微帶天線(xiàn)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、課程設(shè)計(jì)報(bào)告課設(shè)名稱(chēng)：微波技術(shù)與天線(xiàn)課設(shè)題目：微帶天線(xiàn)仿真設(shè)計(jì)課設(shè)地點(diǎn)：跨越機(jī)房專(zhuān)業(yè)班級(jí)：學(xué)號(hào)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：2012年 6月23日、設(shè)計(jì)要求：矩形貼片是微帶貼片天線(xiàn)最基本的模型，本設(shè)計(jì)就是基于微帶貼片天線(xiàn)基 礎(chǔ)理論以及熟練掌握 HFSS10仿真軟件基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一個(gè)右手圓極化矩形貼片 天線(xiàn)，其工作頻率為2.45GHz，分析其遠(yuǎn)區(qū)輻射場(chǎng)特性以及 S曲線(xiàn)。Micro stiip patch矩形貼片天線(xiàn)示意圖二、設(shè)計(jì)目的：1. 理解和掌握微帶天線(xiàn)的設(shè)計(jì)原理2. 選定微帶天線(xiàn)的參數(shù)：工作頻率、介質(zhì)基片厚度、貼片模型及饋電點(diǎn)位置3. 創(chuàng)建工程并根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸參數(shù)指標(biāo)繪制微帶天線(xiàn) HFSS模型4. 保

2、存工程后設(shè)定邊界條件、求解掃描頻率，生成S參數(shù)曲線(xiàn)和方向圖5. 觀(guān)察對(duì)比不同尺寸參數(shù)的微帶天線(xiàn)的仿真結(jié)果，并分析它們對(duì)性能的影響三、實(shí)驗(yàn)原理：用傳輸線(xiàn)模分析法介紹它的輻射原理。設(shè)輻射元的長(zhǎng)為L(zhǎng),寬為，介質(zhì)基片的厚度為h o現(xiàn)將輻射元、介質(zhì)基片 和接地板視為一段長(zhǎng)為 L的微帶傳輸線(xiàn)，在傳輸線(xiàn)的兩端斷開(kāi)形成開(kāi)路，根據(jù) 微帶傳輸線(xiàn)的理論，由于基片厚度hvv入，場(chǎng)沿h方向均勻分布。在最簡(jiǎn)單的情 況下，場(chǎng)沿寬度3方向也沒(méi)有變化，而僅在長(zhǎng)度方向(L"2)有變化。在開(kāi)路兩端的電場(chǎng)均可以分解為相對(duì)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，兩水平 分

3、量電場(chǎng)所產(chǎn)生的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)同向疊加，而兩垂直分量所產(chǎn)生的場(chǎng)反相相消。因 此，兩開(kāi)路端的水平分量可以等效為無(wú)限大平面上同相激勵(lì)的兩個(gè)縫隙，縫的電場(chǎng)方向與長(zhǎng)邊垂直，并沿長(zhǎng)邊3均勻分布?？p的寬度厶L-h，長(zhǎng)度為3,兩縫 間距為L(zhǎng)-"2。這就是說(shuō)，微帶天線(xiàn)的輻射可以等效為有兩個(gè)縫隙所組成的二 元陣列。四、貼片天線(xiàn)仿真步驟：1、建立新的工程：運(yùn)行HFSS,點(diǎn)擊菜單欄中的 Project>lnsert HFSS Dessign ，建立一個(gè)新的 工程。2、設(shè)置求解類(lèi)型：(1) 在菜單欄中點(diǎn)擊 HFSS>Solution Type。(2) 在彈出的Solution Type 窗口中(a) 選擇

