微帶天線的課程設計(共11頁)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上微帶天線的仿真設計一、設計目的及技術指標學習和掌握HFSS軟件，加強對相關知識的理解和掌握。本設計就是基于微帶貼片天線基礎理論以及熟練掌握HFSS10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。創(chuàng)建切角，并設饋電位置在（-8,0,0），探針半徑dx:0,dy:0,dz:5；端口面位置（-8，0,0），半徑dx:1.5,dy:0,dz:0。二、設計原理1、微帶天線的結構微帶天線是由一塊厚度遠小于波長的介質板（成為介質基片）和（用印刷電路或微波集成技術）覆蓋在他的兩面上的金屬片構成的，其中完全覆蓋介質板一片稱為接觸板，而尺寸可以和波長想比擬

2、的另一片稱為輻射元。微帶天線的饋電方式分為兩種，如圖所示。一種是側面饋電，也就是饋電網(wǎng)絡與輻射元刻制在同一表面；另一種是底饋，就是以同軸線的外導體直接與接地板相連，內(nèi)導體穿過接地板和介質基片與輻射元相接。微帶天線的饋電 （a）側饋 （b）底饋2、微帶天線的輻射原理 用傳輸線模分析法介紹矩形微帶天線的輻射原理。矩形貼片天線如圖：矩形貼片天線示意圖設輻射元的長為L，寬為，介質基片的厚度為h?，F(xiàn)將輻射元、介質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h<<，場沿h方向均勻分布。在最簡單的情況下，場沿寬度方向也沒有變化，而僅在長度

3、方向（L/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，并沿長邊均勻分布?？p的寬度Lh，長度為，兩縫間距為L/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。經(jīng)過查閱資料，可以知道微帶天線的波瓣較寬，方向系數(shù)較低，這正是微帶天線的缺點，除此之外，微帶天線的缺點還有頻帶窄、損耗大、交叉極化大、單個微帶天線的功率容量小等。在這個課設

4、中，借助EDA仿真軟件Ansoft HFSS進行設計和仿真。Ansoft公司推出的基于電磁場有限元方法（FEM）的分析微波工程問題的三維電磁仿真軟件，Ansoft HFSS以其無與倫比的仿真精度和可靠性，快捷的仿真速度，方便易用的操作界面，穩(wěn)定成熟的自適應網(wǎng)格剖分技術，使其成為高頻結構設計的首選工具和行業(yè)標準，并已廣泛應用于航空、航天、電子、半導體、計算機、通信等多個領域，幫助工程師們高效的設計了各種高頻結構。三、設計步驟及內(nèi)容1、運行HFSS，建立新的工程，并設置求解類型Driven Modal，設置模型單位mm。2、設置天線微帶模型首先創(chuàng)建地板GroundPlane。然后建立介質基片Sub

5、strate,貼片Patch。創(chuàng)建切角、探針、端口面等。3、創(chuàng)建輻射邊界，設置端口激勵。并該問題設置求解頻率及掃描頻率范圍。4、設置無限大球面，確認設計后保存工程。5、求解該工程，繪制該問題的反射系數(shù)曲線和2D輻射遠場方向圖。四、設計仿真結果下圖是我在Ansoft HFSS界面下設計的一個右手圓極化矩形貼片天線。 1.接地板GroundPlane：90mm*90mm2.介質基片Substrate:45mm*45mm*5mm，,材料Rogers R04003。3.貼片天線Patch:32mm*32mm4.探針Pin半徑0.5mm*高5mm,材料Pec。5.端口面Port半徑1.5，最后用Grou

6、ndPlane將Port減去。6.空氣框Air160mm*160mm*70mm,將輻射邊界命名為Rad1。7.饋電點距Patch中心8mm處。如圖：繪制該問題的反射系數(shù)曲線2D輻射遠場方向圖其工作頻率并不在2.45GHZ處，而是有點偏左。從圖中可以看出，設定的參數(shù)為2.45GHz，但工作位置卻在2.42GHz，說明還需要對參數(shù)進行一定的改進。改變貼片Patch的大小，經(jīng)過多次測試，當大小為31.7mm*31.7mm時，正好符合要求：反射系數(shù)曲線為此時的2D輻射遠場方向圖為：2D輻射遠場方向圖此時的輻射圖改變不大。發(fā)現(xiàn)改變貼片大小后，在工作頻率處的回撥損耗幾乎無變化。改變探針pin半徑，當半徑為

7、0.24時，符合要求：反射系數(shù)曲線為此時的2D輻射遠場方向圖為：發(fā)現(xiàn)改變探針半徑后在工作頻率處的回撥損耗為23db，有所改善。改變探針位置（1）當探針位置在（-8.5,0,0）時設計的圖形如下：反射系數(shù)曲線為此時的2D輻射遠場方向圖為：探針位置改變后，在工作頻率處的回撥損耗減小剛過10DB不多，性能變差。（2）再次改變探針位置，使其在非切角的對角線上，如圖：l 改變探針位置（-4.33，-4.33,0）反射系數(shù)曲線為此時的2D輻射遠場方向圖為改變后，在工作頻率處衰減超過20db，性能有所改善。輻射圖的背瓣變寬。l 改變探針位置（-4.1，-4.1,0）反射系數(shù)曲線為此時的2D輻射遠場方向圖為在

8、這個位置處，曲線變得尖銳，且在工作頻率處衰減變大，而且背瓣也變窄，所以在這個位置處比較理想。l 再改變到其他位置處，如（-3.5，-3.5,0）處;反射系數(shù)曲線為此時的2D輻射遠場方向圖為它的反射系數(shù)曲線和2D輻射遠場方向圖均不如（-4.1,-4.1,0）處的曲線。講過反復的嘗試，改變多個參數(shù)，可以歸納出如下結論：當工作頻率偏低時，可以減小貼片的尺寸。尺寸越小，它的工作頻率越大。改變探針的半徑時，適當減小時，會使工作頻率變大，找到適當頻率后再減小頻率后，工作頻率減小。改變探針位置，在原來方向上，工作頻率達到了要求，但是衰減變小，性能變差。將探針放在對角線上時，工作頻率不只在一個頻率處，但是他們

9、的衰減不同，得到的輻射圖也不相同；在此設計中，在（-4.33，-4.33,0）處工作頻率符合要求，將探針位置沿此對角線想中心移動時，工作頻率左右不定偏移，在（-4.1，-4.1,0）處工作頻率又符合要求，且衰減和輻射圖都比較理想。五、設計感想 通過這次設計，獲益匪淺。首先學會了HFSS的基本操作，對這個軟件有了基礎的了解，覺得這個軟件的功能真的很強大，很不可思議。HFSS的使用很簡單，只是功能較多，界面中各個功能命令的位置讓人感覺凌亂，但用過多次后，很快就熟悉了各個菜單的大致功能，還有某些快捷鍵的使用，使操作快捷方便。熟悉了HFSS的使用之后，設計微帶天線，由于工作頻率并沒有達到設計的要求，所以對設計中的一些參數(shù)進行修正，只改變其中的某一參數(shù)，其他的參數(shù)保持不變，即保持單一變量，這樣更容易觀察到參數(shù)對天線性能的影響。修改參數(shù)時，要經(jīng)過多次反復的測試，才能使頻率達到設計的要求，測試的過程真的很容易讓人失去耐心，總是差一點點，但是當達到設計要求時，那份喜悅卻又是