本应用说明介绍了对5G网络频段中运行的天线的分析。采用共面波导馈电的印刷单极子取自文献[1]。使用WIPL-D软件对天线进行建模和仿真，主要目的是展示软件在解决如此重要的应用领域时的优势。 研究了三种不同的馈线来仿真实际的天线连接。已获得每个模型的S 参数并对结果进行比较。此外，还介绍了有关建模方法特殊性的一些细节，这些细节对于许多WIPL-D用户在对类似结构进行建模时非常 有用。

所有仿真和建模均使用WIPL-D Pro CAD进行，WIPL-D Pro CAD 是一款基于全波3D电磁矩量法的软件，应用表面积分方程。

WIPL-D 型号

单极天线使用WIPL-D Pro CAD 软件进行了建模。带有部分尺寸的 WIPL-D Pro CAD 天线模型如图1所示。天线的大部分尺寸和介电特 性如文献[1]所定义。图1还展示了网格划分后的天线。换句话说，它 还展示了转换为WIPL-D本地格式的天线

图1所示的基本天线模型已使用不同的馈电器进行了仿真。图2详细 描述了三个馈电区域，并进行了足够的放大以展示重要细节。在以下 文本中，这三个馈电区域分别称为：短馈电器、长馈电器和同轴馈电 器。 由于该天线是一个平面结构，它是一个很好的例子，可以展示如何在 WIPL-D Pro CAD 中使用现有命令以最小的努力构建平面结构。

天线导体图案（定义单极天线、槽、共面波导及接地）应使用一个无穷 薄的层通过片体构建。然后，为了在天线顶部创建有限的金属化厚度 和天线下方的介电层，应使用非常有用的Copy\Layer修改。金属化 厚度设置为0.017毫米。基板介电层也是以相同的方式创建的，即使 用Copy\Layer。在这种情况下，材料的相对介电常数?? = 4.4和损 耗正切tan? = 0.02。整个天线模型的尺寸通过符号定义，从而使天 线完全参数化，并且更容易研究天线性能随尺寸变化的变化。

仿真和结果

天线在2GHz至10GHz的21个频率点进行了仿真。天线建模和仿 真是在笔记本电脑上进行的。用于仿真的笔记本电脑如表1所示。

图3对三种不同馈线的计算S参数进行了比较。对于具有短馈线的模型，在9GHz、6GHz和3GHz下计算了2D辐射方向图结果。辐射 方向图结果如图4所示。

表2列出了网格单元数量、未知数数量和每个频率的仿真时间。“每个 频率的仿真时间”字段不包括计算辐射方向图所需的时间。然而，由 于辐射图计算时间不超过几秒钟，因此引入的差异可以忽略不计。此外，每个频率的仿真时间是从运行仿真到结束的时间除以多个频率而 获得的。这意味着，对于具有同轴馈线的天线，“每个频率的仿真时 间”的计算实际上包括所有预去嵌入仿真所需的时间，包括同轴馈线 仿真和整个电磁模型仿真。最后将总时间除以频率点的数量。

结论

在本应用说明中，我们使用WIPL-D软件分析了一种能够在5G网络 频段运行的天线。具体地，我们计算并比较了共面波导馈电的印刷单极天线的S参数和辐射图。 所有的仿真和建模工作都是使用WIPL-D全波3D电磁矩量法软件完成的，该软件应用了表面积分方程。仿真速度非常快且准确，结果与文献[1] 中所展示的结果高度一致。 值得注意的是，通过结合WIPL-D Pro CAD建模功能和内置的符号机制，可以高效地创建仿真印刷单极天线。所有仿真都具有高数值效率， 即使在笔记本电脑上进行仿真，仿真时间也很短。

[1] Q. Chen, H. Zhang, X. Min, and L.-C. Yang, “Com pact CPW-fed dual-band linearly and circularly polarized monopole antenna for WiMAX and WLAN,” Microwave Journal, vol. 62, pp. 68–84, May 2019.