CST 天线仿真 | 螺旋天线的建模和仿真（三）—— 433MHz螺旋天线匹配电路设计与仿真

前言

上两期我们介绍了什么是螺旋天线以及如何利用CST进行螺旋天线建模设计及仿真，今天这篇以433MHz螺旋天线为例给大家介绍天线匹配电路是如何设计和仿真的。

首先我们回顾一下之前仿真的433MHz螺旋天线，如图1。S参数如图2。

 图1 433MHz螺旋天线模型

 图2 433MHz螺旋天线S11

从图2可以看出，在433MHz频点处的回波损耗为-8.6dB，对于天线来说谐振点越深越好，回波损耗S11最好要低于-10dB。这可以通过调整天线结构、大小以及端口位置来调整，当然也可以添加匹配电路来调整。在设计匹配电路之前首先要先从Smith圆图（见图3）中确定该天线的输入阻抗，该天线的输入阻抗为23.645548+j7.787414Ω。

图3 S参数Smith圆图

有了天线的输入阻抗，接下来利用Smith原图工具添加LC匹配电路使得天线的等效阻抗为50Ω。核心就是：把天线阻抗归一化 → 在圆图上从负载点走到圆心 → 读出每步电抗/电纳 → 换算成 L、C 值。

打开SmithV4，界面中间是圆图，上方是工具栏，右侧会显示元件值，如图4。

 图4 Smith V4工作界面

点击Keyboard在弹出的对话框中填入频率（如433MHz）和输入阻抗，如图5。之后Smith圆图上就会出现天线的输入阻抗点，要将该点移动到圆心位置则需要并联一个电容再串联一个电感，这个电容电感值软件会自动计算，见图6。

图5 输入阻抗及工作频率设置框

图6 电路匹配

在图6的右侧schematic中的电路则是Smith原图工具推荐的匹配电路，在CST中画出相同电路和天线连接起来继续仿真可查看添加匹配电路之后的回波损耗S11结果，见图7，图8。

图7 CST中的匹配电路

图8 加入匹配之后的S11结果

可可以看出，加入匹配电路之后的工作频率处 S11<-10dB 即匹配成功。

除了以上展示的传统添加匹配电路的方法，CST 后处理中也有一键添加匹配的方式，感兴趣的朋友可以自行尝试。