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1、Course Project題 目： 微帶天線陣列設計 專 業(yè)： 年 級： 研究生5班 學 號： 姓 名： 課程老師： 李兆龍 完成日期： 14年 12月 4日 一 設計背景 在意識到社會道路交通傷害和經(jīng)濟成本,公路運輸專業(yè)人士研究并提出了智能交通系統(tǒng),并在系統(tǒng)中提出了多功能收發(fā)器，分為雷達模式和廣播模式。設計了研究了5.9Ghz專用短程通信系統(tǒng)應用程序的實驗模型來證明和展示了該收發(fā)器。用了一雙微帶陣列天線來增加發(fā)射和接收通道之間的隔離。下面是對微帶天線的仿真。 天線的主要特性參量包括:方向圖、主瓣寬度與副瓣電平、方向性系數(shù)與增益、極化、輸入阻抗、頻帶寬度等。二 設計要求根據(jù)文章中的模型參數(shù)指

2、標，設計一個微帶貼片天線及相關陣列，觀察其輻射頻段，天線輸入阻抗特性（S11）和輻射方向圖，中心頻率增益的大小，檢驗與文章中的指標是否一致。微帶貼片天線尺寸開始設計之前我們先對微帶貼片天線天線的尺寸和變量進行定義。三 設計過程本次的微帶貼片天線設計主要是采用HFSS軟件仿真設計。3.1 新建設計工程和添加、定義設計變量首先通過HFSS新建工程并且設置求解類型為Diven Modal和設置當前設計在創(chuàng)建模型時使用的默認長度單位為mm，如下圖：設置求解類型設置長度單位3.2 設計建模微帶天線模型3.2.1 創(chuàng)建參考地在建模相關選項設置和參考地設置好后,在主菜單欄選擇Draw-Rectangle命令

3、，創(chuàng)建矩形面模型。然后對矩形面屬性進行設置。具體設置如下：3.2.2 創(chuàng)建介質板層首先通過菜單欄中的【draw box】命令，建立介質板和真空腔模型。具體參數(shù)設置如下圖所示：介質板的參數(shù)設置圖真空腔參數(shù)設置創(chuàng)建的介質板模型3.3.3 創(chuàng)建微帶貼片在Z=0.508mm的XOY面上創(chuàng)建一個寬26mm，長16.6mm的矩形面作為微帶貼片，并為其分配理想導體邊界條件。3.3.4 設置端口激勵把同軸線的端口面設置為負載阻抗為50的集總端口激勵。先選中同軸線的端口面，之后通過快捷菜單欄中的【Lumped Port】命令，將其命名為1，并且確認端口阻抗為50，再點擊下一步，在打開的對話框中單擊Integra

4、tion Line項下邊的None,在其下拉選項中選擇New Line，設置集總端口的積分校準線。具體設置如下圖所示：集總端口設置對話框然后再通過HFSS中的【Design Properties】命令來添加和定義設計變量，如下圖所示：定義的所有設計變量3.3.5 將微帶天線的外表面設置為理想導體邊界條件因為微帶天線的各個壁都是金屬材質的，所以我們這里需要把微帶天線模型外側表面設置為理想導體條件（Perfect E）。我們通過【By Name】命令，選擇所需面，并且執(zhí)行【Perfact E】命令。這樣就將選中的表面的邊界條件設置為理想導體邊界了。3.3.6 設置輻射邊界條件使用HFSS分析天線問

5、題時，需要設置輻射邊界，且輻射邊界表面距離輻射體需要不小于1/4個工作波長，然后將該模型的所有表面都設置為輻射邊界條件。首先我們通過主菜單的【Box】命令，創(chuàng)建個長方體。將其命名為Box，并且將其透明度設子為0.8，具體的參數(shù)設置如下圖所示：Box參數(shù)設置長方體模型建好后，選中該模型，在快捷菜單中選擇【Radiation】命令，將輻射的邊界條件設置為Radiation Only。這樣就完成了邊界條件的設置。這時建模完成，最終微帶貼片天線的模型如下圖所示：最終微帶貼片天線模型圖3.4 求解設置天線的中心工作頻率為5.9Ghz，所以求解頻率設置在5.9Ghz頻點。掃頻范圍我們設置為5.0Ghz7.

6、0Ghz。選擇快速掃描類型，分析天線在5.0GHz7.0GHz頻段的回波損耗或電壓駐波比。3.4.1 求解頻率和網(wǎng)格剖析設置右擊單擊工程樹下的Analysis節(jié)點，選擇Add solution setup命令，在對話框中Step Name項名稱Steup1.設置求解頻率為5.9Ghz，自適應網(wǎng)絡部分的最大迭代次數(shù)為20，收斂誤差為0.02,其他項保持默認設置。設置圖如下所示： 求解設置和網(wǎng)格剖分設置3.3.2 掃頻設置右擊Setup1，選擇【Add Frequency Sweep】，打開Edit Sweep對話框，進行掃描設置。掃頻頻率范圍為5Ghz7Ghz，頻率步進為0.02Ghz。，具體設

7、置如下圖所示：掃頻參數(shù)設置3.4 設計檢查通過前面的操做，我們已經(jīng)完成了模型創(chuàng)建和求解設置等HFSS設計的前期工作。在運行仿真計算之前，通常需要進行設計檢查，確認設計的完整性和正確性。在這里我們是通過主菜單欄中的【Validation Check】命令來完成的，在對話框中每個選項的前面都顯示正確的圖標，就是表示設計完整。如下圖所示：設置檢查結果通過上圖我們已經(jīng)可以確認設計是完整和正確的。我們可以開始運行仿真計算。四 仿真結果與結論 在仿真計算完成后，我們就可以查看各種仿真結果圖了。4.1天線輸入阻抗特性圖通過快捷菜單欄中的【Create Modal Solution Data Report】【

8、Rectangular Plot】命令，打開報告設置對話框，具體設置如下圖所示：S11掃頻圖結果報告設置對話框我們可以生成天線輸入阻抗特性（S11）的掃頻結果圖。從分析結果中我們可以看出，5.9Ghz時，S11的值約為-20dB。如下所示：S11的掃頻曲線4.2查看電壓駐波比右擊results節(jié)點，選擇rectangular plot命令，打開報告設置，生成報告圖，具體如下圖：電壓駐波比曲線4.3 輻射方向圖4.3.1 立體方向圖繪制按下（a）設置繪制場強方向圖，可得三維場強方向圖（b）。（a）（b）4.4 查看S11參數(shù)的smith圓圖結果右擊工程下的results 選擇smithchart

9、命令，打開報告設置對話框，單擊new report 生成下圖所示S11參數(shù)smith圓圖報告。S11 參數(shù)的smith圓圖結果五、構建天線陣5.1 構建1*2天線陣在以上工作的基礎上，構建1*2天線陣，饋電網(wǎng)絡采用二端口功分器。5.2 構建1*4天線陣1*2天線陣完成后，構建1*4天線陣，基本方法同1*2天線陣相同，饋電網(wǎng)絡以二端口功分器為基礎，擴展到四端口（一分四）。5.3構建2*4天線陣2*4天線的構建，是將兩個1*4天線陣連接起來，然后根據(jù)文章給的參數(shù)和曲線調節(jié)尺寸和間距參數(shù)，進行仿真，使其不斷逼近論文中曲線，但由于不斷學習的時間消耗較多，本部分沒有能完成。六 心得總結 通過這幾個星期的project 的練習，學到了不少知識，并