HFSS-WLAN双频单极⼦天线设计与仿真⼀、设计指标 中⼼频率：⾼频5.49GHz 低频2.45GHz
相对介电常数：3.38
⼆、双频偶极⼦天线设计
在本节中，我们设计⼀个L形结构的微带线单极⼦天线，天线⼯作于IEEE 802.11a和802. 11b两个⼯作频段。IEEE 802. 11a标准于1999年制定完成，该标准规定⽆线局域⽹⼯作频段在5. 15GHz ~ 5. 825GHz，中⼼频率约为5. 49GHz。IEEE802.11b 标准是对IEEE 802. 11的⼀个补充，于1999年9⽉被正式批准，该标准规定⽆线局域⽹⼯作频段在2. 4GHz ~ 2.4825GHz，中⼼频率约为2. 44GHz。下图所⽰为设计的微带双频单极⼦天线的结构模型，整个天线结构⼤致分为5个部分，即介质层、⾼频(5GHz) 单极⼦天线、低频(2. 4GHz)
单极⼦天线、微带馈线和参考地。
介质层的材质使⽤Rogers RO4003， 其相对介电常数=3.38，损耗正切tan =0.0027，介质层厚度为1.52mm。介质层的下表⾯是单极⼦天线的参考地，介质层的上表⾯是微带馈线和单极⼦天线。其中，左侧的L形结构是⾼频单极⼦天线，⼯作于IEEE802.11a频段，即⼯作频率为5.15GHz~5.825GHz，右侧的L形结构是低频单极⼦天线，⼯作于IEEE 802.11b频段，即⼯作频率为2.4GHz ~2.4825GHz。设计天线⼯作于2. 45GHz和5.49GHz两个频段，若在⾃由空间中传播，那么这两个频率对应的波长分别为122mm和55mm。若在全部填充介电常数为3.38的Rogers RO4003介质中 传播，那么其对应的波长分别为66.4mm和30mm。对于2.45GHz的中⼼频率，若采⽤⾃由空间波长，则1/4波长单极⼦天线的长度为30.5mm；若采⽤介质中的波长，则1/4波长单极⼦天线的长度为16. 6mm。对于5. 49GHz 的中⼼频率，若采⽤⾃由空间波长，则1/4波长单极⼦天线的长度为13. 8mm；若采⽤介质中的波长，则1/4波长单极⼦天线的长度为7.5mm。对于PCB板上的微带单极⼦天线，波的传输既要经过介质也要经过⾃由空间，因此实际波长应该介于介质的导波波长和⾃由空间的⼯作波长之间。⽽对于2.45GHz⼯作频段，1/4波长介于16. 6mm ~ 30.5mm；即对于5. 49GHz⼯作频段, 1/4 波长介于7.5mm~13.8mm。
为了便于后续的参数化分析，即分析天线的各项结构参数对天线性能的影响，在HFSS设计建模时需要定义⼀系列的变量来表⽰天线的结
构，使⽤变量表⽰的单极⼦天线参数化设计模型如图所⽰。
电缆肘型头其中，定义的变量名称、代表的结构参数以及变.量的初始值如下表所⽰。
εr δ
变量意义变量名变量值（单位：mm）
介质层厚度H 1.52
微带馈线宽度S 3.5
微带馈线长度L14
单极⼦天线⾦属⽚宽度W2
⾼频单极⼦天线⽔平⽅向长度L1 4.25
⾼频单极⼦天线垂直⽅向长度L27
经编布低频单极⼦天线⽔平⽅向长度R110.25
低频单极⼦天线垂直⽅向长度R223
三、HFSS建模钾霞石
本次求解类型（Solution Type）选⽤终端（Teminal）驱动类型。在HFSS中对于微带结构的天线，既可以选择模式（Modal）驱动求解类型，也可以选择终端驱动求解类型。
此次设计中所选⽤的相对介电常数为3.38的材料在HFSS中并没有预先设定，需要⾃⾏添加新的介质材料。从主菜单栏中选择
【Tools】→【 Edit Libraries】 →【 Materials】命令，打开Edit Libraries 对话框，然后点击添加按钮【Add Material】，在材料添加界⾯修改如下材料名称、相对介电常数、损耗⾓正切值三项。
使⽤上述添加的材料作为介质板建⽴模型，建⽴完成后的模型如下所⽰：
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在该求解驱动类型下，设置激励的⽅法有别于以往的模式驱动求解。⾸先添加矩形将GND与微带线相连接。如下橙⾊矩形所⽰。
选中该矩形后右键单击，选择分配边界（Assign Excitation）、集总端⼝（Lumped Port）。弹出如下窗⼝，在参照中勾选GND
再在⼯程树下分别双击集总端⼝激励名称和终端线名称，确定端⼝阻抗为50
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。
四、仿真与优化
回波损耗结果如下
从分析结果中可以看出，在IEEE 802.11a (即5.15GHz ~ 5.825GHz)频段内，⼩于- 14dB；在EEE 802.11b (即2.4GHz ~
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