微帶天線課程設計報告

1、課程設計報告課設名稱:課設題目:課設地點:專業(yè)班級:學生姓名:指導教師:微波技術(shù)與天線微帶天線仿真設計跨越機房學號:2012年6月23日一. 設計要求:矩形貼片是微帶貼片天線最基本的模型，本設計就是基于微帶貼片天線基礎 理論以及熟練掌握HFSS10仿真軟件基礎上，設計一個右手圓極化矩形貼片天線, 其工作頻率為，分析其遠區(qū)輻射場特性以及S曲線。Fig 1: Microstiij) Aiiteiuia Geometiy矩形貼片天線示意圖二、設計目的：1. 理解和掌握微帶天線的設計原理2. 選定微帶天線的參數(shù)：工作頻率、介質(zhì)基片厚度、貼片模型及饋電點位置3. 創(chuàng)建工程并根據(jù)設計尺寸參數(shù)指標繪制微帶天

2、線HFSS模型4. 保存工程后設定邊界條件、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三、實驗原理：用傳輸線模分析法介紹它的輻射原理。設輻射元的長為L,寬為3,介質(zhì)基片的厚度為h。現(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hX,場沿h方向均勻分布。在最簡單的情況 下，場沿寬度3方向也沒有變化，而僅在長度方向(LX/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，

3、兩水平分量 電場所產(chǎn)生的遠區(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的兩個縫隙，縫的電場方向與 長邊垂直，并沿長邊3均勻分布?？p的寬度Lh,長度為3,兩縫間距為L X/2o這就是說，微帶天線的輻射可以等效為有兩個縫隙所組成的二元陣列。四、貼片天線仿真步驟：1、建立新的工程：運行HFSS,點擊菜單欄中的ProjectInsert HFSS Dessign,建立一個新的 工程。1 2、設置求解類型：(1) 在菜單欄中點擊HFSSSolution Type。(2) 在彈出的Solution Type窗口中(a) 選擇 Driven Moda

4、l0(b) 點擊OK按鈕。3. 設置模型單位將創(chuàng)建模型中的單位設置為毫米。(1) 在菜單欄中點擊3D ModelerUnitso(2) 設置模型單位：(a) 在設置單位窗口中選擇：nun。(b) 點擊OK按鈕。4、創(chuàng)建微帶天線模型：(1)創(chuàng)建地板GroundPlaneo創(chuàng)建矩形模型，坐標：X： -45, Y： -45, Z： 0按回車鍵。在坐標輸入欄中輸入長、寬：dX： 90, dY： 90, dZ： 0o改名字為 GroundPlane(2) 為GroundPlane設置理想金屬邊界。在理想邊界設置窗口中將理想邊界 命名為PerfE_Ground,點擊OK按鈕。在3D模型窗口中將3D模型以合

5、適的大小 顯示(可以用Ctrl+D來操作)。(3) 建立介質(zhì)基片。在菜單欄中點擊DrawBox或在工具欄中點擊按鈕記， 創(chuàng)建長方體模型。起始點位置坐標：X： , Y：, Z： 0o輸入各坐標時，可用Tab 鍵來切換。輸入長方體X、Y、Z三個方向的尺寸：dX： 45, dY： 45, dZ： 5。將 名字改為Substrate,將材料設置為Rogers R04003。將顏色改為綠色.(4) 建立貼片Patcho起始點的坐標：X： -16, Y： -16, Z： 5按回車鍵。 在坐標輸入欄中輸入長、寬：dX： 32, dY： 32, dZ： 0。1(5) 將理想金屬邊界命名為perfE Patch

6、o(6) 創(chuàng)建切角。輸入點的坐標：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。在菜單欄中點擊 EditArrangeMoveo在坐標輸入欄中輸入點的坐標：X： 0, Y： 0, Z： 0； dX： -16, dY： -16, dZ： 0o兩個切角呈中心對稱，可以通過旋轉(zhuǎn)復制創(chuàng)建另一個切 角。在菜單欄中點擊EditDuplicateAround Axis0將軸設置為Z軸，族轉(zhuǎn)角 度為 180 deg, Total 為 2。(7) 用Patch將切角減去。(8) 創(chuàng)建探針Pin

7、。在菜單欄中點擊DrawCylinder0在坐標輸入欄中輸入 圓柱中心點的坐標：X： 0, Y： 8, Z： 0；按回車鍵，輸入圓柱半徑：dX： 0, dY：, dZ： 0；按回車鍵，輸入圓柱的高度：dX： 0, dY： 0, dZ： 5。按回車鍵，將名字 改為Pin,將材料設置為pec0(9)創(chuàng)建端口面Port。在菜單鍵中點擊DrawCircleo 在坐標輸入欄中輸入圓心點的坐標：X： 0, Y： 8, Z： 0按回車鍵。在坐標輸入 欄輸入半徑：dX： 0, dY：, dZ： 0。(9) 創(chuàng)建端口面Porto在菜單鍵中點擊DrawCircleo在坐標輸入欄中輸 入圓心點的坐標：X： 0, Y

