微带天线仿真设计(圆形侧馈).doc

太原理工大学 微波技术与天线课程设计设计题目：微带天线仿真设计学生姓名 学 号 专业班级 指导教师 太原理工大学现代科技学院专业班级学生姓名课程名称微波技术与天线课程设计设计名称微波器件或天线设计设计周数1.5周指导教师设计任务主要设计参数1熟悉HFSS仿真平台的使用 2熟悉微带天线的工作原理与设计方法3 在HFSS平台上完成如下仿真设计题目一：三角形微带天线设计（同轴馈），900MHz，1800MHz /2.4GHz， 4GHz /2.4GHz，5.8GHz学号为1、6完成此题题目二：三角形微带天线设计（侧馈），900MHz，1800MHz /2.4GHz， 4GHz /2.4GHz，5.8GHz学号为2、7完成此题题目三：圆形微带天线设计（同轴馈），900MHz，1800MHz /2.6GHz， 4GHz /2.4GHz，5.8GHz学号为3、8完成此题题目四：圆形微带天线设计（侧馈），900MHz，1800MHz /2.6GHz， 4GHz /2.4GHz，5.8GHz学号为4、9完成此题题目五：半波偶极子天线设计，900MHz，1800MHz /2.6GHz， 4GHz /2.4GHz，5.8GHz学号为5、0完成此题4 结合同组其他同学的设计结果完成对于结构参数与性能之间关系的探讨5 在1.5周内完成设计任务设计内容设计要求1、 6. 5：分组、任务分配、任务理解2、 6. 6：查阅参考资料，理论上熟悉所设计的器件的工作原理与特性，完成方案的设计3、 6. 76.9：熟悉仿真平台的使用，完成在平台上的建模，设置，结果提取与分析，以及验收。4、 6. 12：同组同学结果汇总及讨论5、 6.136.14：设计说明书的撰写在设计过程中，作为设计小组成员，每位同学要具有团队意识和合作精神，并最终独立完成自己的设计任务。主要参考资 料刘学观，微波技术与天线，西安电子科技大学电出版社，2008李明洋，HFSS应用设计详解，人民邮电出版社，2010学生提交归档文件1、相关知识及基本原理2、参数归纳：材质、尺寸3、软件仿真过程及结果分析4、设计总结课程设计任务书注：课程设计完成后，学生提交的归档文件应按，封面任务书说明书图纸的顺序进行装订上交（大张图纸不必装订）指导教师签名： 日期： 装订线专业班级 学号 姓名 成绩 1、 设计题目微带天线仿真设计（圆形侧馈）2、 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.创建工程并根据设计尺寸参数指标绘制微带天线HFSS模型。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.观察对比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、设计原理矩形贴片是微带贴片天线最基本的模型，本设计就是基于微带贴片天线基础理论以及熟练掌握HFSS10仿真软件基础上，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。 矩形贴片天线示意图四、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ProjectInsert 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HFSSSolution Type。（2）在弹出的Solution Type窗口中（a）选择Driven Modal。（b）点击OK按钮。3. 设置模型单位将创建模型中的单位设置为毫米。（1）在菜单栏中点击3D ModelerUnits。 装订线（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、创建微带天线模型（1）创建地板GroundPlane。在菜单栏中点击DrawRectangle,创建矩形模型。在坐标输入栏中输入起始点的坐标：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按回车键。在特性（Property）窗口中选择Attribute标签，将该名字修改为GroundPlane。（2）为GroundPlane设置理想金属边界。在菜单栏中点击EditSelectBy Name。在对话框中选择GroundPlane，点击OK确认。在菜单栏中点击HFSSBoundariesAssignPerfect E。在理想边界设置窗口中，将理想边界命名为PerfE_Ground，点击OK确认。在3D模型窗口中将3D模型以合适的大小显示（可以用Ctrl+D来操作）。（3）建立介质基片。在菜单栏中点击DrawBox或者在工具栏中点击按钮，创建长方体模型。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: -22.5，Y：-22.5，Z：0。按回车键结束输入。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按回车键结束输入。在特性（Property）窗口中选择Attribute标签，将该名字修改为Substrate。点击Material选项后面的按钮，将材料设置为Rogers R04003。点击Color后面的Edit按钮，将颜色设置为绿色，点击OK确认。（4）建立贴片Patch。在介质基片上创建贴片天线。在菜单栏中点击DrawRectangle,创建矩形模型。在坐标输入栏中输入起始点的坐标：X：-16，Y：-16，Z：5按回车键。在坐标输入栏中输入长、宽：dX：32，dY：32，dZ：0按回车键。在特性（Property）窗口中选择Attribute标签，将该名字修改为Patch。点击Corlor后面的Edit按钮，将颜色设置为黄色，点击OK确认。（5）为Patch设置理想金属边界。在菜单栏中点击EditSelectBy Name。在对话框中选择Patch，点击OK确认。在菜单栏中点击HFSSBoundariesAssignPerfect E。在理想边界设置窗口中，将理想边界命名为PerfE_Patch，点击OK确认。（6）创建切角。创建供贴片天线相减的切角时，首先在坐标原点处创建三角形，然后将其移动到方形贴片的顶点处。在菜单栏中点击DrawLine。在坐标输入栏中输入点的坐标：X：0，Y：0，Z：5按回车键。在坐标输入栏输入点的坐标：X：-16，Y：0，Z：5按回车键。