天线原理设计说明书-3cm高频头天线.doc

天线原理设计说明书3cm高频头天线生姓名： 李欣彦 学号：1105094211学 院： 信息与通信工程学院 专 业： 信息对抗技术 指导教师： 姚金杰 2015年 6 月目 录1. 总体要求1 2 理论模型及参数分析 2.1 天线模型 2.2 天线参数 2.3 设计关键3 基于HFSS的3cm天线仿真3.1 HFSS介绍3.2 HFSS仿真过程3.3 结果分析4 天线的实物制作4.1 工艺要求4.2 实物设计过程4.3 实物制作5 总结5.1 工作总结5.2 存在问题5.3 设计心得 参考文献 致谢 1 绪论1.1研究背景、目的和意义1.1.1研究背景 测速雷达（性能、意义）测速雷达的重要部件是天线：重要性天线设计方法存在的问题微波通信自上世纪五十年代取得实际应用以来，以其稳定的通讯质量、大容量的承载能力、便于建设及维护等特点，在全世界范围内得到了广泛的应用。并且随着通信技术的飞速发展，微波技术的应用范围也越来越广泛。我们日常接触的电话、电视、电报等信号都可以采用微波进行传输。微波通信具有可用频带宽、通信容量大、传输损伤小、抗干扰能力强等优点，值得我们对其进行深入研究。微波天线是微波通信的核心组成部分，其任务是将发射机输出的高频电流能量（导波）转换成电磁波辐射出去，或将空间电波信号转换成高频电流能量送给接收机，可以说微波天线的研究与学习是研究微波通信的重要前提。近年来，无线电通信产业在国内蓬勃发展，诸如手机、WLAN无线网卡、射频识别信号（RFID)、蓝牙和全球定位系统（GPS）等产品都需要使用天线来发射和接收无线电信号，可以说天线为无线通信系统中最为重要的元件之一。为减轻不断增长的系统需求以及提升系统的整体性能，天线的分析与综合设计在整个通信系统分析与设计中已经从次要的任务演变为关键论题。随着国防科技力量的不断进步、国家经济水平的提高，微波天线在军事、经济、科学、日常生活中的作用也逐渐重要起来，而工作频率为9.6GHz的3cm微波天线在微波测速中也起着不可忽视的作用。1.1.2 研究目的针对现有微波天线结构复杂、不易于圆极化、无法可以获得更高的增益的缺点，主要开展3cm微波天线模型设计、基于HFSS的天线仿真、天线版图制作及实验测试等工作，完成3cm天线的制作，为微波干涉测速中能量传递提供有效的技术支持。1.1.3研究意义进行3cm高频头微波天线的研制，不仅可以丰富微波天线设计的理论模型，解决3cm高频头测速中电磁波能量传递的问题，还可进一步应用于微波通信、微波测试等领域，为工程技术人员提供有效的天线设计手段和解决方案。因此，开展本课题研究具有十分重要的理论意义和工程应用价值。1.2国内外现状1.2.1 测速雷达的研究现状1.2.2 雷达天线设计的国内外研究现状德国卡尔斯鲁厄工学院的赫兹教授在1886年建立了第一个天线系统，他当时装配的设备如今可描述为工作在米波波长的完整无线电系统，其中采用了终端加载的偶极子作为发射天线，并采用了谐振方环作为接收天线。此外，赫兹还用抛物面反射镜天线做过实验。虽然赫兹是一位先驱者和无线电之父，但他的发明只停留在实验室的阶段。1901年12月中旬，意大利博洛尼亚一位20岁的研究者马可尼在赫兹的系统上添加了调谐电路，为较长的波长配备了大的天线和接地系统，并在纽芬兰的圣约翰斯接收到发自英格兰波尔多的无线电信号。一年后，马可尼又不顾侵犯电缆公司横跨大西洋通信垄断权的诉讼，开始了正规的无线电通信服务。在加世纪初叶，能出现像马可尼的无线电那样举世瞩目的发明，实属罕见。