微帶天線仿真設(shè)計(jì)說明

./設(shè)計(jì)一、微帶天線仿真設(shè)計(jì)三角形貼片是微帶貼片天線最基本的模型,本設(shè)計(jì)就是基于微帶貼片天線基礎(chǔ)理論以及熟練掌握HFSS10仿真軟件基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)一個(gè)三角形貼片天線,其工作頻率為2.45GHz,分析其遠(yuǎn)區(qū)輻射場特性以及S曲線。一．設(shè)計(jì)目的與要求1.理解和掌握微帶天線的設(shè)計(jì)原理2.選定微帶天線的參數(shù)：工作頻率、介質(zhì)基片厚度、貼片模型及饋電點(diǎn)位置3.創(chuàng)建工程并根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸參數(shù)指標(biāo)繪制微帶天線HFSS模型4.保存工程后設(shè)定邊界條件、求解掃描頻率,生成S參數(shù)曲線和方向圖5.觀察對比不同尺寸參數(shù)的微帶天線的仿真結(jié)果,并分析它們對性能的影響二．實(shí)驗(yàn)原理如下圖所示,用傳輸線模分析法介紹它的輻射原理。。設(shè)輻射元的長為L,寬為ω,介質(zhì)基片的厚度為h?，F(xiàn)將輻射元、介質(zhì)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<<λ,場沿h方向均勻分布。在最簡單的情況下,場沿寬度ω方向也沒有變化,而僅在長度方向〔L≈λ/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(yuǎn)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(lì)的兩個(gè)縫隙,縫的電場方向與長邊垂直,并沿長邊ω均勻分布?？p的寬度△L≈h,長度為ω,兩縫間距為L≈λ/2。這就是說,微帶天線的輻射可以等效為有兩個(gè)縫隙所組成的二元陣列。矩形貼片天線示意圖三．貼片天線仿真步驟1、建立新的工程運(yùn)行HFSS,點(diǎn)擊菜單欄中的Project>InsertHFSSDessign,建立一個(gè)新的工程。2、設(shè)置求解類型〔1在菜單欄中點(diǎn)擊HFSS>SolutionType。〔2在彈出的SolutionType窗口中〔a選擇DrivenModal?！瞓點(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?！?在菜單欄中點(diǎn)擊3DModeler>Units?！?設(shè)置模型單位：〔a在設(shè)置單位窗口中選擇：mm?！瞓點(diǎn)擊OK按鈕。4、創(chuàng)建微帶天線模型〔1創(chuàng)建地板GroundPlane。坐標(biāo)：X：-45,Y：-45,Z：0按回車鍵。在坐標(biāo)輸入欄中輸入長、寬：dX：90,dY：90,dZ：0。〔2為GroundPlane設(shè)置理想金屬邊界。在3D模型窗口中將3D模型以合適的大小顯示〔可以用Ctrl+D來操作?！?建立介質(zhì)基片。在菜單欄中點(diǎn)擊Draw>Box或者在工具欄中點(diǎn)擊按鈕,創(chuàng)建長方體模型。起始點(diǎn)位置坐標(biāo)：X:-22.5,Y：-22.5,Z：0。輸入各坐標(biāo)時(shí),可用Tab鍵來切換。輸入長方體X、Y、Z三個(gè)方向的尺寸：dX：45,dY：45,dZ：5。將材料設(shè)置為RogersR04003。〔4建立貼片Patch。起始點(diǎn)的坐標(biāo)：X：-16,Y：-16,Z：5按回車鍵。在坐標(biāo)輸入欄中輸入長、寬：dX：32,dY：32,dZ：0?！?為Patch設(shè)置理想金屬邊界?！?創(chuàng)建切角。輸入點(diǎn)的坐標(biāo)：X：0,Y：0,Z：5；X：5,Y：0,Z：5；X：0,Y：5,Z：5；X：0,Y：0,Z：5。在對話窗口中選擇Cut。在菜單欄中點(diǎn)擊Edit>Arrange>Move。在坐標(biāo)輸入欄中輸入點(diǎn)的坐標(biāo)：X：0,Y：0,Z：0；dX：-16,dY：-16,dZ：0。兩個(gè)切角呈中心對稱,可以通過旋轉(zhuǎn)復(fù)制創(chuàng)建另一個(gè)切角。在菜單欄中點(diǎn)擊Edit>Duplicate>AroundAxis。將軸設(shè)置為Z軸,旋轉(zhuǎn)角度為180deg,Total為2?！?