螺旋天線的仿真設(shè)計(jì)微波課設(shè)

1、專業(yè)班級(jí)學(xué)生姓名課程名稱微波技術(shù)與天線課 程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)名稱螺旋天線的仿真 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)周數(shù)1.5周指導(dǎo)教師太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)設(shè)計(jì) 任務(wù) 主要 設(shè)計(jì) 參數(shù)1熟悉HFSS仿真平臺(tái)的使用2熟悉圓極化天線的工作原理與設(shè)計(jì)方法3在HFSS平臺(tái)上完成如下螺旋天線的仿真設(shè)計(jì)中心頻率f=4GHZ , 入=75mm;螺旋導(dǎo)體的半徑d=0.15入=11.25mm;螺旋線導(dǎo)線的半徑a=0.5mm;螺距 s=0.25 入=18.75mm;圈數(shù) N=3;軸向長(zhǎng)度 l=Ns;4結(jié)合同組其他同學(xué)的設(shè)計(jì)結(jié)果完成對(duì)于該天線結(jié)構(gòu)參數(shù)與性能之間關(guān)系的探討5在1.5周內(nèi)完成設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)要求6.25:分組、任務(wù)分

2、配、任務(wù)理解6.26:查閱參考資料，理論上熟悉所設(shè)計(jì)的器件的工作原理與特性，完成方案的設(shè)計(jì) 6.276.29 :熟悉仿真平臺(tái)的使用，完成在平臺(tái)上的建模，設(shè)置，結(jié)果提取與分析，以 及驗(yàn)收。7.2 :同組同學(xué)結(jié)果匯總及討論7.37.4 :設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的撰寫(xiě)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，作為設(shè)計(jì)小組成員，每位同學(xué)要具有團(tuán)隊(duì)意識(shí)和合作精神，并最終 獨(dú)立完成自己的設(shè)計(jì)任務(wù)。主要參考資料劉學(xué)觀，微波技術(shù)與天線，西安電子科技大學(xué)電出版社，2008.顧繼慧，微波技術(shù)，科學(xué)出版社，2007.李明洋，HFSS應(yīng)用設(shè)計(jì)詳解，人民郵電出版社，2010.日期：指導(dǎo)教師簽名太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院課程設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)_姓名成績(jī)一、設(shè)計(jì)題目

3、螺旋天線的仿真設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)目的(1.)熟悉-Ansoft . . HFSS-.軟件的使用。 (2)學(xué)會(huì)螺旋天線的仿真.設(shè)計(jì)方法。 (3)完成螺旋天線的仿真設(shè)計(jì).，并查看S 一參數(shù)以及場(chǎng)分布。三、實(shí)驗(yàn)原理螺旋天線.(一helic_al_ antenna )是一種具有螺旋形狀.的天線。它由導(dǎo)電性.能良.好的金屬螺旋線 組成，通常用同軸線饋電，同軸.線的心線和螺旋線的一端相連接，冋軸線的外導(dǎo)體則和接地 的金屬網(wǎng)(或板)相連接，該版即為接地板。螺旋天線的輻射方向與螺旋線圓周長(zhǎng)有關(guān)。當(dāng) 螺旋線的圓周長(zhǎng)比一個(gè)波長(zhǎng)小很多時(shí)，輻射最強(qiáng)的方向垂直于螺旋軸；當(dāng)螺旋線圓周長(zhǎng)為一 個(gè)波長(zhǎng)的數(shù)量級(jí)時(shí)，最強(qiáng)輻射出現(xiàn)在螺旋

4、旋軸方向上。團(tuán)1,墀臨艮紅處爛圖四、設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)右手圓極化螺旋天線，要求工作頻率為.4G. 一分析其遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)輻射特性以及.S曲線本設(shè)計(jì).參數(shù)為：螺旋天線的中心頻率f=4GHz,入_=75mm-螺旋導(dǎo)體的半徑d=0.15入=11.25mm螺旋線導(dǎo)線的半徑a=0.5mm螺距s=0.25入=18,75mm圈數(shù)N=3;軸向長(zhǎng)度l=Ns;五、設(shè)計(jì)仿真步驟在.HFSS建立的模型中.，關(guān)鍵是畫(huà)出螺旋線模型。畫(huà)螺旋線，現(xiàn)說(shuō)明螺旋線模型的創(chuàng)建。1、建立新的工.程運(yùn)行.HFSS，點(diǎn)擊菜單欄中的Project>Insert. Hfss . Dessign建立一個(gè)新.的工程。2、設(shè)置求解類型(1) 在菜單欄中