随后，由于“共和国号”和“泰坦尼克号”海难事件，马可尼的发明戏剧性地表现出在海事上的价值，为马可尼赢得了普遍的敬佩和赞赏，他被奉若神明。因为在无线电问世之前，船舶在海上是完全孤立的，当灾难来袭时，即使岸上或邻近船舶上的人也无法给予提醒。随着第二次世界大战期间雷达的出现，厘米波得以普及，无线电频谱才得到了更为充分的利用。如今，数以千计的通信卫星正负载着天线运行于近地轨道、中高度地球轨道和对地静止轨道。静地卫星如同土星的光环围绕土星那样围绕着地球。手持的全球定位卫星接收机能够为任何地面或空中的用户不分昼夜晴雨地提供经度、纬度和高度的信息，其精确度达到厘米级。载有天线阵的探测器在地面系统的指挥下，已经访问了太阳系的行星背后。探测器用厘米波发回的照片和数据，其信号单程就经历了五个多小时。现有的射电望远镜天线工作于毫米到千米的波长，接收来自百亿光年之遥天体的信号。3cm天线的制作方法多种多样，下面将介绍主要的三种天线模型。1.2.1微带天线微带天线是多种天线之中比较新颖而且很有发展前途的一类，早在1953年，GADeschamps教授就提出利用微带线的辐射效应来制成微带天线。但是在其后的二十年里，对此只有一些零星的研究。一直到了七十年代，由于微波集成技术的发展和空间技术对低剖面天线的迫切需求，微带天线研究才取得了突破性进展，研制成功了第一批实用的微带天线。之后，随着科学技术的迅猛发展，微带天线无论在理论上还是在应用的深度与广度上都取得了进一步的发展，并且已显示出它在应用上的巨大潜力。微带天线最初是作为火箭和导弹上的全向共形天线而得到应用与发展的。现在，在军事领域中，微带天线已大量应用于100MHz100GHz的宽广频域上的无线电设备中，例如卫星通信、导弹遥测遥控、电子对抗、武器引信等无线电系统。目前，微带天线还广泛应用于现代移动通信、个人通信、医疗器件和环境保护等许多民用科研领域，并且得到了空前的发展。由此可见，微带天线的发展方兴未艾，应用前景非常广阔。对于矩形微带天线，其纵向尺度约为1 /2工作波长时，在对应频点产生谐振辐射。此时辐射元表面电流同相分布，在辐射元法向有最大辐射电场。为弱化微带天线法向辐射场而增强沿两非辐射边方向辐射场，可设想使辐射元在其纵向对称线两侧电流呈反相分布，以实现辐射元法向辐射场的反相相消，而在辐射元非辐射边方向同相相长。对称馈电矩形微带天线横向宽度增加时，辐射元两侧会出现反相电流，形成TM, Z模辐射，但此时表面电流在水平方向谐振，产生水平极化辐射波，而实际应用需要近似垂直极化。1.2.2印刷极子天线印刷偶极子天线具有重量轻、体积小、成本低、便于排阵等优点，在雷达和通信等领域得到了广泛应用, 特别是用作接收天线。它由两根相同粗细、同样长度的直导线构成,在中间的两个端点。每根导线的长度称为臂长。这类天线一般采用微带线巴伦进行耦合馈电，克服了平面天线带宽窄的缺点，这种结构在驻波比小于2的约束下，带宽可大于40% ，该结构最初由Robert以同轴线的形式提出，后由Bawer和Wolfe应用于微带。二者都曾论述过Balun匹配一个不随频率变化的阻抗的原理，Oltman则研究了如何选择各段传输线的特性阻抗在有限带宽上对一个随频率变化的负载实现匹配。1.3 本文主要工作及章节安排本文。全文共分为5章，具体内容及章节安排如下：第一章：绪论，本章节提出了本设计的研究背景、目的及意义，对于3cm高频头天线这一题目，提出3cm微带天线这一解决方案。第二章：系统总体设计，对于题目进行深入分析，给出3cm微带天线的设计总体思路。