微带天线仿真设计(5)讲述

1、太原理工现代科技学院 太原理工大学现代科技学院 微波技术与天线 课程设计 设计题目：微带天线仿真设计（5）专业班级 学 号 姓 名 指导老师 装订线专业班级 学号 姓名 成绩 设计题目：微带天线仿真设计（5） 一、设计目的： 通过仿真了解微带天线设计 二、设计原理： 1、微带天线的结构 微带天线是由一块厚度远小于波长的介质板（成为介质基片）和（用印刷电路或微波集成技术）覆盖在他的两面上的金属片构成的，其中完全覆盖介质板一片称为接触板，而尺寸可以和波长想比拟的另一片称为辐射元。 微带天线的馈电方式分为两种，如图所示。一种是侧面馈电，也就是馈电网络与辐射元刻制在同一表面；另一种是底馈，就是以同轴线

2、的外导体直接与接地板相连，内导体穿过接地板和介质基片与辐射元相接。 微带天线的馈电 （a）侧馈 （b）底馈 2、微带天线的辐射原理 用传输线模分析法介绍矩形微带天线的辐射原理。矩形贴片天线如图： 设辐射元的长为L，宽为，介质基片的厚度为h。现将辐射元、介质基片和接地板视为一段长为L的微带传输线，在传输线的两端断开形成开路，根据微带传输线的理论，由于基片厚度hInsert HFSS Dessign，建立一个新的工程。 2、设置求解类型 （1）在菜单栏中点击HFSSSolution Type。 （2）在弹出的Solution Type窗口中 （a）选择Driven Modal。 （b）点击OK按钮

3、。 3. 设置模型单位 将创建模型中的单位设置为毫米。 （1）在菜单栏中点击3D ModelerUnits。 （2）设置模型单位： （a）在设置单位窗口中选择：mm。 （b）点击OK按钮。 4、创建微带天线模型 （1）创建地板GroundPlane。在菜单栏中点击DrawRectangle,创建矩形模型。在坐标输入栏中输入起始点的坐标：X：-45，Y：-45，Z：0按回车键。在坐标输入栏中输入长、宽：dX：90，dY：90，dZ：0按回车键。在特性（Property）窗口中选择Attribute标签，将该名字修改为GroundPlane。 （2）为GroundPlane设置理想金属边界。在菜单

4、栏中点击EditSelectBy Name。在对话框中选择GroundPlane，点击OK确认。在菜单栏中点击HFSSBoundariesAssignPerfect E。在理想边界设置窗口中，将理想边界命名为PerfE_Ground，点击OK确认。在3D模型窗口中将3D模型以合适的大小显示（可以用Ctrl+D来操作）。 （3）建立介质基片。在菜单栏中点击DrawBox或者在工具栏中点击按钮，创建长方体模型。在右下角的坐标输入栏中输入长方体的起始点位置坐标：X: -22.5，Y：-22.5，Z：0。按回车键结束输入。输入各坐标时，可用Tab键来切换。输入长方体X、Y、Z三个方向的尺寸：dX：45

5、，dY：45，dZ：5按回车键结束输入。在特性（Property）窗口中选择Attribute标签，将该名字修改为Substrate。点击Material选项后面的按钮，将材料设置为Rogers R04003。点击Color后面的Edit按钮，将颜色设置为绿色，点击OK确认。 （4）建立贴片Patch。在介质基片上创建贴片天线。在菜单栏中点击DrawRectangle,创建矩形模型。在坐标输入栏中输入起始点的坐标：X：-16，Y：-16，Z：5按回车键。在坐标 输入栏中输入长、宽：dX：32，dY：32，dZ：0按回车键。在特性（Property）窗口中选择Attribute标签，将该名字修改

6、为Patch。点击Corlor后面的Edit按钮，将颜色设置为黄色，点击OK确认。 （5）为Patch设置理想金属边界。在菜单栏中点击EditSelectBy Name。在对话框中选择Patch，点击OK确认。在菜单栏中点击HFSSBoundariesAssignPerfect E。在理想边界设置窗口中，将理想边界命名为PerfE_Patch，点击OK确认。 （6）创建探针Pin。在菜单栏中点击DrawCylinder。在坐标输入栏中输入圆柱中心点的坐标：X：0，Y：-8，Z：0按回车。在坐标输入栏中输入圆柱半径：dX：0, dY：0.5，dZ：0 按回车键。在坐标栏中输入圆柱的高度：dX：0

