微带天线课程设计汇本报告

1、TAIYUAN UNnERSIlY Of TECHNOLOGY课程设计报告课设名称：彳课设题目：微带天线仿真设计课设地点：跨越机房专业班级：学号：学生：指导教师：2012年6月23日一、设计要求：矩形贴片是微带贴片天线最根本的模型，本设计就是基于微带贴片天线根底 理论以及熟练掌握HFSS1G仿真软件根底上，设计一个右手圆极化矩形贴片天线, 其工作频率为2.45GHz分析其远区辐射场特性以及 S曲线。Mici ostiip p atcli矩形贴片天线示意图二、设计目的：1. 理解和掌握微带天线的设计原理2. 选定微带天线的参数：工作频率、介质基片厚度、贴片模型及馈电点位置3. 创立工程并根据设计

2、尺寸参数指标绘制微带天线 HFSS莫型4. 保存工程后设定边界条件、求解扫描频率，生成 S参数曲线和方向图5. 观察比照不同尺寸参数的微带天线的仿真结果，并分析它们对性能的影响三、实验原理：用传输线模分析法介绍它的辐射原理。设辐射元的长为L,宽为，介质基片的厚度为 h。现将辐射元、介质基片 和接地板视为一段长为L的微带传输线，在传输线的两端断开形成开路，根据微 带传输线的理论，由于基片厚度hvv入，场沿h方向均匀分布。在最简单的情况 下，场沿宽度3方向也没有变化，而仅在长度方向L"入/2）有变化。在开路两端的电场均可以分解为相对于接地板的垂直分量和水平分量， 两垂 直分量方向相反，水

3、平分量方向一样，因而在垂直于接地板的方向，两水平分量 电场所产生的远区场同向叠加，而两垂直分量所产生的场反相相消。 因此，两开 路端的水平分量可以等效为无限大平面上同相鼓励的两个缝隙， 缝的电场方向与 长边垂直，并沿长边3均匀分布。缝的宽度 L h，长度为3，两缝间距为L 入/2。这就是说，微带天线的辐射可以等效为有两个缝隙所组成的二元阵列。四、贴片天线仿真步骤：1、建立新的工程：运行HFSS点击菜单栏中的 Projectsnsert HFSS Dessign建立一个新的工程。2、设置求解类型：1在菜单栏中点击 HFSS>Solution Type2在弹出的Solution Type窗口

4、中a选择 Driven Modal。b点击OK按钮。3、设置模型单位将创立模型中的单位设置为毫米。1在菜单栏中点击3D Modeler>Units。2设置模型单位：a在设置单位窗口中选择：mm。b点击OK按钮。4、创立微带天线模型：1创立地板GroundPlaneo创立矩形模型，坐标：X： -45，Y： -45，Z： 0 按回车键。在坐标输入栏中输入长、宽：dX：90,dY:90,dZ：0。改名字为GroundPlane2为GroundPlane设置理想金属边界。在理想边界设置窗口中将理想边界 命名为PerfE_Ground,点击OK按钮。在3D模型窗口中将3D模型以适宜的大小 显示可以

5、用Ctrl+D来操作。3建立介质基片。在菜单栏中点击 Draw>Box或在工具栏中点击按钮，创 立长方体模型。起始点位置坐标：X: -22.5, Y： -22.5, Z： 0。输入各坐标时，可用Tab键来切换。输入长方体 X、Y、Z三个方向的尺寸：dX： 45，dY： 45，dZ：5。将名字改为Substrata将材料设置为Rogers R04003将颜色改为绿色.4建立贴片Patch。起始点的坐标：X： -16, Y： -16,乙5按回车键。在 坐标输入栏中输入长、宽：dX： 32, dY： 32, dZ： 0。5将理想金属边界命名为perfE_Patch=6创立切角。输入点的坐标：X

6、：0,Y：0,乙5;X：5,Y：0,Z： 5;X：0, Y： 5, Z： 5; X： 0, Y： 0, Z： 5。在对话窗口中选择 Cut。在菜单栏中点击 Edit>Arrange>Moveo在坐标输入栏中输入点的坐标： X： 0, Y： 0, Z： 0； dX： -16, dY： -16, dZ： 0。两个切角呈中心对称，可以通过旋转复制创立另一个切角。在 菜单栏中点击 Edit>Duplicate>Around Axis将轴设置为 Z轴，旋转角度为180 deg, Total为 2。7用Patch将切角减去。8创立探针Pin。在菜单栏中点击 Draw>Cyli

7、nder。在坐标输入栏中输入 圆柱中心点的坐标：X: 0, 丫： 8, Z: 0;按回车键，输入圆柱半径：dX: 0, dY: 0.5, dZ： 0;按回车键，输入圆柱的高度：dX： 0，dY： 0，dZ： 5。按回车键，将名字改为Pin，将材料设置为pec。9创立端口面 Port。在菜单键中点击 Draw>Circla在坐标输入栏中输入圆心点的坐标：X： 0, Y： 8，Z： 0按回车键。在坐标输入栏输入半径：dX： 0，dY： 1.5，dZ: 0。9创立端口面Porto在菜单键中点击Draw>CirclQ在坐标输入栏中输入 圆心点的坐标：X: 0, Y： 8, Z： 0按回车键

8、。在坐标输入栏输入半径：dX： 0， dY： 1.5, dZ: 0。在3D模型窗口中将3D模型以适宜的大小显示可以用 Ctrl+D 来操作。10用 GroundPlane 将 Port 减去。在 Substrate 窗口中设置：BlankParts:GroundPlane;Tool Parts:port点击 OK完毕设置。6. 创立辐射边界：创立Air,在菜单栏中点击Draw>Box创立长方体模型。在右下角的坐标输入 栏中输入长方体的起始点位置坐标：X: -80, Y: -80,乙-35;按回车键完毕输入。输入长方体的尺寸：dX: 160, dY: 160, dZ: 70按回车键。在特性

