微帶天線課程設計報告材料

1、TMYUAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY課程設計報告課設名稱：微波技術(shù)與天線課設題目：微帶天線仿真設計課設地點：跨越機房專業(yè)班級：學號：學生姓名：指導教師：2012年6 月23日、設計要求:矩形貼片是微帶貼片天線最基本的模型，本設計就是基于微帶貼片天線基礎 理論以及熟練掌握HFSS1G仿真軟件基礎上，設計一個右手圓極化矩形貼片天線, 其工作頻率為2.45GHz,分析其遠區(qū)輻射場特性以及 S曲線。Mici ostiip p atcli矩形貼片天線示意圖、設計目的:1. 理解和掌握微帶天線的設計原理2. 選定微帶天線的參數(shù)：工作頻率、介質(zhì)基片厚度、貼片模型及饋電點位置3. 創(chuàng)

2、建工程并根據(jù)設計尺寸參數(shù)指標繪制微帶天線4. 保存工程后設定邊界條件、求解掃描頻率，生成5. 觀察對比不同尺寸參數(shù)的微帶天線的仿真結(jié)果， 二、實驗原理：HFSS模 型S參數(shù)曲線和方向圖 并分析它們對性能的影響用傳輸線模分析法介紹它的輻射原理。 設輻射元的長為L,寬為3,介質(zhì)基片的厚度為h?，F(xiàn)將輻射元、介質(zhì)基片和接地板視為一段長為L的微帶傳輸線，在傳輸線的兩端斷開形成開路，根據(jù)微帶傳輸線的理論，由于基片厚度hvv入，場沿h方向均勻分布。在最簡單的情況 下，場沿寬度3方向也沒有變化，而僅在長度方向（L"入/2）有變化。在開路兩端的電場均可以分解為相對于接地板的垂直分量和水平分量，兩垂 直

3、分量方向相反，水平分量方向相同，因而在垂直于接地板的方向，兩水平分量 電場所產(chǎn)生的遠區(qū)場同向疊加，而兩垂直分量所產(chǎn)生的場反相相消。 因此，兩開 路端的水平分量可以等效為無限大平面上同相激勵的兩個縫隙， 縫的電場方向與 長邊垂直，并沿長邊3均勻分布?？p的寬度 L h，長度為3，兩縫間距為L入/2。這就是說，微帶天線的輻射可以等效為有兩個縫隙所組成的二元陣列。四、貼片天線仿真步驟：1、建立新的工程：運行HFSS點擊菜單欄中的Project>lnsertHFSSDessign，建立一個新的工程。2、設置求解類型：（1）在菜單欄中點擊 HFSS>Solution Type。（2）在彈出的S

4、olution Type 窗口中（a）選擇 Driven Modal。（b）點擊OK按鈕。3、設置模型單位將創(chuàng)建模型中的單位設置為毫米。（1）在菜單欄中點擊3D Modeler>Units。（2）設置模型單位：（a） 在設置單位窗口中選擇：mm（b）點擊OK按鈕。4、創(chuàng)建微帶天線模型：（1）創(chuàng)建地板GroundPlane。創(chuàng)建矩形模型，坐標：X： -45，Y： -45，乙 0按回車鍵。在坐標輸入欄中輸入長、寬： dX: 90，dY： 90，dZ： 0。改名字為 Groun dPla ne（2）為GroundPlane設置理想金屬邊界。在理想邊界設置窗口中將理想邊界 命名為PerfE_Gr

5、ound,點擊OK按鈕。在3D模型窗口中將3D模型以合適的大小 顯示（可以用Ctrl+D來操作）。（3） 建立介質(zhì)基片。在菜單欄中點擊 Draw>Box或在工具欄中點擊按鈕E3 , 創(chuàng)建長方體模型。起始點位置坐標：X: -22.5，丫： -22.5，乙0。輸入各坐標時， 可用Tab鍵來切換。輸入長方體 X、丫 Z三個方向的尺寸：dX： 45, dY： 45, dZ： 5。將名字改為Substrate。將材料設置為Rogers R04003。將顏色改為綠色.（4） 建立貼片Patch。起始點的坐標：X： -16，Y： -16，Z： 5按回車鍵。 在坐標輸入欄中輸入長、寬：dX： 32，dY

