图3-4给出了天线S11的仿真曲线,我们从图上可以看出来,天线在低频段和高频段的10-dB回波损耗带宽分别45.9%(1.141GHz---1.60GHz)和43%(2.07GHz---2.50GHz),已经基本覆盖了设计频段。此外,在覆盖的频段内,天线的驻波比小于2。因此,可认为此次设计的仿真结果符合要求。
天线方向图,是指在离天线一定距离处,辐射场的相对场强(归一化模值)随方向变化的图形,图3-4右边为天线的图,方向图上任意一点的角度对应了实际辐射的角度,而对应点的矢径对应该方向上的辐射场大小。从图上可以看出,天线阵的主要辐射方向集中在X方向上,这是因为阵元本身的最大辐射方向在垂直于贴片表面的方向上。此外,最大辐射方向在X方向上,而Z方向上辐射最小。
图3-4 天线的方向图
4 天线的加工与测试分析
4.1天线的加工
本次将要加工的天线,我们选用的材料是介电常数为4.4,厚度为1.6mm的FR4的板子。图4-1所示的是初步加工结束后的双频双圆极化圆极化缝隙天线。
图4-1初步加工的天线
4.2天线的测试
理想状态下,对天线的测试,需要在一个无限大的空间。显然,在实际生活中,并不是这么操作的。一般情况下,我们可以利用人工模拟的办法,建造一个可以理解为无限大的空间,而我们经常谈论到的微波暗室就是模拟这个空间的测试场所。通常微波暗室内有无数个纸质的尖壮物,可以有效的吸收波。安徽大学就有微波暗室,我们在老师的带领下前往安大的微波暗室进行天线的测量工作。
测试地点:微波暗室;测试仪器:Agilent 8722ET矢量网络分析仪(频率40Mhz-10Ghz);测试内容:天线的E面方向图。
图4-2所示的就是在微波暗室测试的结果图。
图4-2 在微波暗室测试得到的天线的E面方向图
4.3实测结果与误差分析
下面的4-3图所示的是双频双圆极化天线的回波损耗与驻波比的实测图,4-4图所示的是天线的E面方向图。
图4-3 天线的回波损耗与驻波比的实测图
图4-4 天线实测的E面方向图
通过观察对比相关图,我们发现,天线的仿真结果与实测结果存在较大的误差,其原因主要有以下几点:
1)实际选择的介质的介电常数跟HFSS的FR4的板材定义为4.4的介电常数不一致,导致了回波损耗以及驻波比的仿真图与实测图存在较大误差。
2)天线加工的时候,考虑到机器以及人员问题,对天线的加工制造,必然会存在一定的误差。
3)测试时候,当手接触SMA接头焊接部分时,会对天线的测量结果产生较大的影响,因此可推断接头焊接存在问题,从而导致了误差的出现。
4)理论上,天线测量时,对测量环境的要求比较严。我们测试时候的环境跟仿真模拟的环境之间存在巨大的差异,这个差异也直接导致了误差的产生。
5 结语
本论文提出了小型双频双圆极化微带缝隙天线的研究设计方法。对设计思路做了详细阐述,对天线功能做了深入分析,最后通过对天线模型的仿真结果以及对加工后实物的测量结果,做出了误差分析。
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本文标题:一种小型化双频圆极化微带天线设计(下)