HFSS雙頻微帶天線設(shè)計(jì)(共10頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上一 設(shè)計(jì)內(nèi)容簡(jiǎn)介 雙頻工作是微帶天線設(shè)計(jì)的重要課題之一，相關(guān)的設(shè)計(jì)包括使用多層金屬片，具槽孔負(fù)載之矩形金屬片，具矩形缺口的正方形金屬片，具短金負(fù)載的金屬片，傾斜槽孔耦合饋入的矩形金屬片等。其中，獲得雙頻工作的一種最簡(jiǎn)單的方法是輻射貼片的長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)一個(gè)頻率諧振，其寬度對(duì)應(yīng)另一個(gè)頻率諧振，然后從對(duì)角線的一角饋電，就能使同一個(gè)輻射貼片工作于兩個(gè)頻率上。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。 圖1 故在這個(gè)設(shè)計(jì)中，L1是表示饋電點(diǎn)長(zhǎng)度方向的x坐標(biāo)的變量，其值為7mm,表示的中心頻率為2.45GHZ，輸入阻抗為50歐姆。L2是表示饋電點(diǎn)的y坐標(biāo)的變量，其值為10mm,表示的中心頻率為1.7GHZ。輸

2、入阻抗為50歐姆。 設(shè)計(jì)模型的中心在坐標(biāo)原點(diǎn)上，輻射貼片的長(zhǎng)度方向是沿著x軸方向，寬度方向是沿著y方向的。介質(zhì)基片的大小是輻射貼片的兩倍，參考地面輻射貼片使用理想薄導(dǎo)體。因?yàn)槭褂?0歐姆的同軸線饋電，這里使用半徑為0.6mm的材質(zhì)為pec的圓柱體模型。而與圓柱體相接的參考地面需挖出一個(gè)半徑為1.5mm的圓孔，將其作為信號(hào)輸入輸出端口，該端口的激勵(lì)方式設(shè)置為集總端口激勵(lì)，端口歸一化阻抗為50歐姆。 HFSS仿真設(shè)計(jì)過(guò)程1.新建工程文件（1） 運(yùn)行HFSS并新建工程：雙擊快捷圖標(biāo)，啟動(dòng)HFSS軟件。新建一個(gè)工程文件，工程名為Dual_Patch.hfss文件。（2） 設(shè)置求解類型：選擇hfssSo

3、lution Type,選中Driven Modal,然后點(diǎn)擊OK。（3） 設(shè)置模型長(zhǎng)度：選擇ModelerUnits選項(xiàng)設(shè)置為mm。點(diǎn)擊OK。2. 添加和定義設(shè)計(jì)變量在HFSS Design Propertied 命令，打開(kāi)設(shè)計(jì)屬性對(duì)話框，然后單擊對(duì)話框。在Name文本框中輸入第一個(gè)變量名稱H，在value文本框中輸入該變量的初始值為1.6mm。使用相同的方法，分別定義變量L0,W0,L1,length，L2。其初始值分別為28mm，37.26mm,7mm，30mm，10mm點(diǎn)擊確定。設(shè)計(jì)屬性對(duì)話框如圖所示。 3.設(shè)計(jì)建模（1） 創(chuàng)建介質(zhì)基片：在主菜單中選擇DrawBox命令，進(jìn)入創(chuàng)建長(zhǎng)方體

4、的狀態(tài)，然后三維模型窗口創(chuàng)建任意一個(gè)長(zhǎng)方體。打開(kāi)新建長(zhǎng)方體屬性對(duì)話框，把長(zhǎng)方體的名稱修改為Substrate,設(shè)置材質(zhì)為FR4_epoxy,設(shè)置透明度為0.6.再雙擊歷史樹(shù)Substrate下的CreateBox選項(xiàng)，打開(kāi)Command選項(xiàng)卡，在position文本框中輸入頂點(diǎn)位置坐標(biāo)為（-L0，-W0，0），在Xsize,Ysize和Zsize文本框中分別輸入長(zhǎng)方體的長(zhǎng)寬高為2*L0，2*W0，H。如圖3-1所示。這時(shí)就創(chuàng)建好了名稱為Substrate的介質(zhì)基片模型。然后按CtrlD 全屏顯示物體模型。 圖3-1介質(zhì)基片模型（2） 創(chuàng)建輻射貼片： 在主菜單中選擇Draw rectangle命

5、令，進(jìn)入創(chuàng)建矩形面的狀態(tài)，然后任意創(chuàng)建一個(gè)矩形面。雙擊Solids節(jié)點(diǎn)下的rectangle1選項(xiàng)，打開(kāi)新建矩形面屬性對(duì)話框的Attribute選項(xiàng)卡，把矩形面的名稱修改為Patch,設(shè)置透明度為0.4.再雙擊歷史樹(shù)Substrate下的Createrectangle選項(xiàng)，打開(kāi)Command選項(xiàng)卡，在position文本框中輸入頂點(diǎn)位置坐標(biāo)為（-L0/2，-W0/2，H），在Xsize,Ysize文本框中分別輸入矩形面的長(zhǎng)寬為L(zhǎng)0，W0。如圖3-2所示。這時(shí)就創(chuàng)建好了名稱為patch輻射貼片模型。然后按Ctrl D 全屏顯示物體。 圖3-2 輻射貼片模型 (3)創(chuàng)建參考地：在主菜單中選擇Dra