8、： 8, Z： 0按回車鍵。在坐標輸入欄輸入半徑：dX： 0, dY：, dZ： 0。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)。(10) 用 GroundPlane 將 Port 減去。在 Substrate 窗口中設置：Blank Parts： GroundPlane； Tool Parts： port：點擊 OK 結(jié)束設置。6.創(chuàng)建輻射邊界：創(chuàng)建Air,在菜單欄中點擊DrawBox,創(chuàng)建長方體模型。在右下角的坐標輸 入欄中輸入長方體的起始點位置坐標：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：

9、160, dZ： 70按回車鍵。在特性(Property) 窗口中選擇Attribute標簽，將長方體的名字修改為Air。在菜單欄中點擊 EditSelectBy Name 在對話框中選擇Air,點擊0K確認。在菜單欄中點擊 HFSSBoundariesRadiationo在輻射邊界窗口中，將輻射邊界命名為Radi,點 擊0K按鈕。r7 設置端口激勵：在菜單欄中點擊EditSelectBy Name ,選中Port ,在菜單欄中點擊 HFSSExcitationAssignLumped Porto 在 LumpedPort 窗口的 General 標簽中， 將該端口命名為pl,點擊Next。在

10、Modes標簽中的Integration line zhong 點擊 None,選擇 NewLine,在坐標欄中輸入：X： 0, Y：, Z： 0； dX： 0, dY： -1, dZ： 0。按回車鍵，點擊Next按鈕直至結(jié)束。8. 求解設置：為該問題設置求解頻率及掃頻范圍(a) 設置求解頻率。在菜單欄中點擊HFSSAnalysis SetupAdd Solution Setupo 在求解設置窗口中做以下設置：Solution Frequency :; Maximun Number of Passes： 15； Maximun Delta S per Pass :o(b) 設置掃頻。在菜單欄中

11、點擊HFSSAnalysis SetupAdd Sweep。選擇 Setupl，點擊OK確認。在掃頻窗口中做以下設置：Sweep Type： Fast； Frequency Setup Type： Linear Count； Start :； Stop：； Count： 400； 將 Save Field 復 選框選中。9. 設置無限大球面：在菜單欄中點擊 HFSSRadi at ion Insert Far Field SetupInf inite Sphere 在 Infinite Sphere 標簽中做以下設置：Phi： Start： 0 deg, Stop： 180deg, Step：

12、 90 deg； Theta： Start： 0 deg, Stop： 360 deg, Step： 10 deg。10 確認設計：X方法一：由主菜單選HFSS/Validation Check對設計進行確認。方法二：在菜單欄直接點嵌即可。11 .保存工程：在菜單欄中點擊FileSave As,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：在菜單欄點擊HFSSAnalyze013. 后處理操作：(1) S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)是兒1。點 擊 菜單欄 HFSSResultCreate Report 0

13、選擇：Report Type : Modal S Parameters ； Display Type： RectangleoTrace 窗 口 : Solution： Setupl：Sweepl； Domain： Sweep 點擊 Y 標簽，選擇：Category： S parameter； Quantity： S (pl, pl); Function： dB,然后點擊Add Trace按鈕。點擊Done按鈕完成操作，繪制 出反射系數(shù)曲線。(2) 2D輻射遠場方向圖。在菜單欄點擊 HFSSResult Create Report0 選擇：Report Type: Far Fields； Dis

14、play Type： Radiation Pattern。Trace 窗口： Solution： Setupl： LastAdptive； Geometry： ff_2d。在 Sweep 標簽中，在 Name 這一列中點擊第一 個變量Phi,在下拉菜單中選擇The。點擊Mag標簽，選擇：Category : Gain； Quantity： GainTotal； Function： dB點擊 Add Trace 按鈕。最后點擊 Done, 繪制出方向圖。14保存并退出HFSS：五、技術(shù)指標：圓形貼片天線，即貼片（Patch）為圓形，其他條件不變，即設計中創(chuàng)建天 線模型設計中,第、（2）、（3）、

15、（4）、（5）、（6）不變，（8）、（9）、（10）做一下 改變。建立貼片Patcho在菜單欄中點擊DrawCylinder0在坐標欄中輸入圓心 坐標：X： 0, Y： 0, Z： 5按回車鍵。在坐標輸入欄中輸入半徑：dX： 16, dY： 0, dZ： 0。在特性窗口中將名字改為Patcho點擊Cool后面的Edit按鈕，將顏色 設置為黃色，點擊0K確認。為Patch設置理想金屬邊界。在菜單欄中點擊 HFSSBoundariesAssignPerfect Eo 將理想邊界命名為 PerfE Patch,點擊 OK 確認，這樣圓形貼片就建成了。六、實驗結(jié)果及其截圖：1. 原實驗結(jié)果（1）建模完

16、成：(2) 確認設計，通過 Validation Check：(3) .原矩形貼片的S參數(shù)曲線:(4) 原矩形貼片的2D遠場方向圖:2. 修改圓的半徑，改為R二時效果最好。(1)建模完成：(2) 確認設計，通過 Validation Check：Validation Check: Project 1 一 HFSSDesignl矽 HFSSDesignlValidation Check completed. 3D Model令 Boundaries and ExcitationsV Mesh Operations“ Analysis： SetupM Optimetrics2 Radiation(3) .圓形貼片的S參數(shù)曲線:21