基于Ansoft HFSS 的圆极化微带共形阵天线设计
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2.2 单元天线设计
如图1 的仿真模型所示，采用单馈点切角的正方形微带贴片形式来设计所要求的单元天线。这种单元通过切角产生微扰元来实现圆极化，其具体结构如图2 所示。设计中，通过调节切角尺寸，可以优化单元天线轴比性能。由于在贴片边缘阻抗并不是纯电阻，结合单枝节匹配原理， 引入了一个匹配枝节对其阻抗进行调节，以保证馈电端输入阻抗为纯电阻。另外，将馈线弯折处理便于实现小型化。
图1 单元天线仿真模型
图2 单元天线结构示意
选用相对介电常数2.55，厚度1mm 的柔性介质基板。单元的馈电采用和微带辐射贴片共面的微带馈线，以达到阵列天线与馈电网络一体化设计的目的。通过仿真优化，最终得到了单元天线的结构尺寸如表1 所示，且单元天线馈电端输入阻抗为67Ω 纯电阻。
表 1 单元天线结构尺寸（单位:mm） 
采用Ansoft HFSS v12 软件对共形阵天线单元电性能进行了仿真分析。图3 为单元天线电压驻波比随频率变化的曲线；图4 为单元天线轴比随频率变化的曲线；图5 为在中心频率1.575GHz 处，单元天线E 面（yoz 面）和H 面（xoz 面）方向图仿真结果。
图3 单元天线电压驻波比随频率变化曲线（Z0 = 67 Ω）
由图3 可见，在 1.575GHz ± 5MHz 频率范围内，单元天线电压驻波比小于1.5，满足指标要求。
图4 单元天线轴比随频率变化曲线
由图4 可见，单元天线轴比小于3dB 的频率范围是1.572GHz ~ 1.578GHz，即3dB 轴比带宽约为6MHz。
图5 单元天线方向图仿真结果 (a) E 面 (b) H 面
