小结:由上面的优化过程,我们可以发现,采用微带线侧边耦合馈电,微带线与SRRs的耦合不怎么好,匹配不好,两个频带处的S11深度都不够,因此,下面我们采用了一种双层介质,将微带线放置于两层介质的中间,进行耦合馈电,理论上此种结构更有利于能量的传递,匹配程度应该更好,为此,下面开始仿真。
4.2 多层结构馈电
多层结构馈电,首先能保证馈电结构与辐射单元SRR的良好匹配,其次,还能进一步降低天线的尺寸。首先,我们开始建模,下面是模型图:
(a)侧视图
(b)俯视图
(c)顶层尺寸图
(d)中间微带线尺寸
图4.8 多层结构馈电HFSS仿真模型图
其中模型图中的尺寸给出如下:d=2.2mm,r1=4mm,r2=5.5mm,w=1mm,W=7.2mm,L=16mm,a=22mm,b=16mm.
下图是多层结构馈电下的天线S11图与方向图:
图4.9 S11参数图
(a) phi=0°时的方向图(f=1.96GHz)
(b) phi=90°时的方向图(f=1.96GHz)(c) phi=0°时的方向图(f=1.24GHz)
(d) phi=90°时的方向图(f=1.24GHz)
图4.10 新型天线方向图
由图4.9可知,该天线在1.24GHz与1.96GHz处分别出现一个谐振点,且满足回波损耗小于10dB,第一个点的阻抗带宽较窄,只有1%,第二个频点的带宽较宽有7%。辐射效率可以从HFSS中读出,分别为1.24GHz处60%,1.96GHz处85%。满足了指标。进一步由图4.10中可以得出此天线是全向天线,并且1.24GHz处的最大增益为-1dBi,1.96GHz处的最大增益为1dBi。之所以增益较低,主要原因是该天线尺寸很小,接地板最大尺寸 (1.24GHz)。
结 论
在这篇文章里,本人从人工谐振介质入手,阐述了其不同于一般介质的奇异特性,并进一步研究了其在天线和微波器件中的应用,最后着重研究了构成人工谐振介质的一种结构SRRs,研究了其等效电路模型,并且利用其强谐振性以及高辐射效率,与短路线结合,构建了一个双频带贴片天线。此天线结构非常紧凑,接地板长宽比为 ,而且效率高,低频处60%(1.24GHz),高频处85%(1.96GHz),具有全向辐射能力。此天线由于其结构紧凑(增大介质的介电常数可以进一步降低尺寸,不过辐射效率会降低),可以应用在很多场合,如RFID中的天线以及用于人体内探测中等等。
本课题研究的紧凑型双频带天线还可以进一步改为3频或更多频,只需要增加环的个数即可,应用可以更加灵活。
当然,这里面也存在一些不足的地方,比如馈电系统与辐射单元的电磁耦合问题,如何加强两者之间的耦合,使能量能更好的传递过去,这个还需考虑。 新型谐振式人工电磁介质的特性以及在天线设计中的应用(9):http://www.751com.cn/tongxin/lunwen_1928.html