第三章：3cm天线的仿真，利用HFSS仿真软件，计算所需数值，对3cm矩形微带进行仿真。并分析数值结果，得出最佳效果。第四章：第五章：第六章：总结和展望。通过总结本文所完成的工作内容，对取得的成果和创新点做出简要的分析，并对今后在此基础上所能做出的研究进行展。2 3cm天线的设计方案2.1总体概况3cm雷达的基本结构包括：发射机，接收机，收发天线。发射信号在碰到物体之后，被反射到各个方向，其中小部分反向传输的能量被接收天线收集。接收天线将接收到的能量传送给接收机，接收机检测出物体的速度以及位置等信息。物体的距离可以通过测量雷达信号发射到物体反射信号回来的时间来计算，物体的方向角度信息可以通过测量反射波到达接收天线时的方位角来计算。测速雷达的工作原理如图2.1所示，由雷达发射机产生的电磁能，经收发开关后传输给天线，再由天线将此电磁能定向辐射于大气中。电磁能在大气中以光速（约3m/s）传播，如果目标恰好位于定向天线的波束内，则它将要截取一部分电磁能。目标将被截取的电磁能向各个方向散射，其中部分散射的能量朝向雷达接收方向。雷达天线搜集到这部分散射的电磁波后，就经传输线和收发开关馈给接收机。接收机将这微弱型号放大并经信号处理后即可获取所需信息，并将结果送至终端显示。图2.1 测速雷达结构图（再画）2.2 3cm天线模型及原理2.3 设计方案2.3.1 系统组成及功能2.3.2 技术指标要求2.4 本章小结2.2方案选择 天线作为转换导行电磁波与辐射电磁波的装置，在无线通信中起着关键作用。作为直接与传播信道相互作用的射频器件以及发射与接收电磁波的终端，其特性与所受约束往往构成整个通信系统性能的瓶颈。因此，寻求更好的设计，改善天线的性能始终为学术和工程界所关注。一般而言，天线设计可概括为通过选择特定的物理结构与激励方式，从而获得辐射体上合理的源分布。在已知辐射体的源分布后，其它性能可随之确定。由此可见，天线的设计与综合问题是典型的电磁场逆问题，可归结为数学规划问题。 就几何形状而言，天线可分为线天线与面天线;而以工作原理而论，则可以分为谐振类天线与行波类天线。在传统天线中，线天线较易于分析，而行波类天线可供调整的参数较多，因此线天线与行波天线常用作优化的标准问题。对于谐振类天线，由于在工作频段上对参数敏感，结构又简单，不便于调整其性能。但由于其体积较小，常用来构成天线阵以改进其性能。由多个天线构成的阵列具有独有的特性，而电磁场的叠加原理所保证的乘法原理既使得天线元与阵列的固有的性能可以分别独立地加以研究，又使得阵列的特性便于讨论。因此天线阵综合的研究也得到了充分的开展。基于此，早期天线优化方面的研究以Yagi-Uda天线与点源阵列的优化为主。前者是典型的行波类线天线，而后者作为可以解析的最简阵列，常用于研究阵列本身的特性。 发展至今，现有天线综合问题的复杂程度已极大提高。这一方面得益于数值计算理论和技术的进步，以及科学计算软、硬件水平的提高;但更重要的原因是个人无线通信与无线局域网络（WLAN)的快速发展对天线综合提出了更高的要求。由于在无线通信和无线局域网中需要大量的个人移动通信终端设备，为保证整个无线通信和无线局域网的通信质量，不仅需要特殊类型的天线，同时对天线的性能亦提出了更高、更为严格的要求。天线优化设计由此进入了一个新的发展阶段。众所周知，早期移动终端多采用外置天线，无论结构上还是外观上都存在缺陷。因此，在无线通信和无线局域网中多改用内置天线。为便于内置天线的集成，又普遍应用了平面天线，低姿态天线等等。由此促进了微带天线，印刷天线，介质加载天线的研究和开发。