在坐标输入栏中输入点的坐标：X：0，Y：32，Z：5按回车键。在坐标输入栏中输入点的坐标：X：0，Y：0，Z：5按回车键。在特性（Porperty）窗口中选择Attribute标签，将名字修改为Cut。在菜单栏点击EditSelectBy Name。在对话窗口中选择Cut ,点击OK按钮。在菜单栏中点击EditArrangeMove。在坐标输入栏中输入点的坐标：X：0，Y：0，Z：0。按回车键。在坐标输入栏输入坐标：dX：16，dY：-16，dZ：0。按回车键。可以通过旋转复制创建另一个切角。在菜单栏中点击EditDuplicateAround Axis。将轴设置为Y轴，旋转角度为180 deg，点击确认键。将切角的名字改为Cut_1。在菜单栏点击EditSelectBy Name。在对话窗口中选择Cut_1 ,点击OK按钮。在菜单栏中点击EditArrangeMove。在坐标输入栏中输入点的坐标：X：0，Y：0，Z：0; dX=0, dY=0, dZ=5; 按回车键。（7）用Patch将切角减去。在菜单栏中点击EditSelectBy Name,在弹出的窗口中利用Ctrl键选择Patch、Cut和Cut_1。在菜单栏中点击3D Modelean BooleanSubtract,在Subtract窗口中做一下设置：Blank Parts：Patch；Tool Parts：Cut，Cut_1；Clone tool object before subtract 复选框不选。点击OK按 装订线钮结束设置。这样三角形贴片就建成了。（8）创建探针Pin。在菜单栏中点击DrawCylinder。在坐标输入栏中输入圆柱中心点的坐标：X：0，Y：8，Z：0按回车键。在坐标输入栏中输入圆柱半径：dX：0, dY：0.5，dZ：0按回车键。在坐标栏中输入圆柱的高度：dX：0，dY：0，dZ：5；按回车键结束输入。在特性（Porperty）窗口中选择Attributr标签，将该圆柱的名字修改为Pin。点击Material后面的按钮，将材料设置为pec。利用快捷键Ctrl+D将模型调整至合适大小。（9）创建端口面Port。在菜单键中点击DrawCircle。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按回车键。在特性（Property）窗口中选择Attribute标签，将名字修改为Port。（10）用GroundPlane 将Port减去。在菜单栏中点击EidtSelectBy Name,在弹出的窗口中利用Ctrl键选择GroundPlane和Port。在菜单栏中点击3D ModelerBoolean Subtract ,在Subtract窗口中做以下设置：Blank Parts：GroundPlane；Tool Parts：Port；选中Clone tool objects before subtract 复选框。点击OK按钮结束设置。5、创建辐射边界创建Air，在菜单栏中点击DrawBox,创建长方体模型。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，Z：-35；按回车键结束输入。输入长方体的尺寸：dX：160，dY：160，dZ：70按回车键。在特性（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EditSelectBy Name 。在对话框中选择Air，点击OK确认。在菜单栏中点击HFSSBoundariesRadiation。在辐射边界窗口中，将辐射边界命名为Rad1，点击OK按钮。6、设置端口激励在菜单栏中点击EditSelectBy Name，选中Port，在菜单栏中点击HFSSExcitationAssignLumped Port。在LumpedPort窗口的General标签中，将该端口命名为p1，点击Next。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，Z：0；dX：0，dY：-1，dZ：0。按回车键，点击Next按钮直至结束。7、求解设置为该问题设置求解频率及扫频范围（a）设置求解频率。在菜单栏中点击HFSSAnalysis SetupAdd 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 per Pass ：0.02。点击OK结束。（b）设置扫频。在菜单栏中点击HFSSAnalysis SetupAdd 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：Linear Count；Start :2.0GHz；Stop：3.0GHz；Count：400；将Save Field复选框选中，点击OK确认。8、设置无限大球面在菜单栏中点击HFSSRadiationInsert Far Field SetupInfinite Sphere。在Infinite Sphere标签中做以下设置：Phi：Start：0 deg，Stop：180deg，Step：90 deg；Theta：Start：0 deg，Stop：360 deg，Step：10 deg。点击OK确认。 装订线9、确认设计方法一：由主菜单选HFSS/Validation Check对设计进行确认，如图2.4。方法二：在菜单栏直接点即可。图5 确认设计如图5所示均打勾即可，点Close结束。10.、保存工程在菜单栏中点击FileSave As,在弹出的窗口中将工程命名为hfss_Patch,并选择保存路径。11、求解该工程在菜单栏点击HFSSAnalyze。12、后处理操作（1）S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，因此反射系数是。 点击菜单栏HFSSResultCreate Report。在创建报告窗口中做以下选择：Report Type：Modal S Parameters ；Display Type：Rectangle 点击OK按钮。在Trace窗口中做以下设置：Solution：Setup1:Sweep1； Domain：Sweep 点击Y标签，选择：Category：S parameter；Quantity：S（p1，p1）；Function：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