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应用案例:利用短截线降低短接式贴片天线交叉极化的仿真

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                                                                                       摘要

文献(Neng-Wu Liu, “Cross-Polarization Reduction of a Shorted Patch Antenna With Broadside Radiation Using a Pair of Open-Ended Stubs,”IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 68, no. 1, pp. 13-20 Jan. 2020.)指出传统的短接式贴片天线在TM1/2,2模式下,其表面的电场分布大致如下图所示

                   

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为了降低贴片天线的有效的辐射面积,可以将上述短截线进行了折弯处理。此时,改进后贴片天线TM1/2,2模式的工作频点已经与原贴片天线TM1/2,0模式的工作频点较为接近,对比两者的交叉极化现象,改进后的天线仍然具有明显的优势。         新建PPT 演示文稿_02.png

本文基于ANSYS HFSS软件仿真分析了一种上述的短接式贴片天线,计算天线的工作频点、贴片表面电流分布,远场辐射方向图,验证了文献中的结论。

                                                                          HFSS仿真流程和结果

2.1短接式贴片天线

本文仿真的短接式贴片天线如上图所示,其中基片材质为F4B,不考虑Patch和Ground的厚度,设为PEC边界,基片和Ground的面积为150mm x 150 mm,基片厚度3mm,Patch面积为40mm x 26 mm,馈电点距离Patch的边界(x方向)为20.5 mm,Patch一端通过短接引脚接地。根据天线尺寸,预算TM1/2,2模式的工作波长约为40mm,即工作频点大约在7.5GHz左右,扫频计算得到其工作频点为7.75GHz。

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在工作频点下仿真计算贴片天线的表面电流分布和YOZ平面的远场方向图(GainPhi和GainTheta)。电流分布表面贴片天线的工作模式为TM1/2,2模式,远场方向图表面此时天线存在严重的交叉极化现象,尤其是theta=0方向附近。

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2.2含有短截线的贴片天线

为了降低上述的交叉极化现象,可以在贴片天线上增加一对如下图所示的短截线,短截线的宽度为0.3mm,这里对短截线的长度进行参数扫描,取值为17.4mm、22.4mm、27.4mm和32.4mm。S11的计算结果表面,随着短截线长度的增加,工作频点逐步降低。

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远场方向图表明,随着短截线长度的增加,交叉极化的现象逐步改善:

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2.3含有短截线的贴片天线

为了降低贴片天线的有效的辐射面积,可以将上述短截线进行折弯处理,本文中折弯处理的短截线总长度为22.4mm。其工作频点在2.67GHz。

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改进后贴片天线TM1/2,2模式的工作频点(2.67GHz)已经与原贴片天线TM1/2,0模式的工作频点(1.91GHz)较为接近,对比两者的交叉极化现象,改进后的天线仍然具有明显的优势。      

                                新建PPT 演示文稿_12.png






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首次发布时间:2020-07-12
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电磁应用HFSS
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