基于HFSS的圆极化微带天线分析与设计

作者：吴峻岩 陶琴 于家傲

来源：《科技信息·上旬刊》2018年第06期

摘要：随着时代的发展，圆极化微带天线的应用范围逐渐扩大，其在实际应用中具有成本低、集成性高以及重量轻等特点。基于此，本文将在HFSS的基础上，分析圆极化微带天线，并研究基于HFSS的圆极化微带天线设计方法，其中主要包括圆极化微带天线的应用性质、圆极化微带天线中馈电网络的选择、圆极化微带天线中的抗干扰算法以及圆极化微带天线的性能指标设计。

关键词：HFSS软件；圆极化微带天线；馈电网络 前言：

随着时代的发展，圆极化微带天线中的应用技术也越来越成熟，圆极化微带天线在实际应用的过程中能够提升接收效率以及信息传播速度，与传统天线相比具有较高的应用效率。加上圆极化微带天线还能够在电离层的过程中产生法拉第螺旋效应，提升了圆极化微带天线的应用质量。本文在研究圆极化微带天线的过程中，将会在HFSS的基础上对其展开研究设计，最终达到提升圆极化微带天线设计质量的目的。 一、HFSS的基础上的圆极化微带天线

HFSS是一种辅助软件，在设计圆极化微带天线的过程中，能够帮助设计人员对其中的数据参数展开分析，提升最终圆极化微带天线的设计质量。在此过程中还可以利用HFSS软件对圆极化微带天线中的影响因素展开分析，避免在实际圆极化微带天线设计中出现设计问题，在此基础上制定出最优设计方案。由此可以看出，利用HFSS对圆极化微带天线展开设计，能够在降低圆极化微带天线设计难度的同时，提升最终圆极化微带天线的设计质量。微天线最早出现在1953年，将辐射贴片贴在不同的介质基板中，其中介质基本的厚度小于微电天线的波长，微带天线在实际应用过程中具有性能高、外形小以及设计简单等优点，被广泛应用在卫星导航系统以及无线通信中。例如，在卫星导航系统应用的过程中，可以根据单馈圆偏振发原理，保证微带天线中L/S波段双频导航天线的应用质量，进而提升系统短消息的通信功能以及定位功能。

二、基于HFSS的圆极化微带天线设计方法 （一）圆极化微带天线的应用性质

圆极化微带天线在实际设计中主要具有以下几种性质，第一，圆极化微带天线中任意一个圆极化波都能够对从时间以及空间两方面展开分析，并且最终的分解结果相同，相位差90度的方向正交。第二，任何一个极化波组合都能够通过圆极化波的方式展开合成，具有较强的灵活性。第三，圆极化微带天线在实际应用的过程中具有旋向正相交的特点，其中的左旋圆极化波以及右旋圆极化波具有一定的排斥性。在此过程中，可以根据发射器以及接收器的定理得出相应结论，保证最终圆极化微带天线的实际应用质量。从波的传播方向角度对其展开研究能够发现，在圆极化微带天线中，波的电厂矢量轨迹能够组成一个圆，正是因为这一特点，因此这种类型的波被称作圆极化波，圆极化波与传统波相比具有较强的特殊性[1]。 （二）圆极化微带天线中馈电网络的选择

在FHSS的基础上，圆极化微带天线中选择的馈电网络主要是双馈电网络，这种类型的馈电网络能够将圆极化微带天线中的圆极化波进行分解，分为两个时间、空间都正相交的极化波，在此过程中，这两个极化波在辐射单元中的幅度相等，相位差相差90度，电场分量的形状为圆极化波。在圆极化微带天线设计中使用双馈电网络，能够避免圆极化微带天线中的极化波出现相互交叉的现象，提升圆极化微带天线极化波的传输质量，这种设计方式与传统设计方式相比，驻波得到了明显的提升，尤其是其中的抗组特性得到了大幅度提升。

双馈电网络圆极化微带天线在实际运行的过程中需要将两个馈电网络相互连接，在此过程中相互激励，这种方式能够保证圆极化微带天线在实际运行的稳定性。目前，多数圆极化微带天线中的双馈电网络在设计过程中主要包括桥式电路、T型工分器以及威尔金森功分器等，其中威尔金森工分器能够将圆极化微带天线中所有的输入电路进行处理，将其中蕴含的能量分成两个相等的能量，具有较强的应用价值。 （三）圆极化微带天线中的抗干扰算法

要想保证圆极化微带天线运行的稳定性，最有效的方法就是提升圆极化微带天线的抗干扰质量，在此过程中需要应用到抗干扰算法。抗干扰算法在实际应用过程中主要由自适应滤波器，该滤波器在实际应用过程中能够应用在时域滤波、空域滤波以及自适应滤波，不同领域中滤波器的应用原理是相同的，但是其中的应用结构却不同，这也是滤波器能够应用在不同领域的主要原因。

（四）圆极化微带天线的性能指标设计

圆极化微带天线中的性能主要包括以下几种，第一，轴比，极化波瞬间的电场矢量为椭圆形，椭圆形的轴比为长轴2A，短轴2B，因此在圆极化微带天线中，轴比需要在3dB之内，才能符合圆极化微带天线的设计标准。第二，S11，在圆极化微带天线运动的过程中，可以利用S11对圆极化微带天线的运行质量展开判断，在此过程中能够表示出回波的损耗量，通过矢量网络分析的方式对损耗量展开分析判断。最终分析判断出来的参数能够表示出圆极化微带天线

发射质量的好坏。在此過程中，最终的数值越大，则说明圆极化微带天线在实际运行中反射回来的能量就越多，圆极化微带天线运行的效率就越低。第三，圆极化微带天线极化增益，在场强方向以及电场强度相同的情况下，圆极化微带天线的辐射功率和输入到天线中的功率比为极化增益的数量。在实际圆极化微带天线设计过程中，需要对以上几项指标展开深入研究，保证每项指标能够符合相应的设计要求，最终达到提升圆极化微带天线设计质量的目的[2]。 结论：

综上所述，随着人们对圆极化微带天线的关注程度越来越高，如何提升圆极化微带天线的应用质量，成为有关人员关注的重点问题。本文通过研究圆极化微带天线及其设计方法发现，对其进行研究，能够有效提升圆极化微带天线的应用质量，同时还能够提促进我国科学技术的发展。由此可以看出，研究圆极化微带天线及其设计方法，能够为今后圆极化微带天线的发展奠定基础。 参考文献：

[1]丛丽丽，付强，曹祥玉，高军，宋涛，李文强，赵一，郑月军.一种高增益低雷达散射截面的新型圆极化微带天线设计[J].物理学报，2015，64（22）：267-275.

[2]王波，孙冰，刘钦，朱小梅，严志宇，刘永军.基于HFSS模拟的陶瓷管配置对微波液相放电电极匹配影响研究[J].高电压技术，2015，41（02）：554-559.