HFSS微波仿真實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)報(bào)告六合一

1、肇慶學(xué)院 12通信2班 楊桐爍 201224124202實(shí)驗(yàn)一  T形波導(dǎo)的內(nèi)場分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?#160;1、 熟悉并掌握HFSS的工作界面、操作步驟及工作流程。     2、 掌握T型波導(dǎo)功分器的設(shè)計(jì)方法、優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和工作原理。 實(shí)驗(yàn)儀器1、 裝有windows 系統(tǒng)的PC 一臺(tái)2、 HFSS13.0 或更高版本軟件3、 截圖軟件T形波導(dǎo)的內(nèi)場分析實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)所要分析的器件是下圖所示的一個(gè)帶有隔片的T形波導(dǎo)。其中，波導(dǎo)的端口1是信號(hào)輸入端口，端口2和端口3是信號(hào)輸出端口。正對(duì)著端口1一側(cè)的波

2、導(dǎo)壁凹進(jìn)去一塊，相當(dāng)于在此處放置一個(gè)金屬隔片。通過調(diào)節(jié)隔片的位置可以調(diào)節(jié)在端口1傳輸?shù)蕉丝?，從端口1傳輸?shù)蕉丝?的信號(hào)能量大小，以及反射回端口1的信號(hào)能量大小。實(shí)驗(yàn)步驟1、 新建工程設(shè)置：運(yùn)行HFSS并新建工程、選擇求解類型、設(shè)置長度單位2、 創(chuàng)建T形波導(dǎo)模型：創(chuàng)建長方形模型、設(shè)置波端口源勵(lì)、復(fù)制長方體、合并長方體、創(chuàng)建隔片3、 分析求解設(shè)置：添加求解設(shè)置、添加掃頻設(shè)置、設(shè)計(jì)檢查4、 運(yùn)行仿真分析5、 查看仿真分析計(jì)算結(jié)果內(nèi)場分析結(jié)果1、 圖形化顯示S參數(shù)計(jì)算結(jié)果圖形化顯示S參數(shù)幅度隨頻率變化的曲線2、 查看表面電場分布 表面場分布圖3、動(dòng)態(tài)演示場分布圖T形波導(dǎo)的優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)原理利用參數(shù)掃描

3、分析功能。分析在工作頻率為10GHz時(shí)，T形波導(dǎo)3個(gè)端口的信號(hào)能量大小隨著隔片位置變量Offset的變化關(guān)系。利用HFSS的優(yōu)化設(shè)計(jì)功能，找出隔片的準(zhǔn)確位置，使得在10GHz工作頻點(diǎn)，T形波導(dǎo)商品3的輸出功率是端口2輸出功率的兩倍。實(shí)驗(yàn)步驟1、 新建一個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)工程2、 參數(shù)掃描分析設(shè)置和仿真分析：添加參數(shù)掃描分析項(xiàng)、定義輸出變量、運(yùn)行參數(shù)掃描分析3、 優(yōu)化設(shè)計(jì)：添加優(yōu)化變量、添加目標(biāo)函數(shù)、設(shè)置優(yōu)化變量的取值范圍、運(yùn)行優(yōu)化分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果1、 創(chuàng)建功率分配隨變量Offset變化的關(guān)系圖輸出變量隨變量Offset變化的關(guān)系圖分析：從上圖所示的圖可以看出，當(dāng)變量Offset值逐漸變大時(shí)，即隔片位置向

4、端口2移動(dòng)時(shí)，端口2的輸出功率逐漸減小，端口3的輸出功率逐漸變大；當(dāng)隔片位置變量Offset超過0.3英寸時(shí)，端口1的反射明顯增大，端口3的輸出功率開始減小。因此，在后面的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，可以設(shè)置變量Offset優(yōu)化范圍的最大值為0.3英寸。同時(shí)，在Offset=0.1英寸時(shí)，端口3的輸出功率約為0.65，端口2的輸出功率略大于0.3，此處端口3的輸出功率約為端口2輸出功率的兩倍。因此，在優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，可以設(shè)置變量Offset的優(yōu)化初始值為0.1英寸。另外，變量Offset優(yōu)化范圍的最小值可以取0英寸。優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果實(shí)驗(yàn)總結(jié)通過本次HFSS 天線仿真實(shí)驗(yàn)，使我更加真實(shí)、貼切的了解天線的原理和用途。生活

