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　　贴片天线设计方案

　　设计超宽带贴片天线在一个材质是FR4尺寸为35mm×35mm，厚度h为0.45mm，介电常数ε_r为4.4的介质基板上。且由一个贴片和一个作为馈线的小贴片和接地板组成。贴片天线的结构印制在RF4基板的一面，另一面是接地板，对接地面做了半圆形缝隙处理，改善了天线的辐射方向特性^[3]。又经过对文献^[4-7]的设计方法进行总结和扩展，做了以下的设计，具体是在接地面开一个半径R=12mm的小半圆缝隙。设计的贴片开槽结构形似一个旧式飞机模型样式，首先估计尺寸再经过仿真优化，如图2(a)所示为仿真器绘制的贴片天线三维立体模型图;天线模型尺寸结构和物理量参数的描绘如图2(b)(虚线部分为反向的接地板面);表1为设计之初贴片天线的各个物理量参数尺寸。

　　该设计的目标旨在低于-10dB的回波损耗(S11)的情况下，天线能达到良好性能和较好带宽。为实现这一目标，恰当的天线几何尺寸是必需的。因此，为了获得最佳的回波损耗和阻抗带宽，将对该天线的设计参数，如缝隙，贴片形状和馈电宽度进行研究和比较，使用Ansoft HFSS 12.0仿真软件仿真，以使天线做到最佳的尺寸。

　　设计方案优化前的回波损耗和远场辐射图如图3所示。

　　由上图可以看出，该天线的阻抗带宽大致范围为1.65~5.00GHz，并没有达到超宽带的要求，属于窄带天线。且由远场辐射方向图看出天线所表现的全向性并不好，因此，下面将通过Ansoft HFSS仿真软件对贴片天线的一些尺寸参数进行优化，力求达到超宽带天线的要求。

　　优化方案

　　对各个物理参数进行优化改进设置。经过仿真分析，接地板宽度L4从10mm开始，随着宽度的增加，带宽越来越宽，当L4达到13mm时，则它不再满足超宽带的特性，因而我们认定当L4=12mm时能够获得最佳的阻抗带宽。改变横缝隙的位置，让它向着y轴正向移动，距x轴的距离设为H，在L1变动时，此时我们发现，当H=23mm时，阻抗带宽范围为2.25~11.5GHz，也由此得出H为23mm时是最适合的位置。研究表明竖条缝隙的位置对天线的回波阻抗的影响并不是很大，随着其长度的增大，阻抗带宽也会有相应的增加，所以选择其长度L9=15mm能够满足最佳的天线性能。我们又改变了L7长度的大小来观察天线的回波损耗得出了当L7=6mm时，天线能够表现出最佳的回波损耗性能。实验中又试着再改变L10的大小，当L10=2mm时，天线能够表现出最佳的回波损耗性能。并且还得出了随着L10的增加，天线的阻抗带宽也随着增加的结论。接下来改变宽度W的大小，观察总结出当W=1mm时，天线能够表现出最佳的回波损耗性能。且随着W的增加，天线的回波损耗越来越差，阻抗带宽也越来越小。最后讨论小半圆半径R对天线回波损耗的影响，得出当R=11mm时，天线能够表现出最佳的性能。且随着R的增加，天线的回波损耗变得越来越差。经过对天线设计参数的仿真与细致研究，我们得出最终的优化的结果，各项物理参数如表2所示。

关键词： 超宽带 贴片天线 回波损耗 仿真 频带 201309