5、點(diǎn)擊.HFSS>Solutip n. Type?(2) 在彈出的 一.Solution . Type .窗中(a) 選擇 Driven Modal。(b) 點(diǎn)擊OK按鈕。3、設(shè)置模型單位將創(chuàng)建模型中的單位設(shè)置為毫米。(1)在菜單欄中點(diǎn)擊 3D Modeler>Units。(2)設(shè)置模型單位:(a)在設(shè).置單.位窗口中選擇;mm。 一(b)點(diǎn)擊.0K .按鈕。4、設(shè)置模型的.默認(rèn)材料在工具欄中設(shè)置模型的下拉菜單中點(diǎn)擊Select,.在設(shè)置材料窗口.中選擇copper!銅)材料，. 點(diǎn)擊.0K按鈕(確定)確認(rèn)。5、創(chuàng)建螺旋天線模型(1)創(chuàng)建螺旋線.Helix。在菜單.中點(diǎn)擊.Draw&

6、gt;Circle,輸入圓的中心坐標(biāo)。.X:11.25 . Y:0 Z:0 .,按回車鍵結(jié)朿。輸入圓的. 半徑dX：0-.5 . dY：0. dZ：0按回車鍵結(jié)朿輸入。在特性(.Porpe.rti.es.一窗口中將.Axis改為.丫 點(diǎn)擊確認(rèn)。在歷史操作樹(shù)中選中該.一circle。在菜單鍵點(diǎn)擊一Draw>Helix，.在-右下角的輸入欄中.輸入.X:0 Y:0 Z:-7.5，.按回車鍵結(jié).東輸入；在右下角的輸入欄中輸入.dX:0 _ dY:0 . dZ;50 ;按回 車鍵；在彈出的 Helix 窗口中，Turn Directions:Right Hand Pitch:18.75(mm)

7、Tuns:3; Radius change per Turn：0點(diǎn)擊OK在特性窗口.中選擇 Attribute.標(biāo)簽，將名字改.為Helix。2)建立螺旋天線與.同軸線相連的連接枉ring。在菜單中點(diǎn)擊.Draw>Cylider,創(chuàng)建圓柱模型。輸入坐標(biāo)為一X：.11.25.，丫：0ZQ.，按回車鍵結(jié)束. 輸入。輸入半徑dX:0.5 dY:0 -d.ZQ.，按回車鍵結(jié)朿輸入，輸入圓柱長(zhǎng)度dX;0 - dY:0. dZ:-3,按回. 車鍵結(jié)束輸入。在特性窗口.中選擇一.Attribute_選項(xiàng)卡，將名字改為. ring，.點(diǎn)擊碩定。.(3).創(chuàng)建球 體 Sphereio為了把Helix和ri

8、ng連接起來(lái)，創(chuàng)建一個(gè)球體 Spherel,點(diǎn)擊Draw>Sphere輸入球心坐標(biāo) X:22.5 Y:0.乙0；按回車鍵結(jié)束輸入。輸入球體半徑，.dX:0.5dY:0dZ;Q;在特性Property)窗口. 中選擇.Attribute .標(biāo)簽.，將該圓柱的名字改為_(kāi) Sphereio.(4)將Helix ring和.Sphere.!結(jié)合起來(lái)。在菜單欄中點(diǎn)擊.Edit>Select>By Name,在彈出的窗. 口.中利用.CtrL 鍵選擇.ring.，Helix.和.Sphere?.一在菜單欄中點(diǎn)擊.一 .3Dmode.le.r>Boolea.n_>Unite。.