5、中我們可以見到各種奇形怪狀的天線，卻不知其意義何在。在這次實(shí)驗(yàn)過程中，我不停的操作、翻閱資料、上網(wǎng)查閱文獻(xiàn)，對(duì)天線仿真設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)有了一個(gè)較為清楚的認(rèn)識(shí)，對(duì)天線的各種參數(shù)也有了具體的理解，這些東西對(duì)以后的相關(guān)學(xué)習(xí)和研究打下了基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)二 HFSS仿真對(duì)稱振子天線實(shí)驗(yàn)?zāi)康?#160;1、 熟悉并掌握HFSS的工作界面、操作步驟及工作流程。     2、 掌握對(duì)稱振子天線的設(shè)計(jì)方法、優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和工作原理。實(shí)驗(yàn)儀器1、 裝有windows 系統(tǒng)的PC 一臺(tái)2、 HFSS13.0 或更高版本軟件3、 截圖軟件實(shí)驗(yàn)步驟1、新建一個(gè)

6、優(yōu)化設(shè)計(jì)工程2、參數(shù)掃描分析設(shè)置和仿真分析：添加參數(shù)掃描分析項(xiàng)、定義輸出變量、運(yùn)行參數(shù)掃描分析3、優(yōu)化設(shè)計(jì)：添加優(yōu)化變量、添加目標(biāo)函數(shù)、設(shè)置優(yōu)化變量的取值范圍、運(yùn)行優(yōu)化分析。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表1 對(duì)稱振子天線三維體模型名稱形狀頂點(diǎn)(x,y,z) (mm)尺寸(mm)材料arm1圓柱體(0,0,0.5)radius=$r，height=$lPecarm2圓柱體(0,0,-0.5)radius =$r，height=-$lPecairbox長方體(-$lbd/3-$r,-$lbd/3-$r, -$lbd/3-$l)xsize=2*$lbd/3+2*$rysize=2*$lbd/3+2*$rzsize=2*

7、$lbd/3+2*$lvacuum表2 對(duì)稱振子天線二維面模型名稱所在面形狀頂點(diǎn)(mm)尺寸(mm)邊界/源feedxz矩形(-$r,0,-0.5)dx=2*$r, dz=1Lumped port表3 變量表變量名變量初始值（mm）變量值（mm）$lbd 100$l2525 (50, 75, 100)$r11 (2, 3, 4)實(shí)驗(yàn)步驟1、新建一個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)工程2、參數(shù)掃描分析設(shè)置和仿真分析：添加參數(shù)掃描分析項(xiàng)、定義輸出變量、運(yùn)行參數(shù)掃描分析3、優(yōu)化設(shè)計(jì)：添加優(yōu)化變量、添加目標(biāo)函數(shù)、設(shè)置優(yōu)化變量的取值范圍、運(yùn)行優(yōu)化分析。實(shí)驗(yàn)步驟1.打開HFSS，新建工程，將工程保存為dipole。2 設(shè)置求解類

8、型。3 設(shè)置單位。4 畫對(duì)稱振子的一支臂，形狀為圓柱體，命名為 arm1，材料設(shè)置為理想導(dǎo)體，半徑設(shè)置為變量$r，臂長設(shè)置為變量$l。 5 畫饋電模型，形狀為zx面上的矩形，命名為feed，設(shè)置為lumped port激勵(lì)方式。6 畫輻射箱，命名為airbox，形狀為長方體，材料為真空，邊界條件為radiation。7 設(shè)置求解頻率3GHz，掃頻1-5GHz。8 檢查及運(yùn)行計(jì)算9 畫電流分布10 畫S參數(shù)曲線11 畫阻抗曲線12 畫方向圖13 掃描變量$l實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖airbox及天線圖 振子上電流幅度分布圖 |S11|曲線圖24阻抗曲線。圖29 二分之一波長對(duì)稱振子三維增益圖圖 二分之一波長對(duì)

