project2報告12.3晚

1、Course Project題 目： 微帶天線陣列設(shè)計 專 業(yè)： 年 級： 研究生5班 學(xué) 號： 姓 名： 課程老師： 李兆龍 完成日期： 14年 12月 4日 一 設(shè)計背景 在意識到社會道路交通傷害和經(jīng)濟(jì)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(dá)模式和廣播模式。設(shè)計了研究了5.9Ghz專用短程通信系統(tǒng)應(yīng)用程序的實驗?zāi)Ｐ蛠碜C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(shè)計要求根據(jù)文章中的模型參數(shù)指

2、標(biāo)，設(shè)計一個微帶貼片天線及相關(guān)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(biāo)是否一致。微帶貼片天線尺寸開始設(shè)計之前我們先對微帶貼片天線天線的尺寸和變量進(jìn)行定義。三 設(shè)計過程本次的微帶貼片天線設(shè)計主要是采用HFSS軟件仿真設(shè)計。3.1 新建設(shè)計工程和添加、定義設(shè)計變量首先通過HFSS新建工程并且設(shè)置求解類型為Diven Modal和設(shè)置當(dāng)前設(shè)計在創(chuàng)建模型時使用的默認(rèn)長度單位為mm，如下圖：設(shè)置求解類型設(shè)置長度單位3.2 設(shè)計建模微帶天線模型3.2.1 創(chuàng)建參考地在建模相關(guān)選項設(shè)置和參考地設(shè)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(jìn)行設(shè)置。具體設(shè)置如下：3.2.2 創(chuàng)建介質(zhì)板層首先通過菜單欄中的【draw box】命令，建立介質(zhì)板和真空腔模型。具體參數(shù)設(shè)置如下圖所示：介質(zhì)板的參數(shù)設(shè)置圖真空腔參數(shù)設(shè)置創(chuàng)建的介質(zhì)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(dǎo)體邊界條件。3.3.4 設(shè)置端口激勵把同軸線的端口面設(shè)置為負(fù)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(rèn)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(shè)置集總端口的積分校準(zhǔn)線。具體設(shè)置如下圖所示：集總端口設(shè)置對話框然后再通過HFSS中的【Design Properties】命令來添加和定義設(shè)計變量，如下圖所示：定義的所有設(shè)計變量3.3.5 將微帶天線的外表面設(shè)置為理想導(dǎo)體邊界條件因為微帶天線的各個壁都是金屬材質(zhì)的，所以我們這里需要把微帶天線模型外側(cè)表面設(shè)置為理想導(dǎo)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(shè)置為理想導(dǎo)體邊界了。3.3.6 設(shè)置輻射邊界條件使用HFSS分析天線問

5、題時，需要設(shè)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(shè)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(shè)子為0.8，具體的參數(shù)設(shè)置如下圖所示：Box參數(shù)設(shè)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(shè)置為Radiation Only。這樣就完成了邊界條件的設(shè)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(shè)置天線的中心工作頻率為5.9Ghz，所以求解頻率設(shè)置在5.9Ghz頻點。掃頻范圍我們設(shè)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(shè)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(shè)置求解頻率為5.9Ghz，自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)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(rèn)設(shè)置。設(shè)置圖如下所示： 求解設(shè)置和網(wǎng)格剖分設(shè)置3.3.2 掃頻設(shè)置右擊Setup1，選擇【Add Frequency Sweep】，打開Edit Sweep對話框，進(jìn)行掃描設(shè)置。掃頻頻率范圍為5Ghz7Ghz，頻率步進(jìn)為0.02Ghz。，具體設(shè)

7、置如下圖所示：掃頻參數(shù)設(shè)置3.4 設(shè)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(shè)置等HFSS設(shè)計的前期工作。在運行仿真計算之前，通常需要進(jìn)行設(shè)計檢查，確認(rèn)設(shè)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(biāo)，就是表示設(shè)計完整。如下圖所示：設(shè)置檢查結(jié)果通過上圖我們已經(jīng)可以確認(rèn)設(shè)計是完整和正確的。我們可以開始運行仿真計算。四 仿真結(jié)果與結(jié)論 在仿真計算完成后，我們就可以查看各種仿真結(jié)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(shè)置對話框，具體設(shè)置如下圖所示：S11掃頻圖結(jié)果報告設(shè)置對話框我們可以生成天線輸入阻抗特性（S11）的掃頻結(jié)果圖。從分析結(jié)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(shè)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(shè)置繪制場強(qiáng)方向圖，可得三維場強(qiáng)方向圖（b）。（a）（b）4.4 查看S11參數(shù)的smith圓圖結(jié)果右擊工程下的results 選擇smithchart

9、命令，打開報告設(shè)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(jié)果五、構(gòu)建天線陣5.1 構(gòu)建1*2天線陣在以上工作的基礎(chǔ)上，構(gòu)建1*2天線陣，饋電網(wǎng)絡(luò)采用二端口功分器。5.2 構(gòu)建1*4天線陣1*2天線陣完成后，構(gòu)建1*4天線陣，基本方法同1*2天線陣相同，饋電網(wǎng)絡(luò)以二端口功分器為基礎(chǔ)，擴(kuò)展到四端口（一分四）。5.3構(gòu)建2*4天線陣2*4天線的構(gòu)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(diào)節(jié)尺寸和間距參數(shù)，進(jìn)行仿真，使其不斷逼近論文中曲線，但由于不斷學(xué)習(xí)的時間消耗較多，本部分沒有能完成。六 心得總結(jié) 通過這幾個星期的project 的練習(xí)，學(xué)到了不少知識，并