
Y
-31.87
m2
1.76
-11.61
m1
修改天线L0长度：由27.9mm改为27.8mm，仿真结果见下图
查看天线谐振频率
m2
Name m1 m2
X 2.45 1.77
Y -28.64 -11.29
m1
分析m2谐振频率随w0变化规律
添加并运行参数扫描
分析m2谐振频率随w0变化规律
查看分析结果
W0=39mm W0=36mm
当W0=37mm时，TM10模谐振频率约为1.90GHz
分析TM10模输入阻抗和L2的关系
m2