9、稱振子E面方向圖圖 S參數(shù)隨$r變化曲線圖36 $r=2mm，S參數(shù)隨$l變化曲線圖39 掃描變量$l得到的方向圖實(shí)驗(yàn)三 HFSS 微帶天線仿真設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?#160;1、 熟悉并掌握HFSS的工作界面、操作步驟及工作流程。     2、 掌握微帶天線仿真設(shè)計(jì)原理和方法。 實(shí)驗(yàn)儀器1、 裝有windows 系統(tǒng)的PC 一臺(tái)2、 HFSS13.0 或更高版本軟件3、 截圖軟件實(shí)驗(yàn)原理微帶天線的輻射機(jī)理實(shí)際上是高頻的電磁泄漏。一個(gè)微波電路如果不是被導(dǎo)體完全封閉，電路中的不連續(xù)處就會(huì)產(chǎn)生電磁輻射。例如微帶電路的開路端，結(jié)

10、構(gòu)尺寸的突變、折彎等不連續(xù)處也會(huì)產(chǎn)生電磁輻射（泄漏）。當(dāng)頻率較低時(shí)，這些部分的電尺寸很小，因此電磁泄漏??；但隨著頻率的增高，電尺寸增大，泄漏就大。再經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)，即放大尺寸做成貼片狀，并使其工作在諧振狀態(tài)。輻射就明顯增強(qiáng)，輻射效率就大大提高，而成為有效的天線。實(shí)驗(yàn)步驟1、 創(chuàng)建微帶天線模型：設(shè)置默認(rèn)的長度單位、建模相關(guān)選項(xiàng)設(shè)置、添加和定義設(shè)計(jì)變量、創(chuàng)建介質(zhì)基片、創(chuàng)建輻射貼片、創(chuàng)建參考地、創(chuàng)建同軸饋線的內(nèi)芯、創(chuàng)建信號(hào)傳輸端口面2、 設(shè)置邊界條件和激勵(lì)：設(shè)置邊界條件、設(shè)置輻射邊界條件、設(shè)置端口激勵(lì)3、 求解設(shè)置：求解頻率和網(wǎng)格剖分設(shè)置、掃頻設(shè)置4、 設(shè)計(jì)檢查和運(yùn)行仿真分析：設(shè)計(jì)檢查、運(yùn)行仿真分析5

11、、 參數(shù)掃描分析：添加參數(shù)掃描分析項(xiàng)、運(yùn)行參數(shù)掃描分析、查看分析結(jié)果6、查看仿真分析結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果1、 查看天線回波損耗分析：從圖中可以看出設(shè)計(jì)的微帶天線諧振頻率在2.45GHz附近，且在2.45GHz頻點(diǎn)上的回波損耗值為20.7dB左右。2、分析諧振頻率隨輻射貼片長度L0的變化關(guān)系分析：從圖中可以看出，隨著長度L0值的增加，天線的諧振頻率逐漸降低。當(dāng)L0=27.5mm時(shí)，諧振頻率為2.44GHz；當(dāng)L0=28mm時(shí)，諧振頻率為2.48GHz；所以2.45GHz諧振頻率對(duì)應(yīng)的L0長度介于27.5mm28.mm。3、分析諧振頻率隨輻射貼片長度W0的變化關(guān)系分析：從上圖所示分析結(jié)果可以看出，輻射貼片

12、寬度W0由30 mm變化到40 mm時(shí)，天線的諧振頻率變化很小，即天線的諧振頻率不隨輻射貼片寬度變化而變化。實(shí)驗(yàn)總結(jié)通過本次HFSS 天線仿真實(shí)驗(yàn)，使我更加真實(shí)、貼切的了解天線的原理和用途。生活中我們可以見到各種奇形怪狀的天線，卻不知其意義何在。在這次實(shí)驗(yàn)過程中，我不停的操作、翻閱資料、上網(wǎng)查閱文獻(xiàn)，對(duì)天線仿真設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)有了一個(gè)較為清楚的認(rèn)識(shí)，對(duì)天線的各種參數(shù)也有了具體的理解，這些東西對(duì)以后的相關(guān)學(xué)習(xí)和研究打下了基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)四 半波偶極子天線仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)會(huì)簡單搭建天線仿真環(huán)境的方法，主要是熟悉日HFSS軟件的使用方法2、了解利用HFSS仿真軟件設(shè)計(jì)和仿真天線的原理、過程和方法3