4、 Driven Modal。(b) 點(diǎn)擊OK按鈕。3、設(shè)置模型單位將創(chuàng)建模型中的單位設(shè)置為毫米。(1) 在菜單欄中點(diǎn)擊 3D Modeler>Units 。(2) 設(shè)置模型單位：（a）在設(shè)置單位窗口中選擇：mm。（b）點(diǎn)擊0K按鈕。4、創(chuàng)建微帶天線(xiàn)模型：（1）創(chuàng)建地板 GroundPlane。創(chuàng)建矩形模型，坐標(biāo)：X： -45，丫： -45, Z： 0按回車(chē)鍵。在坐標(biāo)輸入欄中輸入長(zhǎng)、寬：dX: 90, dY： 90，dZ : 0。改名 字為 GroundPlane（2） 為GroundPlane設(shè)置理想金屬邊界。在理想邊界設(shè)置窗口中將理想邊 界命名為PerfE_Ground ,點(diǎn)擊OK按鈕

5、。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(lái)操作）。（3）建立介質(zhì)基片。在菜單欄中點(diǎn)擊 Draw>Box或在工具欄中點(diǎn)擊按鈕I気，創(chuàng)建長(zhǎng)方體模型。起始點(diǎn)位置坐標(biāo)：X: -22.5，Y: -22.5, Z: 0。輸入各 坐標(biāo)時(shí)，可用Tab鍵來(lái)切換。輸入長(zhǎng)方體X、丫、Z三個(gè)方向的尺寸：dX : 45， dY： 45，dZ: 5。將名字改為Substrate。將材料設(shè)置為 Rogers R04003。將顏 色改為綠色.（4）建立貼片Patch。起始點(diǎn)的坐標(biāo)：X: -16，Y: -16，Z: 5按回車(chē)鍵。 在坐標(biāo)輸入欄中輸入長(zhǎng)、寬：dX: 32，dY: 32，dZ: 0。

6、（5）將理想金屬邊界命名為perfE_Patch。（6） 創(chuàng)建切角。輸入點(diǎn)的坐標(biāo)：X: 0，Y: 0，Z: 5； X: 5，Y: 0，乙 5； X: 0，Y: 5，Z: 5； X: 0，Y: 0，Z: 5。在對(duì)話(huà)窗口中選擇 Cut。在菜單 欄中點(diǎn)擊 Edit>Arrange>Move 。在坐標(biāo)輸入欄中輸入點(diǎn)的坐標(biāo)：X： 0， Y：0，Z: 0； dX: -16，dY: -16，dZ : 0。兩個(gè)切角呈中心對(duì)稱(chēng)，可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)復(fù)制創(chuàng)建另一個(gè)切角。在菜單欄中點(diǎn)擊 Edit>Duplicate>Around Axis。將軸 設(shè)置為Z軸，旋轉(zhuǎn)角度為180 deg , Total為

7、2。（7）用Patch將切角減去。（8） 創(chuàng)建探針Pin。在菜單欄中點(diǎn)擊 Draw>Cylinder。在坐標(biāo)輸入欄中輸 入圓柱中心點(diǎn)的坐標(biāo)：X： 0，Y: 8，Z: 0；按回車(chē)鍵，輸入圓柱半徑：dX: 0, dY: 0.5，dZ : 0 ；按回車(chē)鍵，輸入圓柱的高度：dX: 0，dY: 0，dZ : 5。按回 車(chē)鍵，將名字改為Pin，將材料設(shè)置為pec°（ 9）創(chuàng)建端口面Port。在菜單鍵 中點(diǎn)擊 Draw>Circle。在坐標(biāo)輸入欄中輸入圓心點(diǎn)的坐標(biāo)：X： 0，Y： 8，Z: 0 按回車(chē)鍵。在坐標(biāo)輸入欄輸入半徑：dX: 0，dY: 1.5，dZ : 0。（9） 創(chuàng)建端口面

