微帶天線仿真設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)一、微帶天線仿真設(shè)計(jì)三角形貼片是微帶貼片天線最根本的模型，本設(shè)計(jì)就是基于微帶貼片天線根底理論以及熟練掌握HFSS10仿真軟件根底上，設(shè)計(jì)一個(gè)三角形貼片天線，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。一．設(shè)計(jì)目的與要求1.理解和掌握微帶天線的設(shè)計(jì)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(diǎn)位置3.創(chuàng)立工程并根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸參數(shù)指標(biāo)繪制微帶天線HFSS模型4.保存工程后設(shè)定邊界條件、求解掃描頻率，生成S參數(shù)曲線和方向圖5.觀察比照不同尺寸參數(shù)的微帶天線的仿真結(jié)果，并分析它們對(duì)性能的影響二．實(shí)驗(yàn)原理如下列圖所示，用傳輸線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ω，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(zhǎng)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h<<λ，場(chǎng)沿h方向均勻分布。在最簡(jiǎn)單的情況下，場(chǎng)沿寬度ω方向也沒(méi)有變化，而僅在長(zhǎng)度方向〔L≈λ/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)限大平面上同相鼓勵(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ω均勻分布?？p的寬度△L≈h，長(zhǎng)度為ω，兩縫間距為L(zhǎng)≈λ/2。這就是說(shuō)，微帶天線的輻射可以等效為有兩個(gè)縫隙所組成的二元陣列。矩形貼片天線示意圖三．貼片天線仿真步驟1、建立新的工程運(yùn)行HFSS，點(diǎn)擊菜單欄中的Project>InsertHFSSDessign，建立一個(gè)新的工程。2、設(shè)置求解類型〔1〕在菜單欄中點(diǎn)擊HFSS>SolutionType?！?〕在彈出的SolutionType窗口中〔a〕選擇DrivenModal?！瞓〕點(diǎn)擊OK按鈕。3.設(shè)置模型單位將創(chuàng)立模型中的單位設(shè)置為毫米。〔1〕在菜單欄中點(diǎn)擊3DModeler>Units?！?〕設(shè)置模型單位：〔a〕在設(shè)置單位窗口中選擇：mm?！瞓〕點(diǎn)擊OK按鈕。4、創(chuàng)立微帶天線模型〔1〕創(chuàng)立地板GroundPlane。坐標(biāo)：X：-45，Y：-45，Z：0按回車鍵。在坐標(biāo)輸入欄中輸入長(zhǎng)、寬：dX：90，dY：90，dZ：0?！?〕為GroundPlane設(shè)置理想金屬邊界。在3D模型窗口中將3D模型以適宜的大小顯示〔可以用Ctrl+D來(lái)操作〕?！?〕建立介質(zhì)基片。在菜單欄中點(diǎn)擊Draw>Box或者在工具欄中點(diǎn)擊按鈕，創(chuàng)立長(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、Y、Z三個(gè)方向的尺寸：dX：45，dY：45，dZ：5。將材料設(shè)置為RogersR04003?！?〕建立貼片Patch。起始點(diǎn)的坐標(biāo)：X：-16，Y：-16，Z：5按回車鍵。在坐標(biāo)輸入欄中輸入長(zhǎng)、寬：dX：32，dY：32，dZ：0?！?〕為Patch設(shè)置理想金屬邊界?！?〕創(chuàng)立切角。輸入點(diǎn)的坐標(biāo)：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(duì)話窗口中選擇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，可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)復(fù)制創(chuàng)立另一個(gè)切角。在菜單欄中點(diǎn)擊Edit>Duplicate>AroundAxis。將軸設(shè)置為Z軸，旋轉(zhuǎn)角度為180deg，Total為2?！?〕用Patch將切角減去?！?〕創(chuàng)立探針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；輸入圓柱半徑：dX：0,dY：0.5，dZ：0；輸入圓柱的高度：dX：0，dY：0，dZ：5。將材料設(shè)置為pec。〔9〕創(chuàng)立端口面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按回車鍵。在坐標(biāo)輸入欄輸入半徑：dX：0，dY：1.5，dZ：0〔10〕用GroundPlane將Port減去。6.創(chuàng)立輻射邊界創(chuàng)立Air，在菜單欄中點(diǎn)擊Draw>Box,創(chuàng)立長(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；按回車鍵結(jié)束輸入。輸入長(zhǎng)方體的尺寸：dX：160，dY：160，dZ：70按回車鍵。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>ByName。在對(duì)話框中選擇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)置端口鼓勵(lì)在菜單欄中點(diǎn)擊Edit>Select>ByName，選中Port，在菜單欄中點(diǎn)擊HFSS>Excitation>Assign>LumpedPort。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Integrationlinezhong點(diǎn)擊None，選擇NewLine，在坐標(biāo)欄中輸入：X：0，Y：9.5，Z：0；dX：0，dY：-1，dZ：0。按回車鍵，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>AnalysisSetup>AddSolutionSetup。