应用案例：利用短截线降低短接式贴片天线交叉极化的仿真

                                                                                       摘要

文献（Neng-Wu Liu, “Cross-Polarization Reduction of a Shorted Patch Antenna With Broadside Radiation Using a Pair of Open-Ended Stubs,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 68, no. 1, pp. 13-20 Jan. 2020.）指出传统的短接式贴片天线在TM_1/2,2模式下，其表面的电场分布大致如下图所示：

为了降低贴片天线的有效的辐射面积，可以将上述短截线进行了折弯处理。此时，改进后贴片天线TM_1/2,2模式的工作频点已经与原贴片天线TM_1/2,0模式的工作频点较为接近，对比两者的交叉极化现象，改进后的天线仍然具有明显的优势。         

本文基于ANSYS HFSS软件仿真分析了一种上述的短接式贴片天线，计算天线的工作频点、贴片表面电流分布，远场辐射方向图，验证了文献中的结论。

                                                                          HFSS仿真流程和结果

2.1          短接式贴片天线

本文仿真的短接式贴片天线如上图所示，其中基片材质为F4B，不考虑Patch和Ground的厚度，设为PEC边界，基片和Ground的面积为150mm x 150 mm，基片厚度3mm，Patch面积为40mm x 26 mm，馈电点距离Patch的边界（x方向）为20.5 mm，Patch一端通过短接引脚接地。根据天线尺寸，预算TM_1/2,2模式的工作波长约为40mm，即工作频点大约在7.5GHz左右，扫频计算得到其工作频点为7.75GHz。

在工作频点下仿真计算贴片天线的表面电流分布和YOZ平面的远场方向图（GainPhi和GainTheta）。电流分布表面贴片天线的工作模式为TM_1/2,2模式，远场方向图表面此时天线存在严重的交叉极化现象，尤其是theta=0方向附近。

2.2          含有短截线的贴片天线

为了降低上述的交叉极化现象，可以在贴片天线上增加一对如下图所示的短截线，短截线的宽度为0.3mm，这里对短截线的长度进行参数扫描，取值为17.4mm、22.4mm、27.4mm和32.4mm。S₁₁的计算结果表面，随着短截线长度的增加，工作频点逐步降低。

远场方向图表明，随着短截线长度的增加，交叉极化的现象逐步改善:

2.3          含有短截线的贴片天线

为了降低贴片天线的有效的辐射面积，可以将上述短截线进行折弯处理，本文中折弯处理的短截线总长度为22.4mm。其工作频点在2.67GHz。

改进后贴片天线TM_1/2,2模式的工作频点（2.67GHz）已经与原贴片天线TM_1/2,0模式的工作频点（1.91GHz）较为接近，对比两者的交叉极化现象，改进后的天线仍然具有明显的优势。