13、、通過天線的仿真，了解天線的主要性能參數(shù)，如駐波比特性、smith圓圖特性、方向圖特性等4、通過對(duì)半波偶極子天線的仿真，學(xué)會(huì)對(duì)其他類型天線仿真的方法實(shí)驗(yàn)儀器1、裝有windows系統(tǒng)的PC一臺(tái)2、HFSS 15.03、截圖軟件實(shí)驗(yàn)原理 首先明白一點(diǎn):半波偶極子天線就是對(duì)稱陣子天線。2, 對(duì)稱振子是中間饋電，其兩臂由兩段等長導(dǎo)線構(gòu)成的振子天線。一臂的導(dǎo)線半徑為。， 長度為I。兩臂之間的間隙很小，理論上可以忽略不計(jì)，所以振子的總長度L=21。對(duì)稱振 子的長度與波長相比擬，本身己可以構(gòu)成實(shí)用天線。3, 在計(jì)算天線的輻射場時(shí)，經(jīng)過實(shí)踐證實(shí)天線上的電流可以近似認(rèn)為是按正弦律分布。取圖1的坐標(biāo)，并忽略振子

14、損耗，則其電流分布可以表示為: 式中，Im為天線上波腹點(diǎn)的電流;IC=WC為相移常數(shù)、根據(jù)正弦分布的特點(diǎn)，對(duì)稱振子的末端為電流的波節(jié)點(diǎn);電流分布關(guān)于振子的中心店對(duì)稱;超過半波長就會(huì)出現(xiàn)反相電流。4,在分析計(jì)算對(duì)稱振子的輻射場時(shí)，可以把對(duì)稱振子看成是由無數(shù)個(gè)電流I(z),長度為dz的電流元件串聯(lián)而成。利用線性媒介中電磁場的疊加原理，對(duì)稱振子的輻射場是這些電流元輻射場之矢量和。圖2對(duì)稱振子輻射場的計(jì)算如圖2所示，電流元I(z)所產(chǎn)生的輻射場為5、方向函數(shù)實(shí)驗(yàn)步驟1、設(shè)計(jì)變量(以表格的形式列出來) 設(shè)置求解類型為Driven Model類型，并設(shè)置長度單位為毫米。提前定義對(duì)稱陣子天線的基本參數(shù)并初始

15、化、創(chuàng)建偶極子天線模型，即圓柱形的天線模型。(模型截圖貼在下面)其中偶極子天線的另外一個(gè)臂是通過坐標(biāo)軸復(fù)制來實(shí)現(xiàn)的。設(shè)置端口激勵(lì)(附以截圖)半波偶極子天線由中心位置饋電，在偶極子天線中心位置創(chuàng)建一個(gè)平行于YZ面的矩形面作為激勵(lì)端口平面。4、設(shè)置輻射邊界條件(截圖) 要在HfSS中計(jì)算分析天線的輻射場，則必須設(shè)置輻射邊界條件。這里創(chuàng)建一個(gè)沿Z軸 放置的圓柱模型，材質(zhì)為空氣。把圓柱體的表面設(shè)置為輻射邊界條件。 外加激勵(lì)求解設(shè)置分析的半波偶極子天線的中心頻率在3G日z，同時(shí)添加2.5 G日:3.5 G日:頻段內(nèi)的掃頻設(shè)置，掃頻類型為快速掃頻。6、設(shè)計(jì)檢查和運(yùn)行仿真計(jì)算7、HFSS天線問題的數(shù)據(jù)后處理

16、(截圖，并做相應(yīng)的說明)具體在實(shí)驗(yàn)結(jié)果中闡釋。實(shí)驗(yàn)結(jié)果1、回波損耗S11 回波損耗回波損耗是電纜鏈路由于阻抗不匹配所產(chǎn)生的反射，是一對(duì)線自身的反射，是天線設(shè)計(jì)需要關(guān)注的參數(shù)之一。圖中所示是在2.5 G日z 3.5 G日z頻段內(nèi)的回波損耗，設(shè)計(jì)的偶極子天線中心頻率約為3GHz, S11<-10dBd的相對(duì)帶寬BW= (3.25-2.775) /3*1000/=15.83%2、電壓駐波比 駐波比，一般指的就是電壓駐波比，是指駐波的電壓峰值與電壓谷值之比。由圖可以看到在3G赫茲附近時(shí)，電壓駐波比等于1，說明此處接近行波，傳輸特性比較理想。3, smith圓圖史密斯圓圖是一種計(jì)算阻抗、反射系數(shù)等