7、，dY：0，dZ：5；按回车键结束输入。在特性（Porperty）窗口中选择Attributr标签，将该圆柱的名字修改为Pin。点击Material后面的按钮，将材料设置为pec。利用快捷键Ctrl+D将模型调整至合适大小。 （7）创建端口面Port。在菜单键中点击DrawCircle。在坐标输入栏中输入圆心点的坐标：X：0，Y：-8，Z：0按回车键。在坐标输入栏输入半径：dX：0，dY：1.5，dZ：0按回车键。在特性（Property）窗口中选择Attribute标签，将名字修改为Port。 （8）用GroundPlane 将Port减去。在菜单栏中点击EidtSelectBy Name,

8、在弹出的窗口中利用Ctrl键选择GroundPlane和Port。在菜单栏中点击3D ModelerBoolean Subtract ,在Subtract窗口中做以下设置：Blank Parts：GroundPlane；Tool Parts：Port；选中Clone tool objects before subtract 复选框。点击OK按钮结束设置。 5、创建辐射边界 创建Air，在菜单栏中点击DrawBox,创建长方体模型。在右下角的坐标输入栏中输入长方体的起始点位置坐标：X：-80，Y：-80，Z：-35；按回车键结束输入。输入长方体的尺寸：dX：160，dY：160，dZ：70按回车

9、键。在特性（Property）窗口中选择Attribute标签，将长方体的名字修改为Air。在菜单栏中点击EditSelectBy Name 。在对话框中选择Air，点击OK确认。在菜单栏中点击HFSSBoundariesRadiation。在辐射边界窗口中，将辐射边界命名为Rad1，点击OK按钮。 6、设置端口激励 在菜单栏中点击EditSelectBy Name，选中Port，在菜单HFSSExcitationAssignLumped Port。在LumpedPort窗口的General标签中，将该端口命名为p1，点击Next。在Modes 标 签中的Integration line zh

10、ong点击None，选择New Line，在坐标栏中输入：X：0，Y：9.5，Z：0；dX：0，dY：-1，dZ：0。按回车键，点击Next按钮直至结束。 总透视结构图 1.接地板GroundPlane：90mm*90mm 2.介质基片Substrate:45mm*45mm*5mm，,材料RogersR04003。 3.贴片天线Patch:32mm*32mm 4.探针Pin半径0.5mm*高5mm,材料Pec。 5.端口面Port半径1.5，最后用GroundPlane将Port减去。 6.空气框Air160mm*160mm*70mm,将辐射边界命名为Rad1。 7.馈电点距Patch中心8m

11、m处。 7、求解设置 为该问题设置求解频率及扫频范围 （a）设置求解频率。在菜单栏中点击HFSSAnalysis SetupAdd Solution Setup。在求解设置窗口中做以下设置：Solution Frequency ：2.45GHz；Maximun Number of Passes：15； Maximun Delta S per Pass ：0.02。点击OK结束。 （b）设置扫频。在菜单栏中点击HFSSAnalysis SetupAdd Sweep 。选择Setup1，点击OK确认。在扫频窗口中做以下设置：Sweep Type：Fast；Frequency Setup Type：

12、Linear Count；Start :2.0GHz；Stop：3.0GHz；Count：400；将Save Field复选框选中，点击OK确认。 8、设置无限大球面 在菜单栏中点击HFSSRadiationInsert Far Field SetupInfinite Sphere。在Infinite Sphere标签中做以下设置：Phi：Start：0 deg，Stop：180deg，Step：90 deg；Theta：Start：0 deg，Stop：360 deg，Step：10 deg。点击OK确认。 9、确认设计 10.、保存工程 在菜单栏中点击FileSave As,在弹出的窗口中

13、将工程命名为hfss_Patch,并选择保存路径。11、求解该工程 在菜单栏点击HFSSAnalyze。 五、仿真图与分析 1.完整的结构透视图 （1)实验图(原) （2）改变数据后的图 2.端口激励设置图 3.反射系数 （1） 原 (2) 改变后 分析: 反射系数没有多大改变 带宽为2.4-2.35= 0.5GHZ 4、3D polar plot （1）（原） （2） 改变后 5. Data table （1）（原） （2）改变后 由数据可知， 最大辐射方向为160度 8.曲线图 （1）原 （2）改变后 9、方向图 （1）原 （2）改变后 六,小结 讨论了微带天线的设计原理,分析了不同形状对微带天线的性能影响。设计了圆极化的微带天线.利用HFSS软件建立天线模型，得出了天性特性的仿真曲线，与理论设计值吻合较好。说明了本设计的有效性。 七.实验感想 通过这次设计，获益匪浅。首先学会了HFSS的基本操作，对这个软件有了基础的了解， 觉得这个软件的功能真的很强大，很不可思议。HFSS的使用很简单，只是功能较多，界面