由于这类天线不仅类型变化多端，而且几何形状与材料特性非常复杂，因此往往不存在简单而精确的数学模型。而在应用中，又需要这类天线具有较高的辐射效率，较小的结构尺寸，对邻近散射体较小的电磁干扰，以及在多个频段工作以满足不同的制式。其中体积约束是移动设备不可或缺的约束条件，而小体积与天线带宽和效率等性能是一对不可调和的矛盾，它对这些性能的负面影响往往使得实际天线的设计发生实质性的困难。2.2.1微带天线微带天线就是一种具有低剖面的平面结构天线。早在1953年，德尚就提出了微带天线的概念，但并没有被工程界所重视。直到70年代中期，微带天线和微带天线阵列才开始崭露头角。不过很快，凭借其一系列显著的优点，逐渐引起国内外学者的极大兴趣。微带天线可应用的频带范围很宽，和其他的微波天线相比，它具有体积小、重量轻、低轮廓、低成本、能与载体共形、易集成等优点。和其他类型天线相比，微带天线同样有不足之处，比如相对带宽较窄、损耗较大、受介质基片影响较大等。微带天线是由贴在带有金属地板的介质基片上的辐射贴片构成的。设计包括的重要参量有：辐射元长度L，辐射元宽度W，介质板厚度h，介质板的长度LG和宽度WG,介质的相对介电常数和损耗正切。微带天线的结构如图2.2所示。图2.2 微带结构示意图目前，在微波天线设计中，采用的方法多种多样，微带天线的优点是（1） 体积小，重量轻，低剖面，能与载体共形；（2） 价格低廉，用于批量生产；以及天线的散射界面小；（3） 能得到单方向的宽瓣方向图，最大辐射方向在平面的法线方向，易于和微带线路集成；（4） 易于实现极化和圆极化，易于实现双频段、双极化等多功能工作。在卫星通信、雷达、遥感、制导武器以及便携式无线电设备上有很多应用。缺点是结构复杂、不易于圆极化、无法可以获得更高的增益和更大的带宽。2.2.2印刷极子天线印刷极子的构成大致分为5部分，即介质层、偶极子天线壁、微带巴伦线、微带传输线和天线侧馈面。在介质层的两面分别敷有良导体的金属传输线，构成偶极子天线的两个臂、微带传输线和微带巴伦线。激励信号从天线馈电点处馈入，经过微带巴伦结构和微带传输线传输到偶极子天线的两个臂上。在微带传输线上，电流方向相反，因此不会辐射电磁波。在偶极子天线的两个臂上，金属片的电流方向相同，因此会辐射电磁波。由半波偶极子天线的理论分析可知，天线两个臂的总长度约为1/2个工作波长。印刷天线结构如图2.3所示2.3印刷天线结构图中说明传统的偶极子和单极子天线都占用较大的立体空间，这使得在需要小型化和平面结构的应用场合受到限制。可以利用印制电路技术将天线蚀刻在基板上来生产低价的、可重复的低剖面天线。如今，印刷工艺已经在天线领域发挥出巨大的能力，被广泛使用。印刷单极子天线最常采用的是微带线馈电、共面波导馈电，以及非对称共面波导馈电。天线设计时，馈电方式的选择需要考虑诸多因素，包括，能量能否在馈电结构和辐射结构之间有效转移，寄生辐射，以及对天线方向图的影响等。另外，是否有利于天线组成天线阵列也是考量的一个方面。2.2.3最终方案微带天线一般应用于 1GHz50GHz 频段，微带天线相对于其他类型的天线有以下特点：重量轻，体积小，剖面低，并且除在馈电点处开孔外，不破坏天线支撑体机械结构。电性能指标可变。在设计天线时，经过不同考虑而设计出的微带天线，方向性或增益、天线主瓣方向可变。如采取特殊的设计，微带天线在一定频率范围内可以工作在双频段或者多频段。由于微带天线是平面型传输线，故具有易于跟其他电路集成的特点。因此这种天线生产容易，而且成本低，容易实现与其他电路的无缝连接。