CST-偶极子相控阵天线的仿真与优化

1、word实验报告学生： 学号：指导教师:实验时间:实验地点:一、实验室名称:二、实验工程名称：微波工程 CAD实验三、实验学时：20四、实验原理：CST仿真软件是基于有限积分法,将整个计算区域离散化并进展数值计算,模拟各种实际器 件得出场分布与其各种参数的特性曲线,最后可根据实际要求对所得结果进展优化,得出最 优化下的器件尺寸参数.本次实验利用CST对偶极子相控阵天线与微带到波导转换模型进展了仿真模拟,以此来掌握CSTB应用.五、实验目的：了解并掌握CST仿真软件的根本操作,学习利用 CST仿真软件进展一些简单的工程设 计.六、实验容：第一题 偶极子相控阵天线的仿真与优化：偶极子天线尺寸如如下

2、列图,在 412GHz的 频率围,请优化单个偶极子天线的工作频率谐振在f0=8GHz,待优化的变量Lambda初值取为29mm,绘出在该工作频率点的方向图；将该单个天线在 x和y方向分别以Lambda/4作 为空间间隙、以90度作为相位间隙,扩展成一个2*2的相控阵天线阵,请使用三种方法计算 该天线阵的方向图；对结果进展比较、分析和讨论.第二题 微带到波导转换的仿真与优化：在2630GHz频率围优化如下列图微带到波导的转 换,使全频带反射最小,并绘出中央频点28GHz的电场、磁场与外表电流的分布；微带是Duroid5880基片,介电常数 2.2,基片厚0.254mm,金属层厚 0.017mm,

3、介质上的空气尺寸 3*1*8mm ,标准50欧姆微带线宽0.77mm；波导是Ka波段的BJ320波导,尺寸 7.112*3.556*10mm； L是微带基片底面到波导短路面距离,W0*L0是伸入波导中的微带探针的宽与长,W1*L1是第一段变阻线的宽与长, W2*L2是第二段变阻线的宽与长,7个待优化 变量可取如下列图给的初值.wordLambda 二 29L 二.5Lambdad=0,025* Lambda四%T顺Diacrutff pDrfa7 112忧比心中祖加I-Q.5 972=G OO337*LambdaW1 - 0.45L1 .融W7Q2STypeAppniiKliutiianiNh

4、n 11 口CGi(Mirient DUtpUt FrirquBizy pf-fric,(Hl0成-37.9 七、实验器材设备、元器件：台式计算机；CST Design Environment 2022 仿真软件；U盘学生自备八、实验步骤：第一题：偶极子相控阵天线的仿真a.单个偶极子天线模型FirfieUfillip J HR 1)FrFipld (f-fl) 1| Abs01reelLuity a7d科册?,MRm Mn单个偶极子天线方向图b.利用3种方法将单个天线扩展成一个2*2的相控阵天线阵方法一将单个天线的远场结果采用不同的幅度和相位叠加,从而得到阵列的结果wordq Kecrangt

5、ilaf arrayEdit Etenna letRectangular arrayDirection:numberSpsce shift:Lambda/4Pbaseshrft:90FarField Calculation of Antenna ArraysUpdate Antenna ListAntenna listNo. XYZ Amplitude Phase1-3.625-3.6250X001.00-90.00136253.625口LQQ0.0013.625-3.6250,0001,000.0013.6253.6250.0001.00Q0.0DModify.*.科 dd*“DeleteF

6、arFiBld fArrayAppr ik ru k i anrnblrdi (kH A 1lnitDirm tnCvnptiwivtnb5OitfiutDi 1依Uull,E tfflc.一出 QDt. rffic.Pir.人事ib加i口蛀方法所得阵列方向图方法二 构造四个一样的天线,都由各自的同轴线鼓励,顺次计算完所有天线后,再将结 果以任意幅度和相位合并.wordTime Phase shift: fgCombine Calculadcn ResultsMonitor settrgsType： * FrequencyofeL；Titne shftPIiase mfei hi iLe fr

7、tquerMonter selectionrfield on tvFrequency: AllMnnif-nr rnmhjnirinn + 4：.户口H I 1 v ? v ：.二：二 l,b 1 , n. . Fword方法三所得阵列方向图对结果进展分析解释：方法一：未考虑天线之间的耦合,未考虑鼓励之间的影响方法二：计算仅涉与天线结构之间的相互影响.方法三：同时涉与结构和鼓励的相互影响.综上方法三得到的仿真结果最好.第二题：微带到波导转换的仿真与优化微带到波导转换模型b.按题目要求设置工作频率、边界条件与监视器,仿真得到S参数优化前s参数wordAlgorithm ： /ne七ic Algo

8、ri tlm 49T q na2cinl 427 salver runs doneNtiin b et *f ezaltiat i ons ： 497(solver : 4.*First gftsl fimctior valut Esl 6口*1 fiirtction vilue L冠si seal function valuereloaieJ: lr intersalati*n. 0)二 117.662579593=110. 95433SS46=110. 054338646 (xelo4dd)L*Et solver avalu&tion tint - 00：00：3T hparanaitsr

9、s 、. Eur12 = 061532 = 0,田ITVT LI = 0,539327 wl = 0. 437239 LO = 2.40304口 = 0.72331S L = 0.960074d.中央频点28GHz处的电场、磁场与外表电流的分布U/F1Wl ns* 71 精,L 由3 MEM 3V51* 2：13 1I5MS5崎1g Mo nl toilhUxlnmm 31qsncyEmid工时iHn.11|用朋 it* K岫* * 2.H2 V9 ayrtes中央频点电场分布Type ItnnitorKaxinun 加IF rtquencyH-Field fpealOn-flBld (F-2

10、BJ 11173x?4 A/ni at Bb14 F / -z.47 ZH,立g巨口s中央频点磁场分布wordMnnltorM4xlnun 3CS4urf ace Current pc4kh-Hsw cr-?f|i|j 1313f? A/n it J6 / 3.9H / 111 2V9 U?grtes中央频点电流分布对结果进展分析解释：可以看出,经过优化后S参数曲线发生了较大的改变,优化后的 S参数要明显好于优化十、实验结论：1、偶极子相控阵天线：方法三同时考虑了结构和鼓励的相互影响,因此该方法所得结果 最接近真实值.2、微带到波导转换：调节几个变量可以得到更好的结果,得到符合要求的参数.十一、总结与心得体会：通过本次实验,我掌握了 CST软件的根本操作.进展了一些仿真实例的练习后,我对 CST的操作更加熟练,而且由于 CST相比其他软件计算精度较高,因此 CST是一款非常好 的仿真