8、Port。在菜單鍵中點(diǎn)擊 Draw>Circle。在坐標(biāo)輸入欄中輸 入圓心點(diǎn)的坐標(biāo)：X: 0，Y: 8，Z: 0按回車(chē)鍵。在坐標(biāo)輸入欄輸入半徑： dX: 0，dY: 1.5，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(lái)操作）。（10）用 GroundPlane 將 Port 減去。在 Substrate 窗口 中設(shè)置：Blank Parts:GroundPlane;Tool Parts:port:點(diǎn)擊 OK 結(jié)束設(shè)置。6. 創(chuàng)建輻射邊界：創(chuàng)建Air，在菜單欄中點(diǎn)擊Draw>Box,創(chuàng)建長(zhǎng)方體模型。在右下角的坐標(biāo)輸 入欄中輸入長(zhǎng)方體的起始點(diǎn)位置坐

9、標(biāo)：X: -80，Y: -80，Z: -35 ；按回車(chē)鍵結(jié) 束輸入。輸入長(zhǎng)方體的尺寸：dX: 160，dY: 160，dZ : 70按回車(chē)鍵。在特性 （Property）窗口中選擇Attribute標(biāo)簽，將長(zhǎng)方體的名字修改為Air。在菜單欄 中點(diǎn)擊Edit>Select>By Name 。在對(duì)話(huà)框中選擇 Air，點(diǎn)擊OK確認(rèn)。在菜單欄 中點(diǎn)擊 HFSS>Boundaries>Radiation。在輻射邊界窗口中，將輻射邊界命名為 Rad1，點(diǎn)擊OK按鈕。7. 設(shè)置端口激勵(lì)：在菜單欄 中點(diǎn)擊 Edit>Select>By Name ,選中 Port ,在菜單欄

10、 中點(diǎn)擊 HFSS>Excitati on >Assig n>Lumped Port。在 LumpedPort 窗口的 Ge neral 標(biāo)簽中，將該端口命名為 p1，點(diǎn)擊 Next。在 Modes 標(biāo)簽中的Integration line zhong點(diǎn)擊None，選擇New Line,在坐標(biāo)欄中輸入：X： 0，Y： 9.5, Z： 0； dX: 0，dY: -1，dZ : 0。按回車(chē)鍵，點(diǎn)擊Next按鈕直至結(jié)束。8 .求解設(shè)置：為該問(wèn)題設(shè)置求解頻率及掃頻范圍(a) 設(shè)置求解頻率。在菜單欄中點(diǎn)擊 HFSS>Analysis Setup>Add SolutionSe

11、tup。在求解設(shè)置窗口中做以下設(shè)置：Solution Frequency : 2.45GHz ；Maximun Number of Passes : 15 ； Maximun Delta S per Pass : 0.02。(b) 設(shè)置掃頻。在菜單欄中點(diǎn)擊 HFSS>Analysis Setup>Add Sweep 。選 擇Setup1，點(diǎn)擊 OK確認(rèn)。在掃頻窗口中做以下設(shè)置：Sweep Type : Fast; Freque ncy Setup Type: Lin ear Count ; Start :2.0GHz ； Stop : 3.0GHz ； Count : 400 ；將

12、 Save Field 復(fù)選框選中。9. 設(shè)置無(wú)限大球面：在菜單欄中點(diǎn)擊 HFSS>Radiation>lnsert Far Field Setup>Infinite Sphere 。在 Infinite Sphere 標(biāo)簽中做以下設(shè)置：Phi: Start : 0 deg， Stop : 180deg， Step: 90 deg ; Theta : Start: 0 deg，Stop : 360 deg ，Step: 10 deg 。10. 確認(rèn)設(shè)計(jì)：方法一：由主菜單選HFSS/Validation Check對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行確認(rèn)。方法二：在菜單欄直接點(diǎn)鼓空即可。11. 保存工程

13、：在菜單欄中點(diǎn)擊File>Save 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(diǎn)擊HFSS>Analyze。13. 后處理操作：(1) S參數(shù)(反射系數(shù))。繪制該問(wèn)題的反射系數(shù)曲線(xiàn)，該問(wèn)題為單端口問(wèn)題，因此反射系數(shù)是31。 點(diǎn)擊菜單欄 HFSS>Result>Create Report。選擇：Report Type: Modal S Parameters ; Display Type : Rectangle 。 Trace 窗 口 ： Solution : Setup1:Sweep1 ; Domain : Sw

