用matlab画圆极化波,应用HFSS-MATLAB-API设计圆极化微带天线

0引言高频结构电磁场仿真软件(HighFrequencyStructureSimulator,HFSS)是20世纪60年代出现的三维微波仿真软件,对微波工程应用有极大的促进作用[1],尤其是在天线设计仿真应用极其广泛。由于使用矩阵实验室[2](MatrixLaboratory,MATLAB)协同HFSS仿真,需要具备一定的程序读写基础,还要相当熟悉HFSS。国内目前研究的人很少,也没有可以查找的文献。在目前国内射频识别,北斗定位系统,物联网等产业蓬勃发展的今天,对高性能,低成本天线的需求越来越明显,势必会出现复杂的天线,如渐变缝隙天线。仅仅使用HFSS单独建模,过程及其繁杂,还有很大的误差[3]。在文献4的基础上,本文完成了一种谐振于2.45GHz的圆极化微带天线。1设计方案使用圆形贴片进行设计圆极化天线,已知辐射圆半径有如下关系[5]:r=k槡1+0.2rhk[ln(0.2kh)+1.7726](1)k=8fr.7槡94r(2)该过程的计算中利用MATLAB来计算,并把计算出来的参数直接用来建模,克服了HFSS无科学计算的缺点。为了考虑低成本,使用FR04基板,其r=4.4,厚度为1.6mm,用同轴线馈电,馈电点在(4.8mm,4.8mm)处。设计过程分MATLAB环境设计和HFSS环境设计两部分。MATLAB环境设计过程如下:(1)设置路径;(2)计算未知参量,定义已知参量;(3)接收参量建模[6];(4)分配边界条件;(5)设置激励;(6)设置辐射边界条件;(7)运行m文件生成vbs脚本。HFSS环境设计过程如下:(1)运行vbs自动连接HFSS;(2)调整参数运行仿真;(3)进行优化;(4)得到最优结果。天线结构示意图如图1所示:图1天线结构示意图2仿真结果通过上述的过程得到最终的结果,在r=16.2mm,w=11mm,l=6.8mm,g=1mm,R=0.5g的时候,取得最优化结果。S11的结果如图2所示:图2回波损耗示意图从图2可以看出按照回波损耗小于-10dB,回波损耗的谐振模式在频率为2.4-2.5GHz内有良好的阻抗匹配模式。因此该天线能很好地满足于RFID的应用[7]。E,H面在2.45GHz的辐射方向图如图3所示:图3E面、H面示意图从图3可以看到该天线的E面和H面[8,9]辐射方向比较稳定,该辐射方向辐射宽度较宽。最后,得到轴比的仿真结果如图4所示:图4轴比示意图从图4可以看出,该天线的轴比在小于3dB的带宽可以达到0.038GHz,因此所设计的天线的完全可以满足射频识别的应用。并且该天线在尺寸相同的情况下,相比同尺寸的天线[10],S11小于-10dB的带宽要宽0.01GHz,轴比带宽要宽0.005GHz。并且设计过程完全在MATLAB环境下,具有数值处理方便,快速化建模,易于实现模块化组阵等特点。3结束语本文提出了使用HFSS-MATLAB-API接口程序,对圆极化天线的设计,仿真。给出了完备的过程,得到最终的理想的仿真结果,该天线的指标能够满足射频识别天线的要求。本文不仅从理论上证明脚本程序的可实现性,而且给出详细的设计框架,弥补国内这方面资料的匮乏。应用HFSS-MATLAB-API设计圆极化微带天线@曲恒$杭州电子科技大学电子信息学院!浙江杭州310018

@高洪涛$杭州电子科技大学电子信息学院!浙江杭州310018高频结构电磁场仿真软件具有使用vbs脚本语言建模的功能,而矩阵实验室不仅具有语言简单,便于读写,还有完备的科学计算和建模功能。两软件接口程序的存在,弥补了传统高频结构电磁仿真软件建模的不足,可以为设计复

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