6、： 32，dZ： 0。（5）將理想金屬邊界命名為perfE_Patch。（6）創(chuàng)建切角。輸入點的坐標：X：0,Y：0,Z：5；X：5,Y：0, Z： 5； X :0,Y：5,Z：5； X： 0,Y：0,Z：5。在對話窗口中選擇Cut。在菜單欄中點擊Edit>Arrange>Move。在坐標輸入欄中輸入點的坐標：X： 0, Y： 0, Z： 0； dX：-16 , dY： -16 , dZ： 0。兩個切角呈中心對稱，可以通過旋轉(zhuǎn)復制創(chuàng)建另一個切 角。在菜單欄中點擊 Edit>Duplicate>Around Axis 。將軸設置為Z軸，旋轉(zhuǎn)角 度為 180 deg，Tot

7、al 為 2。（7）用Patch將切角減去。（8）創(chuàng)建探針Pin。在菜單欄中點擊Draw>Cylinder。在坐標輸入欄中輸入圓柱中心點的坐標：X： 0，Y: 8, Z: 0;按回車鍵，輸入圓柱半徑：dX: 0, dY: 0.5,dZ：0;按回車鍵，輸入圓柱的高度：dX：0，dY：0,dZ：5。按回車鍵，將名字改為Pin，將材料設置為pec。（9）創(chuàng)建端口面 Port。在菜單鍵中點擊 Draw>Circle。在坐標輸入欄中輸入圓心點的坐標：X： 0, Y： 8, Z： 0按回車鍵。 在坐標輸入欄輸入半徑：dX： 0, dY： 1.5 , dZ： 0。（9）創(chuàng)建端口面Port。在菜單

8、鍵中點擊Draw>Circle。在坐標輸入欄中輸 入圓心點的坐標：X： 0, Y： 8, Z： 0按回車鍵。在坐標輸入欄輸入半徑：dX: 0, dY： 1.5 , dZ: 0。在3D模型窗口中將3D模型以合適的大小顯示（可以用Ctrl+D 來操作）。（10） 用 GroundPlane 將 Port 減去。在 Substrate 窗口中設置：Blank Parts:GroundPlane;Tool Parts:port:點擊 OK結(jié)束設置。6. 創(chuàng)建輻射邊界：創(chuàng)建Air，在菜單欄中點擊Draw>Box,創(chuàng)建長方體模型。在右下角的坐標輸 入欄中輸入長方體的起始點位置坐標：X: -80

9、 , Y: -80 , Z: -35 ;按回車鍵結(jié)束 輸入。輸入長方體的尺寸：dX: 160, dY: 160, dZ: 70按回車鍵。在特性（Property） 窗口中選擇 Attribute標簽，將長方體的名字修改為Air。在菜單欄中點擊Edit>Select>By Name。在對話框中選擇 Air，點擊 OK確認。在菜單欄中點擊 HFSS>Boundaries>Radiation。在輻射邊界窗口中，將輻射邊界命名為Rad1,點擊OK按鈕。7. 設置端口激勵：在菜單欄中點擊 Edit>Select>By Name 選中 Port ,在菜單欄中點擊 HFS

10、S>Excitation>Assign>Lumped Port。在 LumpedPort窗口的 General 標簽中， 將該端口命名為 p1,點擊 Next。在 Modes標簽中的Integrationline zhong 點擊None,選擇NewLine，在坐標欄中輸入：X: 0, Y: 9.5 ,乙0; dX: 0, dY: -1 , dZ: 0。按回車鍵，點擊Next按鈕直至結(jié)束。&求解設置：為該問題設置求解頻率及掃頻范圍（a）設置求解頻率。在菜單欄中點擊HFSS>A nalysis Setup>Add SolutionSetup。在求解設置窗口中

11、做以下設置：Solution Frequency : 2.45GHz； Maximun Number of Passes : 15； Maximun Delta S per Pass : 0.02。(b)設置掃頻。在菜單欄中點擊 HFSS>Analysis Setup>Add Sweep。選擇 Setupl，點擊OK確認。在掃頻窗口中做以下設置：SweepType： Fast ； Frequency Setup Type : Lin ear Cou nt ； Start :2.0GHz； Stop : 3.0GHz； Cou nt: 400；將Save Field復選框選中。9.設