9、點(diǎn)擊 OK.結(jié)束。形成的模型如下圖2所示。Dso圖2、螺旋線模型6、建立同-軸.線饋.線。(.1)在菜單欄中點(diǎn)擊.Draw>Cyl.id.er.，創(chuàng)建圓柱模型。在坐標(biāo)欄中.輸入圓柱中心點(diǎn)的坐標(biāo);X.:11.25,丫:0,Z:.-3按回車鍵結(jié)束輸入。在坐標(biāo)欄中輸入圓柱半徑： dX：4,d丫:.0.,dZ,：0 按回車鍵結(jié)束輸入。在坐標(biāo)輸入欄中輸入圓柱的長(zhǎng)度: dX： 0, dY:0，dZ： -7按回車鍵結(jié)束. 輸入。.在特性(.Property)窗口中選擇一.Attribute標(biāo)簽，將該圓柱的名字改為ringout.。一(2)在菜單欄中點(diǎn)占D_raw>Cyid.er.,創(chuàng)建圓柱模型。

10、在坐標(biāo)欄中輸入圓柱中心點(diǎn)的坐標(biāo):.X： 11.25 丫.: 0,Z :. -3按回車鍵結(jié)束輸入。在坐標(biāo)欄中輸入.圓柱半徑: dX : 3.95,dY : 0, dZ ： 0按回車鍵結(jié)束輸入。在坐標(biāo)輸入欄中輸入圓柱的長(zhǎng)度:dX:0,dY.: 0,d乙：.-7.按回車鍵結(jié).束輸入。在特性(.Property).窗口中選擇.一Attribu坦一標(biāo)簽，將該圓柱的名字改為.ringin。3)在菜單欄中點(diǎn)擊Edit>Se!ect>By Name,在彈出的窗口中利用Ctr.鍵選擇.ringout,ringin。 在 菜單欄.中一點(diǎn).擊.3Dmodeler>Boo!ean>Subtra

11、ct;在 Subtract 窗.口 .中 作如下.設(shè)置:一.Blank Parts：ringout,Tool. Parts:ringin,C!pne 一 too!, objects before subtract選框不選。一點(diǎn).擊 OK 結(jié)束設(shè)置。 一4)創(chuàng)建內(nèi)導(dǎo)體一.ring.ce.nter。在菜單欄中點(diǎn)擊Draw>Cy!ide，創(chuàng)建圓柱模型。在坐標(biāo)欄中輸入 圓柱中心點(diǎn)的坐標(biāo)：X.: 11.25Y:0, Z . -3按回車鍵結(jié)束輸入。在坐標(biāo)欄中.輸入圓柱半徑:. dX ：. 0.5, dY :. 0, dZ . 0按回車鍵結(jié)束輸入。在坐標(biāo)輸入欄中輸入圓柱的長(zhǎng)度: dX:0, dY.:

12、0, dZ:-7按回車鍵結(jié)束輸入。在特性.Property)窗中選擇Attribute.標(biāo)簽，將該圓柱的名. 字改為.ringcenter。5)在菜單欄中點(diǎn)擊Edit>Select>By . Name,在彈出的窗中利用.CtrL.鍵選擇Helix.和 ringcenter.在菜單欄中點(diǎn)擊一SDmodeleoB.oQleanMU.n.ite。點(diǎn)擊 OK 結(jié)束。7、建立接地板一(1)在菜單欄中點(diǎn)擊.DrawCircle.，創(chuàng)建圓模型。在坐標(biāo)輸入.欄.中輸入圓蟲(chóng)心坐標(biāo):X.: 1.1,25, Y : 0, Z: -3 .按回車鍵結(jié)束輸入。在坐輸入欄中輸入圓的半徑; dx :3乙5,dy:

13、0,dz;0.按回車鍵. 結(jié)束輸入。.在特性.property)窗口中選擇attribute .標(biāo)簽，將圓柱的名字修改為.g.roun.dplane.2 在菜單欄中點(diǎn)擊.DrawCircle，創(chuàng)建圓模型。在坐標(biāo).輸入欄中輸入圓中心坐標(biāo)一:.X : 11.25 Y:0 Z.:_3,按回車鍵結(jié).朿輸入。在坐輸入欄中輸入圓的半徑;.dX:1,dy:0,dz;0.按回車鍵結(jié)朿輸入。 3)一一在菜單欄中點(diǎn)擊一一editselectby, name在彈出 的窗一 口中利用.ctrl ,.鍵.選擇一一 g一rpunap_laneci一rc!e2 在.菜.單一欄.中點(diǎn)擊.3DmodelerBpQleansbs