微带天线天线在具有印刷单极子优点的同时，可以有效的得到单方向的宽瓣方向图，最大辐射方向在平面的法线方向，易于和微带线路集成。从形状上而言，与微带天线最大，也是最直观的差别，即是部分地与整块地的差别。如图2.4所示。图2.4微带天线与单机子天线3cm高频头天线的主要任务是将发射机输出的高频电流能量（导波）转换成电磁波辐射出去，或将空间电波信号转换成高频电流能量送给接收机，是无线电系统中不可缺少的部分。在本次的研究中，因矩形微带天线的结构比较简单、易于圆极化、可以获得更高的增益和更大的带宽等优点，对微带天线进行深入研究。2.3 技术指标要求在3cm高频头天线设计中，主要考虑的技术指标如下：(1)方向性图：天线的基本功能是将馈线传输的电磁波变为自由空间传播的电磁波，天线的方向图是表征天线辐射时电磁波能量（或场强）在空间各点分布的情况，它是描述天线的主要传输之一。天线的方向性图是一个立体图形。它的特性可以用两个互相垂直的平面（E平面和H平面）内方向性图来描述。公式(2)方向性系数：上述方向性图虽然一定程度上反映了天线辐射状态，但它是一个相对值，为了定量描述天线集中辐射程度，引进了方向性系数这一概念。方向性系数定义是：在同一距离及相同辐射条件下，某一天线最大辐射方向性上辐射功率密度Smax（或场强平方E2max）与无方向天线（点源）辐射功率密度S0（或场强平方E20）之比，用D来表示，技术指标D=6。(3)天线效率：一般来说构成天线的导体和绝缘介质都有一定的能量损耗，输入天线的功率不可能全部转化为自由空间电磁波的辐射功率，我们把天线辐射功率Pr与天线输入功率之比称作天线效率，技术指标天线效率40%以上。(4)增益系数：简称增益，它的定义是：在同一距离及相同输入功率的条件下，某一天线在最大辐射方向上的辐射功率密度Smax（或场强平方E2max）与无方向天线（理想点源）的辐射功率密度S0（或场强平方E20）之比，用G来表示，技术指标增益3dB以上。(5)天线阻抗：是指天线输入端口向天线辐射口方向看过去的输入阻抗，它取决于天线结构和工作频率。只有天线的输入阻抗与馈线阻抗良好匹配时，天线的转换效率才最高，否则将在天线输入端口上产生反射，在馈线上形成驻波，从而增加了传输损耗。天线极化是指天线最大辐射方向上的电场强度（E）矢量的取向。线极化是一种比较常用的极化方式，线极化又可分为“垂直极化和水平极化”，前者电场矢量与地面垂直，后者则与地面平行，技术指标天线阻抗为50。2.4 设计流程 在3cm高频头天线设计中，主要的设计流程如下：1）选择合适的介质基片与贴片微带贴片天线的窄频带特性是由其高Q的谐振本性所决定的，也就是说，贮存于天线结构中的能量比辐射和其它的耗散能量大得多。这意味着，在谐振时实现匹配，而当频率偏离谐振时，电抗分量急剧变动使之失配。当微带天线的VSWR一定时(通常为VSWRQ)，其带宽和品质因素成反比，因此降低天线品质因素Q是改善天线带宽的根本途径。首先，选用厚基片。从物理意义上讲，增大基片厚度使频带加宽的原因是由于厚度增加辐射电导也随之增大，从而辐射所对应的Q，及总的值下降。该方法虽然容易实现，但是受到客观条件的限制。加大基片的厚度可增加频带宽度，但作用有限，而基片过厚会导致基片厚度与波长之比过大，引起表面波激励。同时基片厚度增加，重量随之增加，所占的空间也加大。在一些空气动力性能及重量不甚苛刻的场合，这种方法还是行之有效的。其次，选用s，较小或者tanb较大的基板。