在求解設(shè)置窗口中做以下設(shè)置：SolutionFrequency：2.45GHz；MaximunNumberofPasses：15；MaximunDeltaSperPass：0.02?！瞓〕設(shè)置掃頻。在菜單欄中點(diǎn)擊HFSS>AnalysisSetup>AddSweep。選擇Setup1，點(diǎn)擊OK確認(rèn)。在掃頻窗口中做以下設(shè)置：SweepType：Fast；FrequencySetupType：LinearCount；Start:2.0GHz；Stop：3.0GHz；Count：400；將SaveField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>InsertFarFieldSetup>InfiniteSphere。在InfiniteSphere標(biāo)簽中做以下設(shè)置：Phi：Start：0deg，Stop：180deg，Step：90deg；Theta：Start：0deg，Stop：360deg，Step：10deg。10.確認(rèn)設(shè)計(jì)方法一：由主菜單項(xiàng)選擇HFSS/ValidationCheck對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行確認(rèn)。方法二：在菜單欄直接點(diǎn)即可。11.保存工程在菜單欄中點(diǎn)擊File>SaveAs,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，該問(wèn)題為單端口問(wèn)題，因此反射系數(shù)是。點(diǎn)擊菜單欄HFSS>Result>CreateReport。選擇：ReportType：ModalSParameters；DisplayType：Rectangle。Trace窗口：Solution：Setup1:Sweep1；Domain：Sweep點(diǎn)擊Y標(biāo)簽，選擇：Category：Sparameter；Quantity：S〔p1，p1〕；Function：dB，然后點(diǎn)擊AddTrace按鈕。點(diǎn)擊Done按鈕完成操作，繪制出反射系數(shù)曲線?！?〕2D輻射遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖。在菜單欄點(diǎn)擊HFSS>Result>CreateReport。選擇：ReportType：FarFields；DisplayType：RadiationPattern。Trace窗口：Solution：Setup1：LastAdptive；Geometry：ff_2d。在Sweep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AddTrace按鈕。最后點(diǎn)擊Done，繪制出方向圖。14.保存并退出HFSS四．自主設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)：三角形貼片天線，即貼片〔Patch〕為三角形，其它所有條件都不變，即設(shè)計(jì)中創(chuàng)立天線模型設(shè)計(jì)中，第(1)、(2)、(3)、(8)、(9)、(10)不變，(4)、(5)、(6)做一下改變。建立貼片Patch，在介質(zhì)基片上創(chuàng)立貼片天線。在菜單欄中點(diǎn)擊Draw>Rectangle,創(chuàng)立矩形模型。輸入：X：-16，Y：-16，Z:5；dX：32，dY：32，dZ：0。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)。為Patch設(shè)置理想金屬邊界。在菜單欄中點(diǎn)擊Edit>Select>ByName。在對(duì)話框中選擇Patch，點(diǎn)擊OK確認(rèn)。在菜單欄中點(diǎn)擊HFSS>Boundaries>Assign>PerfectE。在理想邊界設(shè)置窗口中，將理想邊界命名為PerfE_Patch。創(chuàng)立切角。創(chuàng)立供貼片天線相減的切角時(shí)，首先在坐標(biāo)原點(diǎn)處創(chuàng)立三角形，然后將其移動(dòng)到方形貼片的頂點(diǎn)處。在菜單欄中點(diǎn)擊Draw>Line。輸入點(diǎn)的坐標(biāo)：X：0，Y：0，Z：5；X：-16，Y：0，Z：5；X：0，Y：32，Z：5；X：0，Y：0，Z：5。Edit>Select>ByName，選擇Cut。在菜單欄中點(diǎn)擊Edit>Arrange>Move。輸入點(diǎn)的坐標(biāo)：X：0，Y：0，Z：0；dX：16，dY：-16，dZ：0。可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)復(fù)制創(chuàng)立另一個(gè)切角。在菜單欄中點(diǎn)擊Edit>Duplicate>AroundAxis。將軸設(shè)置為Y軸，旋轉(zhuǎn)角度為180deg。將切角的名字改為Cut_1。選擇Cut_1。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=0,dY=0,dZ=10。用Patch將切角減去。在菜單欄中點(diǎn)擊Edit>Select>ByName,在彈出的窗口中利用Ctrl鍵選擇Patch、Cut和Cut_1。在菜單欄中點(diǎn)擊3DModelean>Boolean>Subtract,Subtract窗口：BlankParts：Patch；ToolParts：Cut，Cut_1；Clonetoolobjectbeforesubtract復(fù)選框不選。這樣三角形貼片就建成了?；蛘邉h掉矩形貼片，重新創(chuàng)立一個(gè)三角型貼片。最后定下的三角形尺寸為：X：-20，Y：-11.2375，Z：5；X：-20，Y：11.2375，Z：5；X：0，Y：22.5，Z：5。饋電探針位置：X：0，Y：4，Z：0。五．實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其截圖1.建模完成：2.模型細(xì)節(jié)：三角貼片 3.確認(rèn)設(shè)計(jì)，通過(guò)ValidationCheck：4．原三角形貼片的S參數(shù)曲線：5.原矩形貼片的2D遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖：6.不斷修改三角貼片形狀與饋電位置以使工作頻