14、eep 點(diǎn)擊 Y 標(biāo)簽，選擇：Category : S parameter ； Quantity : S (p1 , p1) ; Function : dB,然后點(diǎn)擊 Add Trace 按 鈕。點(diǎn)擊Done按鈕完成操作，繪制出反射系數(shù)曲線(xiàn)。(2) 2D輻射遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖。在菜單欄點(diǎn)擊 HFSS>Result >Create Report。選擇：Report Type: Far Fields; Display Type: Radiati onPattern。 Trace 窗口： Soluti on : Setup1 :LastAdptive ; Geometry : ff_2d。在 S

15、weep 標(biāo)簽中，在 Name 這一列中點(diǎn)擊第 一個(gè)變量Phi，在下拉菜單中選擇 The。點(diǎn)擊Mag標(biāo)簽，選擇：Category : Gain ； Quantity : GainTotal; Function : dB,點(diǎn)擊 Add Trace 按鈕。最后點(diǎn)擊 Done，繪制出方向圖。14. 保存并退出HFSS:五、技術(shù)指標(biāo)：圓形貼片天線(xiàn)，即貼片（Patch）為圓形，其他條件不變，即設(shè)計(jì)中創(chuàng)建天線(xiàn)模型設(shè)計(jì)中，第（1）、（2）、（3）、（4）、（5）、（6）不變，（8）、（9）、（10）做一下改變。建立貼片Patch。在菜單欄中點(diǎn)擊Draw>Cylinder。在坐標(biāo)欄中輸入圓心坐標(biāo)：X：

16、0，Y: 0，Z: 5按回車(chē)鍵。在坐標(biāo)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 Patch。點(diǎn)擊Cool后面的Edit按鈕，將顏 色設(shè)置為黃色，點(diǎn)擊OK確認(rèn)。為Patch設(shè)置理想金屬邊界。在菜單欄中點(diǎn)擊HFSS>Boundaries>Assign>PefectE。將理想邊界命名為PefE_Patch，點(diǎn)擊OK確認(rèn)，這樣圓形貼片就建成了。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其截圖：1.原實(shí)驗(yàn)結(jié)果（1）建模完成：IXValidation Check: Project 1 - HFSSDesignlHFSSDesenlValidation Check comple

17、ted. 3D Model專(zhuān) Bcundaries ard Excitation$ 纟 Mesh OperatKnf& Anal/sis Setup“ Optimelrics# RadiationAbort(3) .原矩形貼片的S參數(shù)曲線(xiàn)：15；45：5OAnseft corpf<iioniXV Pkrt 2 HFSSDesignlllSetupl : Sv¥eep1qE一 EESQy(4) 原矩形貼片的2D遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖：Ainsufl Corpofiumkadialioni Pattern 2HFSSDefilgnlll1550:340cS(Galnrotal) cbj

18、 Pti-Odeg Stup! : LasiAdafotM da：GainTatsr)dt.| Pfi=90degIctunl : LaAdaptOcCGainTrtaD <fcFi«10Od&gSetupl . Lci$1AcW*m2.修改圓的半徑,改為R=18.5時(shí)效果最好(1)建模完成：(2).確認(rèn)設(shè)計(jì),通過(guò) Validation Check :(3).圓形貼片的S參數(shù)曲線(xiàn)：21um 1196AnstrH CurpofwlmnXV FIGI 415;39;5DdESe-10.00-12.00-2.00Freq |GH£3.00(4) 圓形貼片的2D遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖：Ariciin CorpcKioniRadilion Pattern 4HFSSDesignnil122:25/go| j I i I J I J I U U I E I I I I I | ； ； I ； l l I j I J I J J L H I3= JO-Z1 2B0dBC&