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QINGDAO UNIVERSITY微波技术与天线课程设计题 目：Novel Modified UWB Planar Monopole AntennabWith Variable Freque ncy Ban d-Notch Function专业：2021级通信一班作者1：2班202140603040,胡丹作者2：2班202140603046,刘瑶瑶作者3：2班202140603051,孙文静作者4:指导教师：2班202140603053,宗卫华唐晓丽自动化工程学院2021年6月13日1、 天线结构及性能图 1 中显示了被推荐的宽频带的单极天线的构造,它由一个简单的天线矩形贴片、 带有两个插槽的有缺口地平面和 H-shaped导体面组成.被推荐的天线是建造在厚度为1.0 毫米、相对介电常数为 4.4 的 FR4 基板上.微带线的宽度馈线是固定的 1.86mm 以获得 50欧的特性阻抗.在基片的正面,印刷着一个大小是 10*13.5mm 矩形贴片,此矩形贴片 到底面6mm长度的有槽基地的距离是 2mm.关于地面结构〔DGS〕,地平面槽的设置提供 额外的电流路径. 另外这种结构改变了输入阻抗的电感及电容, 从而改变带宽. 通过改变 插槽的形状和尺寸,应用于微带线的 DGS引起了谐振频率可控的结构传输的共振特性 .因此,通过在地面层插入两个插槽,然后慢慢改变它的参数〔 WS、LS〕,可以获得更高的 阻抗带宽.如图一所示,这两个插槽放置在距地面中央线 1mm 处〔大约 0.5Wf〕.如图 1,H 形导体面被放置在辐射补丁的下面,相对于纵向方向也是对称的. The con ductor-backed面会扰乱共振响应还可以作为一个寄生的半波共振结构电耦合到矩形单 极子.At the notch frequency,电流受寄生元素的支配,在寄生元素和辐射贴片之间他们相 反的方向.由此,在the notch frequency附近可以产生理想的高衰变. 通过慢慢改变 WH、 LH、DH参数可以获得可变的band-notch特性.在此设计中 WH的宽度是限制过滤带宽 的主要参数,也是寄生元素和辐射贴片耦合参数.另一方面, the notched band的中央频率对WH的改变不敏感.the notched band的共振频率取决于LH和DH.在此设计中,L 的最优化长度设定在大约 0.5参考文献中给出的天线结构图如图 1,其回波损耗如图 2,可见天线的 -6dB 带宽为 3.1-4.8GHZ以及6.2-11.4GHZ,覆盖UWB的两个频带.天线的方向图如图3,在水平面具 有全向性,符合 UWB 通信终端天线的方向性要求.22H-shaped conductor-backed planez8w22f 0+5由11■—工*I1.8 * ■ w~lhDh"microstrip feedline top view\ ground plane bottom view图1天线结构图———wMhoul mbts ■工z m i亡■勺梵和用i57 9Freci (GHz)11Fig.2. SiiniJIJled VSWRetwriiclcrislic various length£f：' DM = 2iuul).uaacda—一 W5«0.5rnrn■ ■ “ W$・lmnn■ Ws^2mm- 「 T ——i j1In|i ■ 0 冲■ FI1i \ *4 1 I » I4 1 I l> I0,5 4 1 + 1 1- i 3 5 7 9 11 13Freq (GHz)Figa 工 Simulated V5WR diLimetcrjstic for v^riou^ lengdi (Ls = 7.5 1111LI h1 I—-・ LH-»nm1 1■ ■ * LH-11mm-]■ t LH=13mm LH^14.&nrricrMSA；* * * WHi=li4inm r * WH=1i1a6mm9 11Froq (GHz)Fig. 5. SLinuJaccd VSWR chaiujclcri^tic: fijr vininui length H u.7 9 11Freq (GHz)Fig. 4, Jlinwlhyd VSWR chunMUcri曲ic f™ viiriaus; length Eh・(D 5-^ imii L10Fiig.. MenhureiJ VSWR with and withom H-shjiped eondu^ilor-backed plane.Fig. 8u htc/so爬dl anEennoi gain.