實驗七 微帶貼片天線的設計與仿真

1、實驗七微帶貼片天線的設計與仿真一、實驗目的1.設計一個微帶貼片天線2.查看并分析該微帶貼片天線的二、實驗設備裝有1.軟件的筆記本電腦一臺三、實驗原理傳輸線模分析法求微帶貼片天線的輻射原理如下圖所示：lieiRsnippfltrhfniutriULn設輻射元的長為，寬為，介質(zhì)基片的厚度為。現(xiàn)將輻射元、介質(zhì)基片和接地板視為一段長為的微帶傳輸線，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，場沿方向均勻分布。在最簡單的情況下，場沿寬度方向也沒有變化，而僅在長度方向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

2、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，長度為，兩縫間距為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。四、實驗內(nèi)容利用HFSS軟件設計一個右手圓極化天線，此天線通過微帶結構實現(xiàn)。中心頻率為2.，選用介質(zhì)基片，其介電常數(shù)為2.，厚度為。最后得到反射系數(shù)和三維方向圖的仿真結果。五、實驗步驟.建立新工程了方便建立模型，在中講復選框選中。.將求解類型設置為激勵求解類型：（1）在菜單欄中點擊。()在彈出的窗口中TOC o

3、 1-5 h z選擇。點擊按鈕。設置模型單位()在菜單欄中點擊。()在設置單位窗口中選擇：。創(chuàng)建微帶天線模型()創(chuàng)建。創(chuàng)建矩形模型，起始點的坐標：;長、寬：，：，:()為設置理想金屬邊界，將理想邊界命名為。()建立介質(zhì)基片。創(chuàng)建長方體模型，長方體的起始點位置坐標：-，:-，:;長方體、三個方向的尺寸：，：，：；將材料設置為，將顏色設置為綠色。()建立。在介質(zhì)基片上創(chuàng)建貼片天線。創(chuàng)建矩形，起始點的坐標：長、寬：，：，：，將顏色設置為黃色。()為設置理想金屬邊界，將理想邊界命名為。()創(chuàng)建切角。創(chuàng)建供貼片天線相減的切角時，首先在坐標原點處創(chuàng)建三角形，然后將其移動到方形貼片的頂點處。在坐標輸入欄中輸

4、入點的坐標：，：，：在坐標輸入欄中輸入點的坐標：，：，：在坐標輸入欄中輸入點的坐標：，：，：在坐標輸入欄中輸入點的坐標：，：，：在對話窗口中選擇，在菜單欄中點擊。在坐標輸入欄中輸入點的坐標：，：，：按在坐標輸入欄中輸入坐標：:,:兩個切角呈中心對稱，可以通過旋轉復制創(chuàng)建另一個切角。在菜單欄中點擊O將軸設置為軸，旋轉角度為，為()用將切角減去，在窗口中做以下設置：,-()創(chuàng)建探針，并將材料設置為。圓柱中心點的坐標：，：，：；圓柱半徑：，：，：；圓柱的高度：，：，：()創(chuàng)建端口面。圓心點的坐標：，：，：；半徑：，：，：()用將減去。利用鍵選擇和；在窗口中做以下設置：()創(chuàng)建創(chuàng)建長方體模型，長方體的

5、起始點位置坐標:：-5；長方體、三個方向的尺寸:;在輻射邊界窗口中,將輻射邊界命名為5.保存工程創(chuàng)建長方體模型，長方體的起始點位置坐標:：-5；長方體、三個方向的尺寸:;在輻射邊界窗口中,將輻射邊界命名為5.保存工程在菜單欄中點擊保存。.設置端口激勵將該端口命名為在坐標欄中輸入：.設置優(yōu)化變量,在彈出的窗口中將該工程的命名為標簽中的5,：.中點擊，并選擇路徑()添加工程變量。在菜單欄中點擊在標簽中選擇點擊添加工程變量繼續(xù)添加如下的工程變量：()設置優(yōu)化變量。,將如下參數(shù)改變在操作歷史樹中展開,將如下參數(shù)改變展開，雙擊,將原尺寸改為:展開，雙擊,在彈出的對話窗口中將圓心改為:展開,在對話窗口中將

6、原尺寸改為:展開，雙擊展開，雙擊:,:展開，進而展開改：:,在彈出的對話窗口中將原尺寸改為：中的，雙擊第一個，對對話框做以下修,雙擊第二個，在彈出的對話框中做以下修改:TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 1：,0,0,雙擊，在彈出的對話框中做以下修改：-,-,0.求解設置(1)設置求解頻率。在求解設置窗口中做以下設置：10.0()設置掃頻。在掃頻設置窗口中做以下設置：.0.0101將復選框選中.設置無限大球面在標簽中做以下設置:0,00,0,0,0,.求解該工程點擊.天線尺寸優(yōu)化(1)優(yōu)化軸比。選中待優(yōu)化變量和和，添加輸出變量，點擊,然后做如下設置:點擊10

7、O在標簽中點擊按鈕,擇，在中選擇，設置在菜單欄中點擊=0.1011,六、實驗結果仿真圖如下：10O將優(yōu)化變量的范圍分別設置為,下拉菜單，選擇，在中選擇,并在表達式前冠以“10”，最后的表達式為添加優(yōu)化目標。在中點擊下拉菜單，選為o，0o，進行優(yōu)化設計，最后得到圓極化天線的尺寸.11o2-flt由上圖可知，回波損耗在左右，工作頻帶在駐波比信息曲線如下rhu.EEa增益方向圖：I7；+2乳6同血5.3BSlEtQB3S90L1+S001.2371E+GG0-S.SS3St-aQl-2.阿崩山加-4.5M-9*3GBm髀加-9.0a9e+QG0-1,114-7e+Q1I-1.521ie4fl0i-1

8、.5275601-1.73到向31T,93號1I-2.1467e+G0tI-2,3531e+001,5595匕郎1由上圖可知該貼片天線輻射的最大方向為平面法向方向即正方向，增益達到而且可以得到該方向的寬方向圖。七、問題思考及小結當頻率低于工作頻點時，優(yōu)化天線的措施有：改變探針位置、探針半徑、貼片尺寸等，均可以使其工作在頻點。對于矩形貼片可知：當探針在坐標軸上時，天線性能不是很理想；當在對角線上時，天線的性能較理想，工作頻帶較在坐標軸的位置要窄，而且探針在對角線上靠近中心的位置上，天線的性能更好。當改變探針半徑時，半徑減小，工作頻率變大。通過調(diào)整可以使貼片工作在頻點。通過本次實驗，我進一步熟悉了如何利用設計微帶天線，并通過所形成的遠區(qū)輻射場圖和曲線分析矩形微帶天線的特性。最開始在實驗時由于粗心設置模擬單位時沒有設置成，導致結果出不來，重新設置之后，