6、w rectangle命令，進(jìn)入創(chuàng)建矩形面的狀態(tài)，然后任意創(chuàng)建一個(gè)矩形面。雙擊Solids節(jié)點(diǎn)下的rectangle1選項(xiàng)，打開(kāi)新建矩形面屬性對(duì)話框的Attribute選項(xiàng)卡，把矩形面的名稱修改為GND,設(shè)置透明度為0.4.再雙擊歷史樹(shù)Substrate下的Createrectangle選項(xiàng)，打開(kāi)Command選項(xiàng)卡，在position文本框中輸入頂點(diǎn)位置坐標(biāo)為（-L0，-W0，0），在Xsize,Ysize文本框中分別輸入矩形面的長(zhǎng)寬為2*L0，2*W0。如圖3-3所示。 這時(shí)就創(chuàng)建好了名稱為GND的參考地模型。然后按Ctrl D 全屏顯示物體模型。 圖3-3 參考地模型（4）創(chuàng)建同軸饋線的

7、內(nèi)芯：在主菜單中選擇Draw Cylinder命令，進(jìn)入創(chuàng)建圓柱體的狀態(tài)，然后任意創(chuàng)建一個(gè)圓柱體。雙擊Solids節(jié)點(diǎn)下的rectangle1選項(xiàng)，打開(kāi)新建矩形面屬性對(duì)話框的Attribute選項(xiàng)卡，把圓柱體的名稱修改為Feed,設(shè)置其材質(zhì)為pec.再雙擊歷史樹(shù)Substrate下的CreateCylinder選項(xiàng)，打開(kāi)Command選項(xiàng)卡，在position文本框中輸入頂點(diǎn)位置坐標(biāo)為（L1，L2，0），在Radius文本框中分別輸入圓柱體的半徑為0.6。在Height文本框中分別輸入圓柱體的長(zhǎng)度為H。如圖3-4所示。 這時(shí)就創(chuàng)建好了名稱為Feed的圓柱體同軸饋線內(nèi)芯模型。然后按Ctrl D

8、全屏顯示物體模型。 圖3-4 同軸饋線內(nèi)芯模型（5）創(chuàng)建信號(hào)傳輸端口面： 同軸線饋電需要穿過(guò)參考地面來(lái)傳輸信號(hào)能量。因此，需要在參考地面GND上開(kāi)一個(gè)圓孔允許能量傳輸。首先在參考地面上創(chuàng)建一個(gè)半徑為1.5mm，圓心坐標(biāo)為（L1，0，0）的圓面，并將其命名為Port。然后在執(zhí)行相減操作，使用參考地面減去圓面，從而在參考地面上開(kāi)出一個(gè)圓孔。 在主菜單中選擇Draw Circle命令，進(jìn)入創(chuàng)建圓面的狀態(tài)，然后任意創(chuàng)建一個(gè)圓面。雙擊Solids節(jié)點(diǎn)下的Circle選項(xiàng)，打開(kāi)新建圓面屬性對(duì)話框的Attribute選項(xiàng)卡，把矩形面的名稱修改為Port。再雙擊歷史樹(shù)Port下的CreateCircle選項(xiàng)，

9、打開(kāi)Command選項(xiàng)卡，在position文本框中輸入頂點(diǎn)位置坐標(biāo)為（L1，L2，0），在Radius文本框中分別輸入圓面的半徑為1.5。如圖3-5所示。 這時(shí)就創(chuàng)建好了名稱為Port的信號(hào)傳輸端口面模型。然后按Ctrl D 全屏顯示物體模型。 圖3-5 信號(hào)傳輸端口面模型使用相減操作在參考地面挖一個(gè)圓孔。按住Ctrl鍵的同時(shí)單機(jī)GND和Port選項(xiàng)，選中這兩個(gè)平面。然后在主菜單中選擇ModelerBooleanSubstrate命令，打開(kāi)如圖3-6所示的對(duì)話框。同時(shí)為保留圓面port，需要選中對(duì)話框中的Clone tool objects before operation復(fù)選框。最后點(diǎn)擊O

10、K。 圖 3-6至此，就創(chuàng)建好了同軸線饋電的矩形微帶天線的設(shè)計(jì)模型，如圖3-7所示。 圖3-74設(shè)置邊界條件 （1）把輻射貼片Patch和參考地設(shè)置為理想導(dǎo)體邊界。選中patch和gnd然后單擊右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇 assignboundaryperfect E命令，打開(kāi)理想導(dǎo)體邊界條件設(shè)置對(duì)話框，保留默認(rèn)設(shè)置不變，點(diǎn)擊確定。（2）設(shè)置輻射邊界條件 ：在主菜單中選擇Draw Box命令，進(jìn)入創(chuàng)建長(zhǎng)方體的狀態(tài)，然后任意創(chuàng)建一個(gè)長(zhǎng)方體。雙擊Solids節(jié)點(diǎn)下的Box1選項(xiàng)，打開(kāi)新建長(zhǎng)方體屬性對(duì)話框的Attribute選項(xiàng)卡，把長(zhǎng)方體的名稱修改為AirBox,設(shè)置透明度為0.8。再