微带线的等效损耗角正切tan妨与品质因素成反比，tann越大，品质因素Q越小，天线带宽BW越大120J。还可以选用楔形或阶梯形基片。由于两辐射端口处基板厚度不同，使两个谐振器经阶梯电容耦合产生双回路现象，从而导致带宽展宽。采用阶梯形基片的谐振器在VS、lkQ时带宽可达25；采用楔形基片的谐振器在VS、R=Q时带宽可达28；而一个厚度相当的一般矩形微带贴片天线带宽仅为13。选用非线性的介质基片材料，如利用铁氧体材料的电磁特性和非线性的色散特性也可达到展宽频带的目的。最后，通过改变贴片的形状同样可以达到频带展宽的目的。一些形状的贴片与其它形状的相比具有低Q值，相应的它们的带宽就宽。这些贴片包括环孔、长方形、正方形、正方形环等。例如，某环孔天线工作在TMl2模时，其带宽比相似尺寸的矩形微带贴片天线的带宽增加了5倍还多改变贴片结构还包括采用多贴片、电磁耦合馈电、在贴片或接地板上开槽、在电路中采用非线性调制元件等方法，这些也都可以达到展宽频带的目的。2）单位宽度W的选取天线大小是设计天线的重要指标,对于辐射贴片的宽度W，可由以下公式估算： （3.1） 其中，c为光速，为天线谐振频率3）单位长度L的确定考虑到边缘缩短效应后，实际的辐射单元长度L应为： （3.2）4)有效介电常数e0 （3.3）5)等效辐射缝隙长度DL （3.4）6)辐射单元长度L一般取lg/2，这里的lg为介质内的导波波长，即： （3.5）对于同轴线馈电的微带天线，在确定贴片的长度L与宽度W之后，还需要确定同轴线馈电点的位置，馈电点的位置会影响天线的输入阻抗。在主模TM10工作模式下，在宽带W方向上的电场强度不变，因此馈电点在宽度W方向的位移对输入阻抗的影响很小，但是在宽度方向上偏离中心位置时，会激发TM1n模式，增加天线的交叉极化辐射，因此宽度方向上馈电点的位置一般取在中心点（Yf=0）。馈电点在矩形贴片长度L方向边缘处（x=/-L/2）的输入阻抗最高。因此可以计算出输入阻抗为50欧姆的馈电点的位置： （3.6）其中： （3.7）2.5 HFSS天线设计仿真用Ansoft公司的HFSS软件对以上设计参量进行仿真，可以得到S参数图、方向图和输入阻抗图，为微带天线的实现提供工程依据。使用HFSS进行电磁分析和高频器件设计的简要流程步骤简述如下：1)启动HFSS软件，新建一个设计工程。2)选择求解类型。在HFSS中有3种求解类型：模式驱动求解、终端驱动求解和本征模求解。3)创建参数化设计模型。在HFSS设计中，创建参数化模型包括：构造出准确的几何模型、指定模型的材料属性以及准确地分配边界条件和端口激励。4)求解设置。求解设置包括指定求解频率(软件在该频率下进行自适应网格剖分计算)、收敛误差和网格剖分最大迭代次数等信息；如果需要进行扫频分析，还需要选择扫频类型并指定扫频范围。5)运行仿真计算。在HFSS中，仿真计算的过程是全自动的。软件根据用户指定的求解设置信息，自动完成仿真计算，无须用户干预。6)数据后处理，查看计算结果，包括S参数、场分布、电流分布、谐振频率、品质因数Q、天线辐射方向图等。另外，HFSS还集成了Ansoft公司的Optimetrics设计优化模块，可以对设计模型进行参数扫描分析、优化设计、调谐分析、灵敏度分析和统计分析。2.6 实验测试通过实验室现有器材，对本课题所设计的微带天线进行波段，频带宽度，方向性，效率，增益系数，以及阻抗等参数的测试，并对天线实物进行参数修正。3 基于HFSS的3cm天线仿真微带天线的馈电方式有多种，如微带线馈电、同轴线馈电、耦合馈电和缝隙馈电等，其中最为常用馈电有两种：微带线馈电和同轴线馈电。