图2天线的回波损耗图270'f-z planeco-polartmss-pd 町Fig. 7. M eiisured .r — z pl ane □nd 甘一：pkine: ud ialiun piilteni (ur pnipos^d unienn^. ul 灿 4 GHz: Cb) 8 Cihk： und (c) 11 GHt.270i-z planejf-z plam图3天线的方向图2、 采用HFSS建立天线模型采用HFSS建立天线的模型如表1及表2,变量如表3 表1天线三维体模型名称形状顶点(mm)尺寸(mm)材料Box1长方 体(0,0,0)dx=22 dy=22 dz=1FR4_exopy(4.4)airbox长方 体(-$lbd/3, -$lbd/3, -$lbd/3)dx=$lbd/3*2+22 dy=$lbd/3*2+22 dz=$lbd/3*2+1真空(vacuum)表2天线二维面模型名称所在 面形状顶点(mm)尺寸(mm)边界/源patchxy矩形1(6,8,1)dx=10 , dy=13.5PEC矩形2(10.07,0,1)dx=1.86,dy=8groundxy矩形3(9.2-$wh/2,6+$dh,0)dx=1.8,dy=15.5-$dhPEC矩形4(11+$wh/2,6+$dh,0)dx=1.8,dy=15.5-$dh矩形5(11-$wh/2,6+$lh,0)dx=$wh,dy=1矩形6(0,0,0)dx=22,dy=6矩形7(10-$ls,3-$ws/2,0)dx=$ls,dy=$ws矩形8(12-$ls,3-$ws/2,0)dx=$ls,dy=$wsfeedxz矩形3(10,0,0)dx=1.93,dz=1Lumped port表3变量表变量名变量初始值〔mm〕变量值〔mm〕$lbd37.537.5$w11.611.6(9.2,14.0)$d5.55.5$l14.314.3(9.0,11.0,13.0,14.5)$ws22.0(0.5,1.0)$ls7.57.5(3.5,6.0)3、 计算结果验证HFSS计算的回波损耗如图4,方向图如图5.计算结果与文献值根本吻合,验证了仿真 的正确性.Ansol ILLG XY Plot 1Cme hTo VSWRtipatch^Tl) Sdupl: Sweepi 細店h) 5nirrf・・・・“ ¥逊・冋伯SduN 帥 geA VSWRt(pslch_Tl] SSupI : SWGEPIXY Plot 1Arlsofi LLC8 000 007 00二0 003 002 001 00Curve 1*11.nw.oo12.003.00 Frsq [GHz]—-VSVrf4jpa1ch_Tl) Sefjpli: SweEpI VSwftipiarlcn_Tl) Se&ipH 抽 eepl irsumi・・・・・・ VSWft(pa1ch_T1) SdupH : SwCTplArisoft LLG1500 -XY Plot 112.5D —10.00 —7.50 ——500 —2 50 —0.00 j-2.00An soft LLC… VSmip3lch_T1) S^jpli: Sweep!St'13rwfCuve InlD vwa(p^dh_n)Sdup1騷啊j 珈书2ml—— VSVVRl(paicih_TiJ 曲 Lfd :希 eq)1Sw^lH.&riri4.00B.QO10.OT12.00曲申1希阿j $w-14nni6.00Freq 刖4XY Plot 16.008.0010.0012.00Freq [GHz]图8天线的回波损耗图Radiation Pattern 3KSSDkugnlCurvi Inta DBG« <11*^1I LuLAdifibin n科刊GMf仆创■饲申 ■«■ = « 础 C"TXi；・I I MlAdlfTlFBIi(1)4GHZ X-Z pla neRadioiion PatlErn 4Y-Z pla nemSDuignl130Qr*rfcn*(j dHfCunF^i；-SfWZ gAm,神Firq-1&ti, Rw-Tdm' "-也 dUlTMUjSfiW-TF!E・FOt2*申1・~[«申(2)8GHZ X-Z pla neY-Z pla neRadmon Pattern 6Into-一^朗Gun啊 命甲歩LnWli^lin FWilGteAii-tMefld S«hjp3 Ue4kiipkh-e rrvq^llG^fRii-^Ddaji-Radi«ilion Pattern 7取GwPh；! Snip} LiAlMApkv* Fnefl-IIGH?'O-a^wej1—廿。