11、雙擊歷史樹(shù)Substrate下的CreateBox選項(xiàng)，打開(kāi)Command選項(xiàng)卡，在position文本框中輸入頂點(diǎn)位置坐標(biāo)為（-L0/2-length，-W0/2-length，-10），在Xsize,Ysize和Zsize文本框中分別輸入長(zhǎng)方體的長(zhǎng)寬高為(L0+2*lengt，W0+2*length，10mm+H+length)。如圖所示。單擊AirBox選項(xiàng)，右擊選擇 assignboundaryradiation,保留默認(rèn)設(shè)置不變，點(diǎn)擊確定。5 設(shè)置端口激勵(lì)：?jiǎn)螕魀ort,選擇port后，右擊選擇assignexcitationlumped port命令，打開(kāi)集總端口設(shè)置對(duì)話框。在na

12、me文本框輸入名稱1，點(diǎn)擊下一步，在mode對(duì)話框中，單擊impedance line項(xiàng)的none,選擇new line，此時(shí)輸入起始坐標(biāo)（7.6,0,0），再輸入坐標(biāo)（0.9,0,0），并確定。完成集總端口設(shè)置。6：求解設(shè)置：選擇菜單：HFSS Analysis Setup Add Solution Setupa。點(diǎn)擊通用（General）鍵求解頻率：2.45GH，最大通過(guò)數(shù)目：20，通過(guò)的最大Delta S：0.02，點(diǎn)擊確定按鈕。 增加掃頻 選擇菜單HFSS Analysis Add Sweep，選擇求解設(shè)置：Setup1 ，點(diǎn)擊確定按鈕。編輯掃頻窗口，掃描類型：快速（Fast）頻率設(shè)置

13、類型：線形計(jì)數(shù)（Linear Count）開(kāi)始(Start)：1.0GHz，結(jié)束（Stop）：3GHz，計(jì)數(shù)（Count）：0.01GHZ點(diǎn)擊確定按鈕。7.設(shè)計(jì)檢查和運(yùn)行仿真計(jì)算：1模型檢查，選擇菜單：HFSS Validation Check，點(diǎn)擊關(guān)閉（Close）按鈕。注意：使用信息管理器可以看到任何錯(cuò)誤或警告信息。2求解過(guò)程，選擇菜單：HFSS Analyze All。8結(jié)果及分析：1查看天線的諧振頻率：查看天線信號(hào)的端口回波損耗（即S11）的掃頻分析結(jié)果。右鍵單擊工程樹(shù)下的result節(jié)點(diǎn)，在彈出的菜單中選擇create modal solution data reportrectan

14、gular polt命令，打開(kāi)報(bào)告設(shè)置對(duì)話框，選擇sttup1:sweep1,在category列表框選中S parameter選項(xiàng)，在quantity列表框選中S（1,1），在Function列表框選中dB。然后單擊New Report按鈕。再單擊close按鈕。如圖8-1所示 圖8-1 S11掃頻分析結(jié)果從結(jié)果報(bào)告中可以看出，矩形微帶天線出現(xiàn)了兩個(gè)諧振點(diǎn)，一個(gè)諧振點(diǎn)為2.45GHZ，且S11的值為-24.0917dB。另一個(gè)諧振頻率為1.7GHZ，此時(shí)的S11值為-11.3013dB。2查看S11的Smith圓圖結(jié)果：右鍵單擊工程樹(shù)下的result節(jié)點(diǎn)，在彈出的菜單中選擇create mo

15、dal solution data reportSmith Chart命令，打開(kāi)報(bào)告設(shè)置對(duì)話框，選擇Trace選項(xiàng)卡的參數(shù)。然后單擊New Report按鈕，得Smith原圖結(jié)果，如圖8-2所示。 圖8-2從結(jié)果報(bào)告中看出，1.7GHZ是的歸一化阻抗為1.00-j0.16。2.45GHZ是的歸一化阻抗為1.03-j0.03，在兩個(gè)工作頻點(diǎn)都達(dá)到了很好的阻抗匹配。3 2.45GHZ時(shí)的增益方向圖：右鍵單擊工程樹(shù)下的result節(jié)點(diǎn)，在彈出的菜單中選擇create far fields reportradiation pattern命令，打開(kāi)報(bào)告設(shè)置對(duì)話框，在geometry列表框選中之前定義的輻射表面EH Plane選項(xiàng)，在category列表框選中g(shù)ain。選項(xiàng)在quantity列表框選中g(shù)aintotal，在Function列表框選中dB。然后單擊New Report按鈕。再單擊clos