用Patch將切角減去。〔8創(chuàng)建探針Pin。在菜單欄中點(diǎn)擊Draw>Cylinder。在坐標(biāo)輸入欄中輸入圓柱中心點(diǎn)的坐標(biāo)：X：0,Y：8,Z：0；輸入圓柱半徑：dX：0,dY：0.5,dZ：0；輸入圓柱的高度：dX：0,dY：0,dZ：5。將材料設(shè)置為pec。〔9創(chuàng)建端口面Port。在菜單鍵中點(diǎn)擊Draw>Circle。在坐標(biāo)輸入欄中輸入圓心點(diǎn)的坐標(biāo)：X：0,Y：8,Z：0按回車鍵。在坐標(biāo)輸入欄輸入半徑：dX：0,dY：1.5,dZ：0〔10用GroundPlane將Port減去。6.創(chuàng)建輻射邊界創(chuàng)建Air,在菜單欄中點(diǎn)擊Draw>Box,創(chuàng)建長方體模型。在右下角的坐標(biāo)輸入欄中輸入長方體的起始點(diǎn)位置坐標(biāo)：X：-80,Y：-80,Z：-35；按回車鍵結(jié)束輸入。輸入長方體的尺寸：dX：160,dY：160,dZ：70按回車鍵。在特性〔Property窗口中選擇Attribute標(biāo)簽,將長方體的名字修改為Air。在菜單欄中點(diǎn)擊Edit>Select>ByName。在對話框中選擇Air,點(diǎn)擊OK確認(rèn)。在菜單欄中點(diǎn)擊HFSS>Boundaries>Radiation。在輻射邊界窗口中,將輻射邊界命名為Rad1,點(diǎn)擊OK按鈕。7．設(shè)置端口激勵(lì)在菜單欄中點(diǎn)擊Edit>Select>ByName,選中Port,在菜單欄中點(diǎn)擊HFSS>Excitation>Assign>LumpedPort。在LumpedPort窗口的General標(biāo)簽中,將該端口命名為p1,點(diǎn)擊Next。在Modes標(biāo)簽中的Integrationlinezhong點(diǎn)擊None,選擇NewLine,在坐標(biāo)欄中輸入：X：0,Y：9.5,Z：0；dX：0,dY：-1,dZ：0。按回車鍵,點(diǎn)擊Next按鈕直至結(jié)束。8．求解設(shè)置為該問題設(shè)置求解頻率及掃頻圍〔a設(shè)置求解頻率。在菜單欄中點(diǎn)擊HFSS>AnalysisSetup>AddSolutionSetup。在求解設(shè)置窗口中做以下設(shè)置：SolutionFrequency：2.45GHz；MaximunNumberofPasses：15；MaximunDeltaSperPass：0.02?！瞓設(shè)置掃頻。在菜單欄中點(diǎn)擊HFSS>AnalysisSetup>AddSweep。選擇Setup1,點(diǎn)擊OK確認(rèn)。在掃頻窗口中做以下設(shè)置：SweepType：Fast；FrequencySetupType：LinearCount；Start:2.0GHz；Stop：3.0GHz；Count：400；將SaveField復(fù)選框選中。9.設(shè)置無限大球面在菜單欄中點(diǎn)擊HFSS>Radiation>InsertFarFieldSetup>InfiniteSphere。在InfiniteSphere標(biāo)簽中做以下設(shè)置：Phi：Start：0deg,Stop：180deg,Step：90deg；Theta：Start：0deg,Stop：360deg,Step：10deg。10.確認(rèn)設(shè)計(jì)方法一：由主菜單選HFSS/ValidationCheck對設(shè)計(jì)進(jìn)行確認(rèn)。方法二：在菜單欄直接點(diǎn)即可。11.保存工程在菜單欄中點(diǎn)擊File>SaveAs,在彈出的窗口中將工程命名為hfss_Patch,并選擇保存路徑。12.求解該工程在菜單欄點(diǎn)擊HFSS>Analyze。13．后處理操作〔1S參數(shù)〔反射系數(shù)。繪制該問題的反射系數(shù)曲線,該問題為單端口問題,因此反射系數(shù)是。點(diǎn)擊菜單欄HFSS>Result>CreateReport。選擇：ReportType：ModalSParameters；DisplayType：Rectangle。Trace窗口：Solution：Setup1:Sweep1；Domain：Sweep點(diǎn)擊Y標(biāo)簽,選擇：Category：Sparameter；Quantity：S〔p1,p1；Function：dB,然后點(diǎn)擊AddTrace按鈕。