17、參量的簡便圖解方法。采用雙線性變換， 將z復(fù)平面上。實(shí)部r=常數(shù)和虛部x=常數(shù)兩族正交直線變化為正交圓并與:反射系數(shù)|G|=常數(shù)和虛部X=常數(shù)套印而成。 從smith圓圖可以看到，在中心頻率3G赫茲時(shí)的歸一化阻抗約為1，說明端口的阻抗特性匹配良好。4,輸入阻抗傳輸線、電子電路等的輸入端口所呈現(xiàn)的阻抗。實(shí)質(zhì)上是個(gè)等效阻抗。只有確定了輸入阻抗，才能進(jìn)行阻抗匹配。 圖中所示的輸入阻抗分別為實(shí)部和虛部，在中心頻率3G赫茲時(shí)，輸入阻抗比較的理想，容易實(shí)現(xiàn)匹配。5、方向圖 方向圖是方向性函數(shù)的圖形表示，他可以形象描繪天線輻射特性隨著空間方向坐標(biāo)的變化關(guān)系。輻射特性有輻射強(qiáng)度、場強(qiáng)、相位和極化。通常討論在遠(yuǎn)

18、場半徑為常數(shù)的大球面上，天線輻射(或接收)的功率或者場強(qiáng)隨位置方向坐標(biāo)的變化規(guī)律，并分別稱為功率方向圖和場方向圖。天線方向圖是在遠(yuǎn)場區(qū)確定的，所以又叫遠(yuǎn)場方向圖。 電場方向圖:由圖可以看到，電場方向以Z軸為對(duì)稱軸，在XOY平面上電場最強(qiáng)，且沿四周均勻輻射。但沿著Z軸方向電場強(qiáng)度很弱。磁場方向圖:磁場方向圖在XOY平面上接近一個(gè)圓，雖然看上去有些誤差。說明磁場在XOY平面上輻射較為均勻。三維增益方向圖:這張圖可以很具體的看出半波偶極子天線沿著Z軸對(duì)稱輻射的情況。6、其他參數(shù)利用HFSS軟件仿真還可以得到天線在該輻射表面上得最大輻射強(qiáng)度、方向性系數(shù)、最大強(qiáng)度及其所在方向等參數(shù)。實(shí)驗(yàn)分析設(shè)計(jì)一個(gè)天線

19、，無論是作為發(fā)射天線還是接收天線，我們都很關(guān)心其方向參數(shù)、輸入阻抗參數(shù)、增益參數(shù)、頻帶寬度等參數(shù)。這里也主要就上訴幾個(gè)參數(shù)來討論半波偶極子天線的優(yōu)缺點(diǎn)。1、半波偶極子天線在軸向無輻射2、半波偶極子天線的輻射與其電長度密切相關(guān)。當(dāng)電長度小于0.5時(shí)，波瓣寬度最窄，在 垂直與軸向的平面內(nèi)輻射最強(qiáng)，隨著電長度的增加，開始出現(xiàn)副瓣，主瓣寬度變寬，最 大輻射方向發(fā)生偏移。3、半波偶極子天線的輸入阻抗受頻率影響很劇烈，說明寬頻帶時(shí)其較難實(shí)現(xiàn)負(fù)載匹配，所以相對(duì)應(yīng)的頻帶寬度也較窄。4、在諧振頻率附近時(shí)，我們從圖中可以看到，天線的輸入阻抗接近傳輸線的特性阻抗，實(shí)現(xiàn)匹配較易，而且在中心頻率附近，電波的傳輸特性也最