12、置無限大球面：在菜單欄中點擊 HFSS>Radiation>lnsert Far Field Setup>Infinite Sphere<在 Infinite Sphere 標簽中做以下設置：Phi: Start : 0 deg， Stop: 180deg, Step: 90 deg ； Theta : Start : 0 deg，Stop : 360 deg，Step : 10 deg。10.確認設計：方法一：由主菜單選HFSS/Validation Check對設計進行確認。方法二：在菜單欄直接點掐'即可。11. 保存工程：在菜單欄中點擊File>Sa

13、ve As,在彈出的窗口中將工程命名為 hfss_Patch, 并選擇保存路徑。12. 求解該工程：在菜單欄點擊HFSS>Analyze13. 后處理操作：(1) S參數(shù)(反射系數(shù))。繪制該問題的反射系數(shù)曲線，該問題為單端口問題，因此反射系數(shù)是$1。點 擊菜單欄 HFSS>Result>Create Report。選擇：Report Type: Modal S Parameters ; Display Type： Rectangle。Trace 窗口： Solution : Setup1:Sweep1; Domain： Sweep 點擊 Y標簽，選擇： Category :

14、S parameter ； Quantity : S (p1， p1); Function : dB,然后點擊AddTrace按鈕。點擊Done按鈕完成操作，繪制 出反射系數(shù)曲線。(2) 2D輻射遠場方向圖。在菜單欄點擊 HFSS>Result >Create Report。選擇：Report Type : Far Fields ； Display Type： Radiati on Pattern 。Trace 窗口： Soluti on : Setup1: LastAdptive ； Geometry： ff_2d。在 Sweep標簽中，在 Name這一列中點擊第一 個變量Phi

15、，在下拉菜單中選擇 The。點擊Mag標簽，選擇：Category : Gain； Quantity : GainTotal ； Function : dB,點擊 Add Trace 按鈕。最后點擊 Done, 繪制出方向圖。14.保存并退出HFSS:五、技術(shù)指標：圓形貼片天線，即貼片（Patch）為圓形，其他條件不變，即設計中創(chuàng)建天 線模型設計中，第（1）、（2）、（3）、（5）、（6）不變，（8）、（9）、（10）做一下 改變。建立貼片Patch。在菜單欄中點擊 Draw>Cylinder。在坐標欄中輸入圓心 坐標：X： 0, Y: 0, Z: 5按回車鍵。在坐標輸入欄中輸入半徑：d

16、X： 16, dY: 0, dZ： 0。在特性窗口中將名字改為 Patch。點擊Cool后面的Edit按鈕，將顏色 設置為黃色，點擊OK確認。為Patch設置理想金屬邊界。在菜單欄中點擊HFSS>Boundaries>Assign>Pefect E。將理想邊界命名為 PefE_Patch，點擊 OK 確認，這樣圓形貼片就建成了。六、實驗結(jié)果及其截圖：1. 原實驗結(jié)果（1）建模完成：(2).確認設計，通過 Validation CheckValidation Check: Project 1 - HFSSDesignl矽 HFSSDesignlValidation Clieck

17、 completed.V 3D Model# Boundaries ard Excitations 纟 Mesh Operatkmf2 Anmlysi$ Setup“ Optimelrics該 RadiationAbort(3) .原矩形貼片的S參數(shù)曲線:21 JUfl15;4S：5OY1Setupl : Sweepl-5 0010,002.ZDZ.ADFr« I0HE1zeb2 3b3.0DAftsor CorpftiioniXV Pkrt 2 HFSSDesignlll(4) .原矩形貼片的2D遠場方向圖:21 JwiAnsoe Corpf«lion15;5»

18、34Hadialioni Pattern 2HFSSDefilgnlll-180*+*»-23.2dB(Galnrotal) cbj Rhi«Odeg Setup! : LasiAdaptrv>da：Gainrator)dt.|Pfi=30deg"ctuol : LaslAchptMdGainTctaD cfc FTralSOdBg Setupl . LaslAdfli&tM2. 修改圓的半徑，改為R=18.5時效果最好 (1)建模完成:(2).確認設計，通過 Validation Check(3).圓形貼片的S參數(shù)曲線:=s=Qra<fi£p21um 119615;39;5D0.00-2.00AnstrH Curpofwlmn X¥ Pieri 4-12.00-2.00Freq |GH£3.00(4) .圓形貼片的2D遠場方向圖:Ancun CorpCKHoniRdi-siion Pattern 4HFSSDesignlll122:25d