14、tract,在 substract .窗.口中.一.隹如下設(shè)置.： blankpartsigroundplanetoolpartcircleclo ne_ tool, .objects , beforesubstrac復(fù)選框不選。點(diǎn).擊OK ,.結(jié) 束設(shè)置。8、創(chuàng)建輻射邊界(1)設(shè)置默認(rèn)材料。在工具欄中設(shè)置模型的默認(rèn)材料為真空(一vacuun).。(2) 創(chuàng)建Air在菜單欄中.點(diǎn)擊.Draw>Cylider，創(chuàng)建圓柱模型。在坐標(biāo)欄中輸入圓柱中心點(diǎn).的坐標(biāo)：X： 11.25,Y:0, Z:-10按回車鍵結(jié)束輸入.。在坐標(biāo)欄中輸入圓柱半徑一: dX:50, dY:.0,dZ:0按回車鍵結(jié)東輸

15、入。在坐標(biāo)輸入欄中輸入圓柱的長(zhǎng)度: dX:0,dY:0,_ dZ :. 150.按回車鍵結(jié)束輸入。在特性(Property).一窗口中選擇.Attribute標(biāo)簽，將該圓柱的名字改為 Air,按確定鍵結(jié)朿。.在.3D模型窗口中以合適大小顯示(可用Ctrl+D.-操作).。(3) 設(shè)置輻.射邊界。在菜單欄中點(diǎn)擊Ed.i.t>S.elect>B.y .Name,在彈出的窗口中選擇.Air 一,點(diǎn)擊OK按鈕。.在菜單欄中點(diǎn)擊HFSS>B.oundaries>Rad.iat.ion。.在輻射邊界窗一口中，一將輻射邊界命名. 為.Radi,點(diǎn)擊一OK結(jié)朿。9、創(chuàng)建波端口同軸線采用

16、波端口激勵(lì)首先要?jiǎng)?chuàng)建波端口面并將其設(shè)置為波端口。一(1).創(chuàng)建端口圓面模型.在菜單欄中點(diǎn)擊 Draw>.Circie。.在坐標(biāo)欄中輸入.圓心點(diǎn)的坐標(biāo): X : 11.25Y.:0., Z：-10.按回車鍵結(jié)束輸入。在坐標(biāo)欄中輸入圓半徑;.dX : 3.95,. dY ：0,dZ： 0 按回車鍵結(jié)朿輸入。.在特性.C.Property)窗口中選擇.Attribute.標(biāo)簽.，將該圓柱旳名字改為.一Pi。(2).設(shè)置波端口。在菜單欄中點(diǎn)擊Edit>Select>By . Name,在彈岀的窗中選擇.pi,在菜單. 欄中點(diǎn)擊 HFSS>Exciations>Assign

17、>Lumped _P.o.r。.在.Lumped .Port窗口中_ General標(biāo)簽中，將該 端口命.名為.一.wave。在.Modest .標(biāo)簽中設(shè)置積分線，.在.integration. Line.中點(diǎn)擊.None,選擇一 New Line ,在坐標(biāo)欄中輸入X : 15.2 ,.丫 0, Z. -.1Q按回車鍵結(jié)束輸入。在坐標(biāo)欄中輸入圓半徑; dX:-3.45,dY:0.,dZ.:0。點(diǎn)擊 Next直至結(jié)束。10、輻射場(chǎng)角度設(shè)置在菜單欄中點(diǎn)擊HF.SS.>Radiatio.n>.Insert.Fa Field . S.etup>.Infinite . Spher

18、e,在輻射遠(yuǎn)場(chǎng)對(duì)話窗中做. 一下設(shè)置;Name;.ff-2d;. Phi;. (StartQ 一.Stop:180,Step. Size.9Q);Theta:.(Start：_Q,_S.top:360,Step Size:10)。點(diǎn)擊OK .按鈕。11、求解設(shè)置一(1).設(shè)置求解頻率。.一在菜單欄中點(diǎn)擊.HFS.S>Analysis . Setup>Add . Solutipn . Setup。在求解設(shè)置. 窗.中做一下設(shè)置.Solution. 一Frequency. 4GHZ Maximum . Number .of. Passes 一 1.5; 一 Maximun .Delta