20、好，從而可以實(shí)現(xiàn)較大效率的功率傳輸。5、通過對(duì)實(shí)驗(yàn)得到結(jié)果的分析，不難發(fā)現(xiàn)，半波偶極子天線的諸多特性與電長度關(guān)系很大，所以可以通過調(diào)整天線的電長度來實(shí)現(xiàn)不同功能和要求的半波偶極子天線應(yīng)用。6、最后還要補(bǔ)充一點(diǎn):半波偶極子的輸入阻抗還與天線的粗細(xì)有關(guān)。實(shí)驗(yàn)總結(jié) 通過本次日SS天線仿真實(shí)驗(yàn)，使我更加真實(shí)、貼切的了解天線的原理和用途。生活中我們可以見到各種奇形怪狀的天線，卻不知其意義何在。在這次實(shí)驗(yàn)過程中，我不停的操作、翻閱資料、上網(wǎng)查閱文獻(xiàn)，對(duì)天線仿真設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)有了一個(gè)較為清楚的認(rèn)識(shí)，對(duì)天線的各種參數(shù)也有了具體的理解，這些東西對(duì)以后的相關(guān)學(xué)習(xí)和研究打下了基礎(chǔ)。另外，這次實(shí)驗(yàn)中我感覺較難的部分在

21、與如何通過確定一種具體天線的參量模型來模擬設(shè)計(jì)天線模型，來仿真驗(yàn)證天線特性。實(shí)驗(yàn)五 微帶犬線實(shí)驗(yàn)?zāi)康?#160;1、 熟悉并掌握HFSS的工作界面、操作步驟及工作流程。     2、 掌握微帶犬線仿真設(shè)計(jì)原理和方法。 實(shí)驗(yàn)儀器1、 裝有windows 系統(tǒng)的PC 一臺(tái)2、 HFSS13.0 或更高版本軟件3、 截圖軟件 實(shí)驗(yàn)原理微帶犬線的概念首先是由Deschamps于1953年提出來的，它是在一塊厚度遠(yuǎn)小于工作波長的介質(zhì)基片的一面敷以金屬輻射片，一面全部敷以金屬薄層作接地板而成。輻射片可以根據(jù)不同的要求設(shè)計(jì)成各種

22、形狀·。微帶天線由于具有質(zhì)量輕、休積小、易于制造等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)今已經(jīng)廣泛應(yīng)用于個(gè)人無線通信中。1微帶天線結(jié)構(gòu)是一個(gè)簡單的微帶貼片天線的結(jié)構(gòu)示意圖，由輻射元、介質(zhì)層和參考地三部分組成。與天線性能相關(guān)的參數(shù)包括輻射元的長度L,輻射元的寬度W,、介質(zhì)層的厚度h、介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)拭和損耗正切階次介質(zhì)層的長度LG和寬度WG如果介質(zhì)基片中的場同時(shí)沿寬度和長度方向變化，這時(shí)微帶天線應(yīng)該用輻射貼片周用的4個(gè)縫隙的輻射來等效。2微帶天線的饋電 微帶天線有多種饋電方式，如微帶線饋電、同軸線饋電、藕合饋電C Coupled Feed )和縫G!饋電(Slot Feed )等，其中最常用的是微帶線饋電和同軸線

23、饋電兩種饋電方式。本章將要設(shè)計(jì)的矩形微帶貼片天線采用的是同軸線饋電。 同軸線鎖電又稱為背饋，已是將同軸插座安裝在接地板上，同軸線內(nèi)導(dǎo)體穿過介質(zhì)基片接在輻射貼l.f:.，如圖10.3所示，尋取正確的饋電點(diǎn)的位置就可以獲得良好的匹配。3矩形微帶天線的特性參數(shù)1.微帶輻射貼片尺寸估算 設(shè)計(jì)微帶大線的第·步是選擇合適的介質(zhì)基片，然后再估算出輻射貼片的尺寸。假設(shè)介質(zhì)的介電常數(shù)為Er，對(duì)一于工作頻率f的矩形微帶大線，可以用F式?jīng)]計(jì)出高效率輻射貼片的寬度*，即:式中，c是光速。輻射貼片的長度一般取為兒12，這里，凡是介質(zhì)內(nèi)的濘波波長，即:考慮到邊緣縮短效應(yīng)后，實(shí)際_卜的輻射單元長度L應(yīng)為:式中，s