9、Property 窗口中选择 Attribute标签，将长方体的名字修改为Air。在菜单栏中点击Edit>Select>By Name。在对话框中选择 Air，点击 OK确认。在菜单栏中点击 HFSS>Bou ndaries>RadiatiQn在辐射边界窗口中，将辐射边界命名为Rad1，点击OK按钮。7. 设置端口鼓励：在菜单栏中点击 Edit>Select>By Name ,选中 Port ,在菜单栏中点击 HFSS>Excitation>Assign>Lumpeldort。在 LumpedPort窗口的 General标签中，将 该端口

10、命名为p1，点击Nexto在Modes标签中的Integration line zhong点击None, 选择 New Line,在坐标栏中输入：X:0,Y:9.5,乙 0; dX: 0,dY:-1 ,dZ:0。按回车键，点击Next按钮直至完毕。&求解设置：为该问题设置求解频率及扫频围a设置求解频率。在菜单栏中点击 HFSS>Analysis Setup>Add Solution Setup 在求解设置窗口中做以下设置：Solution Frequency : 2.45GHz； Maximun Number of Passes 15; Maximun Delta S pe

11、r Pass： 0.02。b设置扫频。在菜单栏中点击 HFSS>AnalysisSetup>Add Sweep。选择 Setup1，点击OK确认。在扫频窗口中做以下设置：Sweep Type Fast; Frequency Setup Type Lin ear Cou n; Start :2.0GHz Stop： 3.0GHz Cou nt: 400;将 Save Field复选框选中9. 设置无限大球面在菜单栏中点击 HFSS>Radiation>lnsert Far Field Setup>lnfinite Sphe。在 Infinite Sphere标签中做

12、以下设置：Phi： Start: 0 deg, Stop： 180deg, Step： 90 deg； Theta：Start: 0 deg, Stop： 360 deg, Step： 10 deg。10. 确认设计：方法一：由主菜单项选择HFSS/Validatio n Chee对寸设计进展确认方法二：在菜单栏直接点即可。11. 保存工程：在菜单栏中点击File>Save As,在弹出的窗口中将工程命名为 hfss_Pateh并选 择保存路径。12. 求解该工程：在菜单栏点击HFSS>Analyze13. 后处理操作：1S参数反射系数。绘制该问题的反射系数曲线，该问题为单端口问题

13、，因此反射系数是-。点击菜单栏 HFSS>Result>CreateReport。选择：Report Type: Modal S Parameters ; Display Type： Rectangla Trace窗口： Solution: Setup1:Sweep1; Domain： Sweep 点击 Y标签，选择： Category： S parameter； Quantity： Sp1, p1； Funetion： dB,然后点击Add Trace按钮。点击Done按钮完成操作，绘制 出反射系数曲线。22D辐射远场方向图。在菜单栏点击 HFSS>Result >C

14、reate Report选择：Report Type： Far Fields； Display Type Radiati on Pattern r Trace 窗口： Soluti on: Setup1： LastAdptive； Geometry： ff_2d。在Sweep标签中，在Name这一列中点击第一个变量 Phi,在 下拉菜单中选择 The。点击 Mag 标签，选择：Category : Gain； Quantity: GainTotal; Function： dB,点击Add Trace按钮。最后点击 Done,绘制出方向图。14. 保存并退出HFSS:五、技术指标:圆形贴片天线，

15、即贴片Patch为圆形，其他条件不变，即设计中创立天线模型设计中，第 、（2）、（3）、（4）、（5）、（6）不变,（8）、（9）、（10）做一下改变。 建立贴片Patch。在菜单栏中点击 Draw>Cylinder。在坐标栏中输入圆心坐标：X： 0, Y： 0，Z： 5按回车键。在坐标输入栏中输入半径：dX： 16，dY： 0，dZ： 0。在特性窗口中将名字改为Patch。点击Cool后面的Edit按钮，将颜色设置为黄色， 点击OK确认。为Patch设置理想金属边界。在菜单栏中点击 HFSS>Boundaries>Assign>Pefect 将理想边界命名为 Perf

16、E_Patch 点击 OK确认, 这样圆形贴片就建成了。六、实验结果及其截图：1.原实验结果（1）建模完成:2.确认设计，通过 Validation CheckValrdation Check: Proj ect1 HFSSDesignl矽 HF5SDe?ifln1母 3D Modal町 Bourtdaiies and Ewdtalions2 Mesh OpeiatiansValidatnn Check ccmpl&tad.“ Analysis Setup$ Opdmetiics母 R MotionAbort3.原矩形贴片的S参数曲线:鬥Jun科llli.011mocAnsrtff C

17、：rwXV PW 2 HbhSDDsigrfellcO（S（鼻 5）c«51 ； Swpl4.原矩形贴片的2D远场方向图:Ridfariinn Pritte-rn 3HlbtiSUosiqnill:JR阴伽閃由】 匚tn匕吐与调门:_aai4d3ipiiy<cBt&snMfiC ck：|lii-SCdogifi(QainTalflO4NPhi-tAOffrfil5 白 qz1 : -astSlchfjihig2.修改圆的半径，改为R=18.5时效果最好 (1)建模完成:2.确认设计，通过 Validation CheckTalidalion Check: Proj ect1 HFSSDesignl3.圆形贴片的S参数曲线:因 Jun 1930Ansufl Curpun tiunXV Plot 4dB:-.r'll.OOdUJU2.2tZc£" 2.6bHgQ DlShEli.etamt¥:玄酣百Hz 14.434.圆形贴片的2D远场方向图:M Jinn MliHAnflflft CfMrprirAlinfliRac&riinn F