19、 S . per. Pass. Q02;點(diǎn)擊OK按鈕。(2)設(shè)置掃頻。在菜單欄中點(diǎn)擊.HFSS>Analysis. S.e.tup>Add.-Sweea.-選擇.Setu.p1,點(diǎn)擊.OK.按鈕。在掃頻窗口中做一下設(shè)置： Sweep Type Fast; Freque ncy Setup Type Lin ear Count; Start: 3ghz，stop：5g.h.z； Count:201。將一 Save. Field復(fù)選框選中.，點(diǎn)擊.一 OK按鈕確認(rèn)，這一步操. 作為了將掃頻中每一頻點(diǎn).的場(chǎng)都保存下來(lái)。12、確認(rèn)設(shè)計(jì)由主菜單選HFSS./Validation .Check

20、對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行確認(rèn)，如圖.3。Validation Check: hfss luoicuan -ian2f# HFSSDesign2Vafclalion Check compleled.苗 Design Setting?* 30 ModelS Boindaries arid EwcitabDnfi Operatioris營(yíng) Ari sly sis SetupOptiTietricsW Fhdi求ior»圖3確認(rèn)設(shè)計(jì)如圖.3所示均打勾即可，點(diǎn)Close.結(jié)束。13、保存工程在菜單欄中點(diǎn)擊FiIe>S.ave As,在彈出的窗口中將工程命名為hfs.&iuoxuan,并選擇保存

21、路徑。.14、求解該工程在菜單欄點(diǎn)擊HFSS>A.nalyze。可能會(huì)花幾個(gè)小時(shí)，耐心等待。15、后處理操作(1) S參數(shù)(反射系數(shù).)。繪制該問(wèn)題的反射系數(shù)曲線，該問(wèn)題為單端口問(wèn)題，因此反射系數(shù)是。點(diǎn)擊菜單欄HSF.F>Result>C.reat Report 在創(chuàng)建報(bào)告窗口中做以下選擇:Report. Type:.一Modal. S .Parameters Display .Type:.Rectangle點(diǎn)擊一QK 按鈕。在 Trace窗口中做以下設(shè)置.:SolutionSetu.p1:. Sweepl; Domain:Sweep點(diǎn)擊 Y 標(biāo)簽選擇.:Category：S

22、 paramete;Qu.anti.ty.:S.(.p.1,p1.).;Function: dB ,然后點(diǎn)擊.Add . Trace按鈕。點(diǎn)擊Done按鈕完成操作，繪制出反射系數(shù)曲線。(2) 2D輻射遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖。在菜單欄點(diǎn)擊一._ HSFF>R.esult>Cre.a.t Report。.在創(chuàng)建報(bào)告窗.口-中做以下選擇.Report .Type: Far Fields;Display- Type;.Radiation .Pattern。.點(diǎn)擊.QK 按鈕。在Trace窗口中.做以下設(shè)置.:-Solution.:Setupi;LastAdptiveGeometry.;.ff-2d。在

23、 Sweep標(biāo)簽中，在 Name 這一項(xiàng)點(diǎn)擊第一個(gè)變量 Phi,在下拉菜單中選擇 The。點(diǎn)擊 Mag 標(biāo)簽，選擇：Category： Gain； Quantity: Gain Total; Function：dB，然后點(diǎn)擊.Add .Trace按鈕。點(diǎn)擊Done按鈕完成操作，繪制出方向圖15、保存并推出HFSS六、仿真結(jié)果裝1.反射系數(shù)一一 S11 .曲線s11越小，反射波越小，也就是天線輻射出去的能量越多.2.2D.輻射遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖Jun 2012Ansoft Ccirpbation19:40sHRadiafiian Patte rn 1HlfSSDeaiginiZ10i03.Q-7.Q$4主瓣寬度.盡可能窄，以抑制干擾。旁瓣電頻盡可能低，如果干擾方向恰與旁瓣最大方向相同, 則接收噪聲功率就會(huì)較高，也就是干擾較大。3.3D增益方向圖cn(GsmTntai) 3 «03*IWi2. 3513rQQ9 E92-He-0ai2. 1321-031-卜 923-0311-1.20日9拿土囲©-1 amge+BZEi-2. B2E.5&1-000-3.站7號(hào)罰00-H-