微帶天線仿真設(shè)計(jì)教材

1、太原理工現(xiàn)代科技學(xué)院太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院微波技術(shù)與天線 課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：微帶天線仿真設(shè)計(jì)（ 5）專(zhuān)業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)姓名 指導(dǎo)老師太原理工現(xiàn)代科技學(xué)院專(zhuān)業(yè)班級(jí) 學(xué)號(hào) 姓名 成績(jī)?cè)O(shè)計(jì)題目：微帶天線仿真設(shè)計(jì)（ 5）、設(shè)計(jì)目的：通過(guò)仿真了解微帶天線設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)原理：1 、微帶天線的結(jié)構(gòu)微帶天線是由一塊厚度遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)的介質(zhì)板（成為介質(zhì)基片）和（用印刷電路或微波集成技術(shù)）覆蓋在他的兩面上的金屬片構(gòu)成的，其中完全覆蓋介質(zhì)板一片稱為接觸板，而尺 寸可以和波長(zhǎng)想比擬的另一片稱為輻射元。微帶天線的饋電方式分為兩種，如圖所示。一種是側(cè)面饋電，也就是饋電網(wǎng)絡(luò)與輻射元刻制在同一表面；另一種是底饋，就是以同軸線的外導(dǎo)體直

2、接與接地板相連，內(nèi)導(dǎo)體穿過(guò)接地板和介質(zhì)基片與輻射元相接。b）底饋微帶天線的饋電a）側(cè)饋2 、微帶天線的輻射原理用傳輸線模分析法介紹矩形微帶天線的輻射原理。矩形貼片天線如圖：太原理工現(xiàn)代科技學(xué)院設(shè)輻射元的長(zhǎng)為 L，寬為 ，介質(zhì)基片的厚度為 h?，F(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，在傳輸線的兩端斷開(kāi)形成開(kāi)路，根據(jù)微帶傳輸線的理論，由 于基片厚度 hInsert 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 HFSSSolution Type。（2）在彈出的 Solution Type 窗口中（a）選擇 Driven Modal 。（b）

3、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 ModelerUnits 。（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 OK 按鈕。4、創(chuàng)建微帶天線模型（ 1）創(chuàng)建地板 GroundPlane。在菜單欄中點(diǎn)擊 DrawRectangle,創(chuàng)建矩形模型。在坐標(biāo)輸 入欄中輸入起始點(diǎn)的坐標(biāo)： X：-45，Y：-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 按回車(chē)鍵。在特性（ Property）窗口中選擇 Attribute 標(biāo)簽，將該名 字修改為 GroundPlane。（ 2）

4、為 GroundPlane設(shè)置理想金屬邊界。在菜單欄中點(diǎn)擊 EditSelectBy Name。在對(duì)話 框中選擇 GroundPlane，點(diǎn)擊 OK 確認(rèn)。在菜單欄中點(diǎn)擊 HFSSBoundariesAssignPerfect E。 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 確認(rèn)。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 DrawBox 或者在工具欄中點(diǎn)擊按鈕，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)位置坐標(biāo)： X: -22.5，Y：-22.5，Z：太原理工現(xiàn)代

5、科技學(xué)院0。按回車(chē)鍵結(jié)束輸入。輸入各坐標(biāo)時(shí)，可用 Tab 鍵來(lái)切換。輸入長(zhǎng)方體 X、Y、Z 三個(gè)方 向的尺寸： dX： 45，dY ：45，dZ： 5 按回車(chē)鍵結(jié)束輸入。在特性（ Property）窗口中選擇 Attribute 標(biāo)簽，將該名字修改為 Substrate。點(diǎn)擊 Material 選項(xiàng)后面的按鈕，將材料設(shè)置為 Rogers R04003。點(diǎn)擊 Color 后面的 Edit 按鈕，將顏色設(shè)置為綠色，點(diǎn)擊 OK 確認(rèn)。 （4）建立貼片 Patch。在介質(zhì)基片上創(chuàng)建貼片天線。在菜單欄中點(diǎn)擊 DrawRectangle,創(chuàng)建 矩形模型。在坐標(biāo)輸入欄中輸入起始點(diǎn)的坐標(biāo)： X： -16，Y：

6、-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 按回車(chē)鍵。在特性（ Property）窗口中選擇 Attribute 標(biāo)簽，將該名字修改為 Patch。點(diǎn)擊 Corlor 后面的 Edit 按鈕，將顏色設(shè)置為黃色， 點(diǎn)擊 OK 確認(rèn)。（ 5）為 Patch設(shè)置理想金屬邊界。在菜單欄中點(diǎn)擊 EditSelectBy Name。在對(duì)話框中選擇 Patch，點(diǎn)擊 OK 確認(rèn)。在菜單欄中點(diǎn)擊 HFSSBoundariesAssignPerfect E。在理想邊界設(shè) 置窗口中，將理想邊界命名為 PerfE_Patch，點(diǎn)擊 OK 確認(rèn)。（6）創(chuàng)建探針 Pin。在菜

