2024年6月15日发(作者：桐语海)
同轴馈电矩形微带天线设计与分析
摘要：本文使用HFSS软件，设计了一种具有损耗低、稳定性好的同轴馈电矩形微带天
线。该新型C波段微带天线射频频率2、45GHz，输入阻抗50Ω，利用矩形同轴线馈电
(RCL)结构网络和微带天线子矩阵的基本原理和设计方法，运用HFSS对该天线进行仿真、
优化，最终得到最佳性能，达到了频段范围内S11小于XXX，尺寸XXX，方向性XXX，
达到XXX的设计要求。
关键词：HFSS，微带线，天线
请在摘要中写明该天线的性能，点明创新性或所做的工作重点。
1、前言
在1953年Deschaps提出微带天线的理论，经过20年多的发展，Munson和Howell于
20世纪70年代初期制造了实际的微带天线。传统的手工计算设计天线采用的是尝试法，
设计和研发周期长，费用高。随着计算水平的提高，可以采用成熟的电磁仿真软件设计 。
微带天线结构简单,体积小,能与载体共形，能和有源器件、电路等集成为统一的整体，
具有体积小、重量轻、低剖面、易于集成和制造等点，在卫星通信、卫星定位 系统等多个
领域获得了广泛应用。已被大量应用于100MHz～100GHz宽频域上的无线电设备中, 特别
是在飞行器和地面便携式设备中得到了广泛应用。
微带天线的特征是: 比通常的微波天线有更多的物理参数, 可以有任意的几何形状和尺
寸；能够提供50Ω输入阻抗,不需要匹配电路或变换器；比较容易精确制造, 可重复性较
好；可通过耦合馈电, 天线和RF电路不需要物理连接；较易将发射和接收信号频段分开；
辐射方向图具有各向同性。设计的圆极化微带天线具有较宽的频带或者是双频堆叠结构且
采用同轴线馈电 ，一般天线厚度尺 寸较大，因此馈电同轴长加大，导电感抗加大，天线的
性能随之恶化。通常，单层厚天线采用L形或T形同轴探针馈电；对于双层厚天线 ，通过
在层间增加空气层以改善天线的驻 波特性J。这两种结构给天线的制造带来了困难，前者
需要在介质层内增加金属片来实现T形或L形探针馈电，制作不便，增加了制造代价；后
者需要在两层天线中间添加空气层，由于空气层厚度对天线性能影响突出，厚度不易控
制，因此也不是好的选择，而同轴馈电矩形微带电线成为了性能良好的天线选择之一。
本文设计的同轴馈电矩形微带天线工作于ISM频段，其中心频率为2.45GHz；无线局
1 / 10
域网、蓝牙等无线网络均可工作在该频段上。选用的介质板材为Rogers R04003，其相对介
电常数εr=3.38,厚度h=5mm；天线使用同轴线馈电。
2．结构模型
画出天线结构示意图，并标明图中的参数。图1 XXX 天线结构（位置居中）
根据建立的微带天线模型，利用HFSS软件进行了性能仿真。经过仿真、优化后，最
终确定的微带线天参数见表1。
图4为S参数仿真曲线。从图4中可以看出，曲线在2.45GHz左右反射系数最大，达
到-16.745dB，说明在该频率匹配最佳。从图4中还可以看出，S曲线开口窄，表现出了微
带天线频带窄的特点。
3．结果与讨论
给出软件仿真的数据结果（S参数、方向图、场分布图），并进行讨论。请写出计算
每种参数特征所使用的数学表达式。
2 / 10
2024年6月15日发(作者：桐语海)
同轴馈电矩形微带天线设计与分析
摘要：本文使用HFSS软件，设计了一种具有损耗低、稳定性好的同轴馈电矩形微带天
线。该新型C波段微带天线射频频率2、45GHz，输入阻抗50Ω，利用矩形同轴线馈电
(RCL)结构网络和微带天线子矩阵的基本原理和设计方法，运用HFSS对该天线进行仿真、
优化，最终得到最佳性能，达到了频段范围内S11小于XXX，尺寸XXX，方向性XXX，
达到XXX的设计要求。
关键词：HFSS，微带线，天线
请在摘要中写明该天线的性能，点明创新性或所做的工作重点。
1、前言
在1953年Deschaps提出微带天线的理论，经过20年多的发展，Munson和Howell于
20世纪70年代初期制造了实际的微带天线。传统的手工计算设计天线采用的是尝试法，
设计和研发周期长，费用高。随着计算水平的提高，可以采用成熟的电磁仿真软件设计 。
微带天线结构简单,体积小,能与载体共形，能和有源器件、电路等集成为统一的整体，
具有体积小、重量轻、低剖面、易于集成和制造等点，在卫星通信、卫星定位 系统等多个
领域获得了广泛应用。已被大量应用于100MHz～100GHz宽频域上的无线电设备中, 特别
是在飞行器和地面便携式设备中得到了广泛应用。
微带天线的特征是: 比通常的微波天线有更多的物理参数, 可以有任意的几何形状和尺
寸；能够提供50Ω输入阻抗,不需要匹配电路或变换器；比较容易精确制造, 可重复性较
好；可通过耦合馈电, 天线和RF电路不需要物理连接；较易将发射和接收信号频段分开；
辐射方向图具有各向同性。设计的圆极化微带天线具有较宽的频带或者是双频堆叠结构且
采用同轴线馈电 ，一般天线厚度尺 寸较大，因此馈电同轴长加大，导电感抗加大，天线的
性能随之恶化。通常，单层厚天线采用L形或T形同轴探针馈电；对于双层厚天线 ，通过
在层间增加空气层以改善天线的驻 波特性J。这两种结构给天线的制造带来了困难，前者
需要在介质层内增加金属片来实现T形或L形探针馈电，制作不便，增加了制造代价；后
者需要在两层天线中间添加空气层，由于空气层厚度对天线性能影响突出，厚度不易控
制，因此也不是好的选择，而同轴馈电矩形微带电线成为了性能良好的天线选择之一。
本文设计的同轴馈电矩形微带天线工作于ISM频段，其中心频率为2.45GHz；无线局
1 / 10
域网、蓝牙等无线网络均可工作在该频段上。选用的介质板材为Rogers R04003，其相对介
电常数εr=3.38,厚度h=5mm；天线使用同轴线馈电。
2．结构模型
画出天线结构示意图，并标明图中的参数。图1 XXX 天线结构（位置居中）
根据建立的微带天线模型，利用HFSS软件进行了性能仿真。经过仿真、优化后，最
终确定的微带线天参数见表1。
图4为S参数仿真曲线。从图4中可以看出，曲线在2.45GHz左右反射系数最大，达
到-16.745dB，说明在该频率匹配最佳。从图4中还可以看出，S曲线开口窄，表现出了微
带天线频带窄的特点。
3．结果与讨论
给出软件仿真的数据结果（S参数、方向图、场分布图），并进行讨论。请写出计算
每种参数特征所使用的数学表达式。
2 / 10