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基于HFSS多频段贴片天线仿真
作者：薛豆豆 陈卓
来源：《科学导报·学术》2017年第10期
摘 要： 针对无线设备的发展需求，设计了一种可用于第4代和第5代移动通信系统的多频段天线。该天线采用同轴馈电矩形微带天线结构，在天线两边缘各开一个L型槽实现多频段，使它在2.35GHz，3.4GHz和4.9GHz的频段能够有效工作。利用电磁仿真软件，研究了槽的形状，位置和尺寸对天线性能的影响。
关键词： 多频段天线；同轴馈电矩形微带天线；边缘开槽 【中图分类号】 TN82 【文献标识码】 B
【文章编号】 2236-1879（2017）10-0221-01 0 研究前景
随着通信技术的发展，第五代通信系统正在快速发展中，随着移动通信系统的发展对手持终端设备的天线也有了较高要求，手机天线必须能工作在所有通信系统工作的频段，但是几代通信系统工作频段之间有较大差距，要实现全覆盖所有频段有一定难度，对天线要求较高。本实验先只对能同时工作在4G和5G的天线进行研究，并且主要研究频段为4G频段的2320GHz～2370GHz，5G频段的3.3GHz～3.6GHz和4.8GHz～5.0GHz两个工作频段。通过调整微带天线尺寸大小，L型槽的形状，尺寸和位置来设计出工作效率较好满足要求的多频段天线。
1 天线结构设计
对于工作在频率为f的矩形微带天线 ，可用下式近似计算 辐射贴片的大小为
式中： w和 l分别为矩形贴片的宽和长 ；c为光速 ；εr为介质基板的介电常数；εe为有效介电常数；△l为等效辐射缝隙长度.
通过开槽改变了原本的电流分布和路径， 由于该天线要实现三频工作，所以至少需要开两个L形槽，为了观察哪里为L形槽的最佳位置先在贴片上方从左至右开个L形槽观察其电流分布。用HFSS仿真可知边缘处电流密度较大，中间区域电流密度较小，所以第二个L形槽同样开在辐射片边缘效果较为明显。当再开一个槽时形成了几个不同的电流回路，就可以形成不同的工作频段。
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2 天线参数分析
对该天线参数进行设计，影响该天线工作频率最大的因素时贴片尺寸大小，根据公式可以大致计算天线贴片尺寸，并进行仿真实验结果在贴片尺寸L0=18mm，W0=28mm时可以得到大致所要求的频段。
对L形槽的尺寸进行调节，找出L形槽宽度W和长度L对天线工作频率的影响。 保持W3=4mm不变，改变L3的长度大小，观察工作频率的变化。使L3分别等于4，5，6mm进行仿真。
由仿真结果可知，当W3保持不变时，L3越小工作频率越大，但是其改变并不明显。并且在L3=4mm时最接近工作频率。
按照以上方法分别改变L4，W4可得出相同的结论。
对以上参数仿真分析可知改变两个L形槽的长度和宽度可以有效的改变工作频率的大小。 最终天线尺寸为：L0=18mm， W0=28mm， L3=4m， W3=6mm， L4=8.5mm， W4=24mm. 仿真结果分析
仿真结果如图3。首先观察其S参数图，观察其工作频率，以及工作频带。如图4，可以看出该天线有三个工作频点，分别是1.2GHz，3.4GHz和4.9GHz；其对应带宽为：30MHz，60MHz和100MHz。
最后对辐射面便面电流进行分析，由原理可知是通过在辐射面上进行挖槽，增加辐射单元，形成不同的电流回路，从而能在不同的频段上工作，并且改变槽的大小来改变电流回路大小来改变工作频点。 3 结束语
在微带贴片天线的基础上通过开槽的方法来实现天线的多频工作，使之能工作在4G和5G通信系统上。但是本次实验所设计的天线只能工作在5G通信系统上，在4G通信系统上无法工作，并且工作带宽不大，要用于实际通信系统还有一定差距，通过以后更深入的学习和实验，再做进一步的修改和仿真，使之能完全满足工作要求。 参考文献
[1] 王辂，郑宏兴，邓东民，边缘开槽多频段天线设计 （WANG Lu，ZHENG Hongxing，DENG Dongmin，Design of multi-band antenna slotting on the edge）
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[2] 崔文杰，冯青政 ，王 辂，用于 Wi MAX和 4G 网络的多频天线设计（CUI Wen-jie， FENG Qing-zheng， WANG Lu， Design of multi-band antenna for WIMAX and 4Gnetwork applications）
[3] 华艳， 任洁心，甄安然， 基于HFSS 的多频段天线仿真与设计
作者简介（第一作者）：陈卓（1997—），男，河南省南阳人，云南大学本科生，主要研究方向：无线通信技术。薛豆豆（1996—），男，山西省柳林县人，云南大学本科生，主要研究方向：无线通信技术。