7、單欄中點(diǎn)擊 DrawCylinder 。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)。在坐標(biāo)輸入欄中輸入圓柱半徑： dX：0, dY：0.5，dZ：0 按回車(chē)鍵。在坐標(biāo)欄中輸入圓柱的高度： dX：0，dY：0， dZ：5；按回車(chē)鍵結(jié)束輸入。在 特性（ Porperty）窗口中選擇 Attributr 標(biāo)簽，將該圓柱的名字修改為 Pin。點(diǎn)擊 Material 后面 的按鈕，將材料設(shè)置為 pec。利用快捷鍵 Ctrl+D 將模型調(diào)整至合適大小。（7）創(chuàng)建端口面 Port。在菜單鍵中點(diǎn)擊 DrawCircle 。在坐標(biāo)輸入欄中輸入圓心點(diǎn)的坐標(biāo)： X ：0，Y：-8，Z：0

8、按回車(chē)鍵。在坐標(biāo)輸入欄輸入半徑： dX ：0，dY ：1.5，dZ：0 按回車(chē) 鍵。在特性（ Property）窗口中選擇 Attribute 標(biāo)簽，將名字修改為 Port。（ 8）用 GroundPlane 將 Port 減去。在菜單欄中點(diǎn)擊 EidtSelectBy Name,在彈出的窗口中 利用 Ctrl 鍵選擇 GroundPlane和 Port。在菜單欄中點(diǎn)擊 3D ModelerBoolean Subtract ,在 Subtract 窗口中做以下設(shè)置： Blank Parts：GroundPlane；Tool Parts： Port；選中 Clone tool objects b

9、efore subtract 復(fù)選框。點(diǎn)擊 OK 按鈕結(jié)束設(shè)置。5、創(chuàng)建輻射邊界創(chuàng)建 Air ，在菜單欄中點(diǎn)擊 DrawBox, 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)方體的太原理工現(xiàn)代科技學(xué)院尺寸：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 EditSelectBy Name 。在對(duì)話框中選擇 Air ，點(diǎn)擊 OK 確認(rèn)。在菜單欄中點(diǎn)擊 HFSSBoundariesRadiati

10、on。在輻射邊界窗口中，將 輻射邊界命名為 Rad1，點(diǎn)擊 OK 按鈕。6、設(shè)置端口激勵(lì)在菜單欄中點(diǎn)擊 EditSelectBy Name，選中 Port，在菜單 HFSSExcitationAssignLumped Port。在 LumpedPort 窗口的 General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。總透視結(jié)構(gòu)圖1. 接地板 GroundP

11、lane：90mm*90mm2. 介質(zhì)基片 Substrate:45mm*45mm*5mm，,材料 Rogers R04003。3. 貼片天線 Patch:32mm*32mm4. 探針 Pin 半徑 0.5mm* 高 5mm,材料 Pec。5. 端口面 Port 半徑 1.5，最后用 GroundPlane將 Port 減去。6. 空氣框 Air160mm*160mm*70mm, 將輻射邊界命名為 Rad1。7. 饋電點(diǎn)距 Patch中心 8mm 處。太原理工現(xiàn)代科技學(xué)院7、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 HFSSAnalysis SetupAdd

12、Solution Setup。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。點(diǎn)擊 OK 結(jié)束。（ b）設(shè)置掃頻。在菜單欄中點(diǎn)擊 HFSSAnalysis SetupAdd 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；Frequency Setup Type：Linear Count； Start :2.0GHz； Stop：3.0GHz；Count：400；將 Sav

13、e Field復(fù)選框選中，點(diǎn)擊 OK 確認(rèn)。太原理工現(xiàn)代科技學(xué)院8、設(shè)置無(wú)限大球面在菜單欄中點(diǎn)擊 HFSSRadiationInsert Far Field SetupInfinite 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。點(diǎn)擊 OK 確認(rèn)。9、確認(rèn)設(shè)計(jì)10. 、保存工程在菜單欄中點(diǎn)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。11、求解該

14、工程 在菜單欄點(diǎn)擊 HFSSAnalyze。太原理工現(xiàn)代科技學(xué)院五、仿真圖與分析1.完整的結(jié)構(gòu)透視圖太原理工現(xiàn)代科技學(xué)院太原理工現(xiàn)代科技學(xué)院2.端口激勵(lì)設(shè)置圖原3.反射系數(shù)太原理工現(xiàn)代科技學(xué)院分析: 反射系數(shù)沒(méi)有多大改變帶寬為 2.4-2.35= 0.5GHZ 4、3D1）（原）太原理工現(xiàn)代科技學(xué)院2） 改變后5. Data table1）（原）太原理工現(xiàn)代科技學(xué)院2）改變后由數(shù)據(jù)可知， 最大輻射方向?yàn)?160 度8.曲線圖（1）原太原理工現(xiàn)代科技學(xué)院2）改變后9、方向圖1）原2）改變后太原理工現(xiàn)代科技學(xué)院六, 小結(jié)討論了微帶天線的設(shè)計(jì)原理 ,分析了不同形狀對(duì)微帶天線的性能影響。設(shè)計(jì)了圓極化的微 帶天線.利用 HFSS 軟件建立天線模型，得出了天性特性的仿真曲線，與理論設(shè)計(jì)值吻合較 好。說(shuō)明了本設(shè)計(jì)的有效性。七. 實(shí)驗(yàn)感想通過(guò)這次設(shè)計(jì)，獲益匪淺。首先學(xué)會(huì)了 HFSS 的基本操作，對(duì)這個(gè)軟件有了基礎(chǔ)的了 解， 覺(jué)得這個(gè)軟件的功能真的很強(qiáng)大，很不可思議。 HFSS 的使用很簡(jiǎn)