下面将采用这两种不同馈电方式对所研究的3cm高频头天线进行仿真。第二章中，主要介绍了3cm高频头天线的主要设计思路，即制作3cm矩形微带天线。本章在上一章的理论基础之上，介绍3cm微带天线的仿真，仿真使用Ansoft公司的HFSS软件。3.1 参数配置3.1.1 介质特性分析（介电常数分析、损耗）3.1.2 馈电方式分析3.1.3 3.2 HFSS仿真流程3.2.1 HFSS软件3.2.2 仿真流程3.2.3 仿真过程3.3 仿真结果及分析3.4 本章小结3.1同轴线馈电同轴线馈电又称为背馈，它是将同轴插座安装在接地板上，同轴线内的导体穿过介质基片接在辐射贴片上。3.1.1设定HFSS 软件运行参数3cm高频头天线的频率为9.6GHZ,所需频率较高，可以选用介电常数为2.2的Rogers5880，介质基板的厚度h=0.8 mm。贴片上的导体的材质通常为铜和金，介电损耗为0.009，介质基板的高度h=0.8 mm。可知，天线采用同轴线馈电。根据第二章所做计算，设计属性如下图3.1所示图3.1天线的设计属性1） 创建介质基片2） 创建辐射贴片3） 创建参考地4） 创建同轴馈线内芯5） 创建信号传输端口面6）图3.1天线的设计属性根据所分析的数据，建立微带天线模型，天线的平面结构图如图3.2所示。其三维立体图如图3.3所示。图3.2天线的平面结构图3.3 天线的立体结构3.1.2天线的分析在HFSS中建立模型，如图3.4图3.4建立模型设置边界条件：（金属导体为用perfect E等效，外部空气腔设置成辐射边界），如图3.5图3.5设置边界条件输入信号设置为集总端口的激励，如图3.6：图3.6设置输入信号仿真结果如下所示，天线的S参数如图3.7所示，Smith图如图3.8所示图3.7 天线的S参数图3.8 天线的Smith图从图可以看出，天线的谐振频率在9.8GHz，并且匹配状态良好，这也可以从图中可以看出，但是该谐振频率不是我们想要的工作频率，由此需要研究微带天线的尺寸对其性能的影响。3.2微带线馈电微带线馈电又称之为侧馈，它用与微带辐射贴片集成在一起的微带传输线进行馈电。3.2.1设定HFSS 软件运行参数3cm高频头天线的频率为9.6GHZ,所需频率较高，可以选用介电常数为2.2的Rogers5880，介质基板的厚度h=0.8 mm。贴片上的导体的材质通常为铜和金，介电损耗为0.009，介质基板的高度h=0.8 mm。根据第二章所列公式，可知，天线采用同轴线馈电。采用的介质基板Rogers 5880，它的介电常数er=2.2，介电损耗为0.009，介质基板的高度h=0.8 mm。根据微带天线的理论知识，微带天线的辐射贴片的长度Wy一般取值为lg/2。Wx则一般取值应该小于lg/2，当Wx大于lg/2时将产生高次模而导致场的畸变。对于工作在9.6GHz的矩形微带天线，其介质波长=18.9 mm，所以贴片的长度Wy=lg/2=9.45 mm，而Wx取9.6 mm。而矩形微带天线介质基板的大小选取W=40mm。1)创建介质基片2)创建辐射贴片3)创建1/4波长阻抗转换器4)创建微带传输线天线的平面结构图如图1所示。其三维立体图如图2所示图1图23.2.2天线的分析在HFSS中建立模型设置边界条件：（金属导体为用perfect E等效，外部空气腔设置成辐射边界）输入信号设置为集总端口的激励：根据上述设计步骤立模型，不考虑天线的匹配情况，取W1=W0=3 mm，设置集中端口并仿真，S参数仿真结果如图3所示，其S建mit