點(diǎn)擊Done按鈕完成操作,繪制出反射系數(shù)曲線?！?2D輻射遠(yuǎn)場方向圖。在菜單欄點(diǎn)擊HFSS>Result>CreateReport。選擇：ReportType：FarFields；DisplayType：RadiationPattern。Trace窗口：Solution：Setup1：LastAdptive；Geometry：ff_2d。在Sweep標(biāo)簽中,在Name這一列中點(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：GainTotal；Function：dB,點(diǎn)擊AddTrace按鈕。最后點(diǎn)擊Done,繪制出方向圖。14.保存并退出HFSS四．自主設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)：三角形貼片天線,即貼片〔Patch為三角形,其它所有條件都不變,即設(shè)計(jì)中創(chuàng)建天線模型設(shè)計(jì)中,第<1>、<2>、<3>、<8>、<9>、<10>不變,<4>、<5>、<6>做一下改變。建立貼片Patch,在介質(zhì)基片上創(chuàng)建貼片天線。在菜單欄中點(diǎn)擊Draw>Rectangle,創(chuàng)建矩形模型。輸入：X：-16,Y：-16,Z:5；dX：32,dY：32,dZ：0。在特性〔Property窗口中選擇Attribute標(biāo)簽,將該名字修改為Patch。點(diǎn)擊Corlor后面的Edit按鈕,將顏色設(shè)置為黃色,點(diǎn)擊OK確認(rèn)。為Patch設(shè)置理想金屬邊界。在菜單欄中點(diǎn)擊Edit>Select>ByName。在對話框中選擇Patch,點(diǎn)擊OK確認(rèn)。在菜單欄中點(diǎn)擊HFSS>Boundaries>Assign>PerfectE。在理想邊界設(shè)置窗口中,將理想邊界命名為PerfE_Patch。創(chuàng)建切角。創(chuàng)建供貼片天線相減的切角時(shí),首先在坐標(biāo)原點(diǎn)處創(chuàng)建三角形,然后將其移動到方形貼片的頂點(diǎn)處。在菜單欄中點(diǎn)擊Draw>Line。輸入點(diǎn)的坐標(biāo)：X：0,Y：0,Z：5；X：-16,Y：0,Z：5；X：0,Y：32,Z：5；X：0,Y：0,Z：5。Edit>Select>ByName,選擇Cut。在菜單欄中點(diǎn)擊Edit>Arrange>Move。輸入點(diǎn)的坐標(biāo)：X：0,Y：0,Z：0；dX：16,dY：-16,dZ：0?？梢酝ㄟ^旋轉(zhuǎn)復(fù)制創(chuàng)建另一個(gè)切角。在菜單欄中點(diǎn)擊Edit>Duplicate>AroundAxis。將軸設(shè)置為Y軸,旋轉(zhuǎn)角度為180deg。將切角的名字改為Cut_1。選擇Cut_1。在菜單欄中點(diǎn)擊Edit>Arrange>Move。在坐標(biāo)輸入欄中輸入點(diǎn)的坐標(biāo)：X：0,Y：0,Z：0;dX=0,dY=0,dZ=10。用Patch將切角減去。在菜單欄中點(diǎn)擊Edit>Select>ByName,在彈出的窗口中利用Ctrl鍵選擇Patch、Cut和Cut_1。在菜單欄中點(diǎn)擊3DModelean>Boolean>Subtract,Subtract窗口：BlankParts：Patch；ToolParts：Cut,Cut_1；Clonetoolobjectbeforesubtract復(fù)選框不選。這樣三角形貼片就建成了。或者刪掉矩形貼片,重新創(chuàng)建一個(gè)三角型貼片。最后定下的三角形尺寸為：X：-20,Y：-11.2375,Z：5；X：-20,Y：11.2375,Z：5；X：0,Y：22.5,Z：5。饋電探針位置：X：0,Y：4,Z：0。五．實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其截圖1.建模完成：2.模型細(xì)節(jié)：三角貼片3.確認(rèn)設(shè)計(jì),通過ValidationCheck：4．原三角形貼片的S參數(shù)曲線：5.原矩形貼片的2D遠(yuǎn)場方向圖：6.不斷修改三角貼片形狀與饋電位置以使工作頻率接