基于A(yíng)NSYS HFSS 軟件的WiFi天線(xiàn)設計與優(yōu)化

　　引言

　　近代以來(lái)移動(dòng)通信技術(shù)迅猛發(fā)展，并且越來(lái)越普及，Wi-fi 技術(shù)是現代無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的重要組成部分。微帶天線(xiàn)由于其剖面低，方向性好，制作可行性高，成本低，可貼合于物體表面以及容易組陣等特點(diǎn)，受到了很廣范的青 睞;因此Wi-fi 技術(shù)和微帶天線(xiàn)技術(shù)是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。

　　ANSYS HFSS 軟件是ANSYS 公司推出的基于自適應網(wǎng)格剖分技術(shù)的三維電磁場(chǎng)仿真軟件。是目前高頻設計的主要設計和分析工具，在射頻產(chǎn)品研制過(guò)程中正日益發(fā)揮著(zhù)越來(lái)越重要的作用。應用 HFSS 軟件設計天線(xiàn)可以自動(dòng)的得到各種天線(xiàn)參量，如增益、方向性、遠場(chǎng)方向圖剖面、遠場(chǎng)3D 圖等。使用ANSYS HFSS 可以計算：

　　1)將結構劃分為有限元網(wǎng)格(自適應網(wǎng)格剖分);

　　2)在每一個(gè)激勵端口處計算與端口具有相同截面的傳輸線(xiàn)所支持的模式;

　　3)假設每次激勵一個(gè)模式，計算結構內全部電磁場(chǎng)模式;

　　4)由得到的反射量和傳輸量計算廣義S矩陣。

　　協(xié)同其他 ANSYS 系列的仿真軟件例如 Ansoft Designer 可以設計各種有源和無(wú)源的器件。ANSYS HFSS 是目前微波工程設計的主流軟件。如何更好地學(xué)習和利用ANSYS HFSS 軟件技術(shù)，從而充分發(fā)揮軟件的效率，減小工程設計的勞動(dòng)程度，提高工程設計效率是目前我們所要解決的主要問(wèn)題。

　　1 天線(xiàn)模型的計算和分析

　　1.1 天線(xiàn)輻射元的設計

　　用傳輸線(xiàn)模式法來(lái)分析微帶天線(xiàn)的輻射原理，設輻射元的長(cháng)為 L，寬為W，介質(zhì)基片的厚度為h，現將輻射元、介質(zhì)基片和接地板視為一段長(cháng)為L(cháng) 的微帶傳輸線(xiàn)在傳輸線(xiàn)的兩端斷開(kāi)形成開(kāi)路，由于基片厚度h λ，場(chǎng)沿h 方向均勻分布，在寬度W 方向沒(méi)有變化，而僅在長(cháng)度L 方向上有變化，在兩個(gè)開(kāi)路端，電場(chǎng)均可以分解為垂直分量和水平分量，兩垂直分量方向相反因而反相而相抵消，兩水平分量所產(chǎn)生的分量 方向產(chǎn)生的遠區場(chǎng)相同而同相疊加。微帶天線(xiàn)的輻射可以等效為由兩個(gè)縫隙所組成的二元陣列。寬度W由下式近似取得

　　通過(guò)計算和ANSYS HFSS軟件仿真得到單個(gè)輻射元的模型和輻射元上的電場(chǎng)分布圖如圖1-1所示.

　　圖1-1 單個(gè)輻射元的模型及電場(chǎng)分布

　　1.2 匹配網(wǎng)絡(luò )的設計

　　本例當中需要用一個(gè)3dB的等分功分器來(lái)連接兩個(gè)輻射元和外部激勵。功分器為一個(gè)三端口網(wǎng)絡(luò )，如圖1-2所示，設輸入端電阻為Z1，兩個(gè)輸出端的電阻為 Z2和Z3，因為是等分功分器結構是對稱(chēng)的，所以Z2和Z3 相等，為使端口1和端口2、3之間無(wú)反射，根據傳輸線(xiàn)原理，應使

　　為了不發(fā)生反射，所以Zin1∥Zin2=Z1 。在微帶線(xiàn)中不同的線(xiàn)寬對應著(zhù)的不同的阻抗，根據上述換算關(guān)系在 ANSYS HFSS上建立了3維模型，通過(guò)ANSYS HFSS對三端口散射參數的計算優(yōu)化確定了功分器的外型

　　圖1-2 功分器原理示意圖 圖1-3 基于A(yíng)NSYS HFSS的功分器建模

　　1.3天線(xiàn)整體的設計

　　有了輻射元和匹配網(wǎng)絡(luò )的設計，對于整體而言就是二者的結合，結合實(shí)際要求，通過(guò)利用ANSYS HFSS 軟件進(jìn)行一系列的仿真優(yōu)化，最后選取了用雙層微帶陣列的結構。

　　圖1-4 優(yōu)化后的天線(xiàn)模型及輻射元電場(chǎng)分布