芯耀
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看到參考文獻中的天線設計思路比較新穎有趣，就嘗試通過仿真實現(xiàn)?，F(xiàn)在的仿真結果和文獻中的結果一致性很好。在仿真過程中發(fā)現(xiàn)，文獻中存在部分參數(shù)未提供，部分參數(shù)抄寫錯誤的情況，也在本例最后提供了參數(shù)修正參考表。
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背景簡介
通過結構拓撲優(yōu)化實現(xiàn)寬槽天線的寬頻帶圓極化特性，通常需要同時優(yōu)化多個結構參數(shù)（通常為 20-30 個參數(shù)），大量的參數(shù)掃描和參數(shù)尋優(yōu)工作使得天線的設計難度很大。文獻 Ubaid Ulah and Slawomir Koziel, “A Geometrically Simple Compact Wideband Circularly Polarized Antenna,” IEEE Antennas Wireless Propag. Lett., vol. 18, no. 6, pp. 1179-1183 June. 2019. 中提出了一種根據(jù)設計意圖，逐步更改天線的拓撲，實現(xiàn)寬槽天線的寬頻帶圓極化的設計方案。本文參考上述文獻的設計思路，應用 ANSYS HFSS 軟件，實現(xiàn)了一種基于寬槽天線的寬頻帶圓極化天線設計。
本文研究的寬槽天線（Antenna_1）的基板材質是 RO4003C（er=3.38，tan(δ)=0.0027，h=0.813mm），其頂視圖和仰視圖如下圖所示。設計目標是在 3GHz 至 9GHz 的寬頻帶范圍內，優(yōu)化天線的 S 參數(shù)和軸比。
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根據(jù)以往的天線設計經(jīng)驗，上述天線的阻抗匹配帶寬很窄，并且是線性極化的。拓撲優(yōu)化的第一步是為了增加圓極化所需的 Ex 和 Ey 分量，在微帶線上方加入一個倒 L 形狀的高阻抗寄生貼片（Antenna_2）。這一步的設計目標是實現(xiàn)天線在 7GHz 附近具備圓極化特性。
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拓撲優(yōu)化的第二步是優(yōu)化背板拓撲，進一步增加圓極化所需的 Ex 和 Ey 分量（Antenna_3）。這一步的設計目標是改善天線的阻抗匹配特性和圓極化特性。
拓撲優(yōu)化的第三步是調整天線共面地的高度（Antenna_4），通過增大共面地的面積進一步改善天線的阻抗匹配和圓極化特性。
上述優(yōu)化設計過程中，每一步涉及的結構參數(shù)均不超過 4 個，極大的降低了參數(shù)尋優(yōu)的工作量。
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HFSS 仿真流程和結果
2.1 結構參數(shù)（mm）
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在 Antenna_1 仿真時，取 Lg1=4mm，Lg2=4mm，Wc=28mm。
2.2 仿真結果
上述天線的 S 參數(shù)和軸比計算結果如下圖所示。計算結果表明，每一步的拓撲優(yōu)化都實現(xiàn)了設計目的，最終的設計結果基本上實現(xiàn)了 4GHz 至 7GHz 范圍內的圓極化（S11<-10dB,AR<3）。
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Antenna_4，5GHz 時表面的電流分布如下圖所示（0 度，90 度，180 度，270 度），呈現(xiàn)出隨相位角的周期變化，表明天線具有圓極化的特性。
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Antenna_4，7GHz 時表面的電流分布如下圖所示（0 度，90 度，180 度，270 度），呈現(xiàn)出隨相位角的周期變化，表明天線具有圓極化的特性。
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Antenna_4，3.5GHz、4.5GHz、5.5GHz、6.5GHz、7.5GHz 時，在 XOZ 平面內，左旋增益和右旋增益的對比如下圖所示，表明天線是左旋圓極化的。
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Antenna_4，3.5GHz、4.5GHz、5.5GHz、6.5GHz、7.5GHz 時，在 YOZ 平面內，左旋增益和右旋增益的對比如下圖所示，表明天線是左旋圓極化的。
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3 結論
傳統(tǒng)的單點饋電寬槽天線是窄帶線性極化天線；
本文基于一種新的結構拓撲優(yōu)化方法實現(xiàn)了對上述天線的寬頻帶圓極化改進；
ANSYS HFSS 軟件的仿真結果（端口參數(shù)、軸比、天線表面電場分布、遠場圓極化增益）與文獻中的計算結果具有高度的一致性；
上述的結論表明，ANSYS HFSS 計算精度高，后處理能力完備，適用于天線設計。
后記：?
為便于后續(xù)的仿真參考，這里也將文獻中結構參數(shù)的勘誤表一并發(fā)出來：
文獻中未提供的參數(shù)如下：
Wm = 1.35mm， Antenna_1 中，Lg1 = 4mm，Lg2 = 4mm， Wc = 28mm
文獻中抄寫錯誤的參數(shù)如下：
g = 0.6325 mm（基于作者的另一篇文獻）
Lv = 9.88 mm （即原文中的 Lv + Wh）
Ls1 = 10.35 mm （即原文中的 Ws2）
Ls2 = 8.33 mm （即原文中的 Ws1）
Ws1 = 8.27 mm （即原文中的 Ls2）
Ws2 = 6.24 mm （即原文中的 Ls1）
Lg2 = 4.96mm （原文中為 5.96mm）