24、e是有效介電常數(shù)，魷?zhǔn)堑刃л椛淇p隙長度，可以分別用下式計(jì)算:2.同軸饋點(diǎn)位置的估算 對(duì)于同軸線饋電的微帶貼片天線，在確定了貼片長度L和寬度w之后，還需要確定同軸線饋點(diǎn)的位置，饋點(diǎn)的位置會(huì)影響天線的輸入阻抗。在主模TM10工作模式下，在寬度w方向上電場強(qiáng)度不變，因此饋電點(diǎn)在寬度、方向的位移對(duì)輸入阻抗的影響很小，但在寬度方向卜偏離中心位置時(shí)，會(huì)激發(fā)TM10模式，增加天線的交叉極化輻射，因此寬度方向r.饋電點(diǎn)的位置一般取在中心點(diǎn)(y=07饋電點(diǎn)在矩形輻射貼片長度L方向邊緣處(x= L12)的輸入阻抗最高，約為t Oa到400歐姆之間，而在輻射貼片的幾何中心點(diǎn)(x!0 y=0)處的輸入阻抗則為零，因此

25、在長度L方向上，從輻射貼片的幾何中心到兩側(cè)輸入阻抗由零逐漸增大:對(duì)于如圖10.3所示的同軸線饋電的微帶貼片天線，由下式可以近似v一算出輸入阻抗為50歐姆時(shí)的饋電點(diǎn)的位置:3.輻射場如前所述，矩形微帶天線可以視作一段長L為iJ2的低阻抗微帶傳輸線，它的輻射場被認(rèn)為是由傳輸線兩端開路處的縫隙所形成的。因此，矩形微帶天線可以等效為長w.寬方、間距為L的二元縫隙天線陣。單個(gè)縫隙天線的方向性函數(shù)為:因此，矩形微帶天線的輻射場只需在單縫隙大線的表達(dá)式中乘以二元陣的陣因子就可以了。這樣，矩形微帶天線的方向性函數(shù)可以表示為: 工程設(shè)計(jì)中關(guān)心的多是F面（ =90)和H面（=90）方向圖，于是由式(10.1.10

26、)可得E面的力向性函數(shù)為:考慮到kh<<1 ,則式(4-1-9)可以近似寫為:H面的方向性函數(shù)為:4.方向性系數(shù)根據(jù)方向性系數(shù)的定義，可以給出微帶大線的方向性系數(shù)為: 本章設(shè)計(jì)的矩形微帶人線工作于ISM頌段，其中心頻率為2.45GHz;無線局域網(wǎng)( WLAN ),藍(lán)牙、ZigBee等無線網(wǎng)絡(luò)均1.作在該頻段上。介質(zhì)摧片采用厚度為1.6mm的FIt4環(huán)氧樹脂(FR4 Epoxy)板，其相對(duì)介質(zhì)常數(shù)=4.4，天線使用50歐姆同軸線饋電。下面根據(jù)10.1節(jié)給出的推導(dǎo)公式來計(jì)算微帶天線的幾何尺寸，包括貼片的長度L,寬度W和同軸線憤點(diǎn)的位置1. 矩形貼片的寬度W把c=3.Ox108m/s,f

27、0=2.45CrHz, =4.4代入式(10-1-1)可以計(jì)算出微帶天線矩形貼片的寬度，2.有效介電常數(shù)&把h=1.6mm, W= 37.26mm, =4.4代入式(10-1-4 )，可以計(jì)算出有效介電常數(shù)，即3.輻射縫隙的長度L把h=1.6mm, W=37.26mm, =4.08代入式( 10-1-5)，可以計(jì)算出微帶天線輻射縫隙的一長度，4.矩形貼片的長度L 把c=3.0x108m/s.f0=2.45GHz,=4.8, L=1.12mm代入式10-1-3),可以計(jì)算出微帶天線矩形貼片的長度，即5.同軸線饋點(diǎn)的位置 把=4.4 ,W=37.26mm, L=28.C37mm代入式(10-1-7)和式10-1-6)計(jì)算出50歐姆匹配點(diǎn)的近似位置，即實(shí)驗(yàn)步驟1. 新建工程2. 添加自定義變量3. 設(shè)計(jì)建模4. 設(shè)置邊界條件5. 設(shè)置端口激勵(lì)6. 求解設(shè)置7. 設(shè)計(jì)檢查和運(yùn)行仿真計(jì)算實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其截圖:1.原實(shí)驗(yàn)結(jié)果 (1)建模完成：（2）