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1、Course Project题 目： 微带天线阵列设计 专 业： 年 级： 研究生5班 学 号： 姓 名： 课程老师： 李兆龙 完成日期： 14年 12月 4日 一 设计背景 在意识到社会道路交通伤害和经济成本,公路运输专业人士研究并提出了智能交通系统,并在系统中提出了多功能收发器，分为雷达模式和广播模式。设计了研究了5.9Ghz专用短程通信系统应用程序的实验模型来证明和展示了该收发器。用了一双微带阵列天线来增加发射和接收通道之间的隔离。下面是对微带天线的仿真。 天线的主要特性参量包括:方向图、主瓣宽度与副瓣电平、方向性系数与增益、极化、输入阻抗、频带宽度等。二 设计要求根据文章中的模型参数指

2、标，设计一个微带贴片天线及相关阵列，观察其辐射频段，天线输入阻抗特性（S11）和辐射方向图，中心频率增益的大小，检验与文章中的指标是否一致。微带贴片天线尺寸开始设计之前我们先对微带贴片天线天线的尺寸和变量进行定义。三 设计过程本次的微带贴片天线设计主要是采用HFSS软件仿真设计。3.1 新建设计工程和添加、定义设计变量首先通过HFSS新建工程并且设置求解类型为Diven Modal和设置当前设计在创建模型时使用的默认长度单位为mm，如下图：设置求解类型设置长度单位3.2 设计建模微带天线模型3.2.1 创建参考地在建模相关选项设置和参考地设置好后,在主菜单栏选择Draw-Rectangle命令

3、，创建矩形面模型。然后对矩形面属性进行设置。具体设置如下：3.2.2 创建介质板层首先通过菜单栏中的【draw box】命令，建立介质板和真空腔模型。具体参数设置如下图所示：介质板的参数设置图真空腔参数设置创建的介质板模型3.3.3 创建微带贴片在Z=0.508mm的XOY面上创建一个宽26mm，长16.6mm的矩形面作为微带贴片，并为其分配理想导体边界条件。3.3.4 设置端口激励把同轴线的端口面设置为负载阻抗为50的集总端口激励。先选中同轴线的端口面，之后通过快捷菜单栏中的【Lumped Port】命令，将其命名为1，并且确认端口阻抗为50，再点击下一步，在打开的对话框中单击Integra

4、tion Line项下边的None,在其下拉选项中选择New Line，设置集总端口的积分校准线。具体设置如下图所示：集总端口设置对话框然后再通过HFSS中的【Design Properties】命令来添加和定义设计变量，如下图所示：定义的所有设计变量3.3.5 将微带天线的外表面设置为理想导体边界条件因为微带天线的各个壁都是金属材质的，所以我们这里需要把微带天线模型外侧表面设置为理想导体条件（Perfect E）。我们通过【By Name】命令，选择所需面，并且执行【Perfact E】命令。这样就将选中的表面的边界条件设置为理想导体边界了。3.3.6 设置辐射边界条件使用HFSS分析天线问

5、题时，需要设置辐射边界，且辐射边界表面距离辐射体需要不小于1/4个工作波长，然后将该模型的所有表面都设置为辐射边界条件。首先我们通过主菜单的【Box】命令，创建个长方体。将其命名为Box，并且将其透明度设子为0.8，具体的参数设置如下图所示：Box参数设置长方体模型建好后，选中该模型，在快捷菜单中选择【Radiation】命令，将辐射的边界条件设置为Radiation Only。这样就完成了边界条件的设置。这时建模完成，最终微带贴片天线的模型如下图所示：最终微带贴片天线模型图3.4 求解设置天线的中心工作频率为5.9Ghz，所以求解频率设置在5.9Ghz频点。扫频范围我们设置为5.0Ghz7.

6、0Ghz。选择快速扫描类型，分析天线在5.0GHz7.0GHz频段的回波损耗或电压驻波比。3.4.1 求解频率和网格剖析设置右击单击工程树下的Analysis节点，选择Add solution setup命令，在对话框中Step Name项名称Steup1.设置求解频率为5.9Ghz，自适应网络部分的最大迭代次数为20，收敛误差为0.02,其他项保持默认设置。设置图如下所示： 求解设置和网格剖分设置3.3.2 扫频设置右击Setup1，选择【Add Frequency Sweep】，打开Edit Sweep对话框，进行扫描设置。扫频频率范围为5Ghz7Ghz，频率步进为0.02Ghz。，具体设

7、置如下图所示：扫频参数设置3.4 设计检查通过前面的操做，我们已经完成了模型创建和求解设置等HFSS设计的前期工作。在运行仿真计算之前，通常需要进行设计检查，确认设计的完整性和正确性。在这里我们是通过主菜单栏中的【Validation Check】命令来完成的，在对话框中每个选项的前面都显示正确的图标，就是表示设计完整。如下图所示：设置检查结果通过上图我们已经可以确认设计是完整和正确的。我们可以开始运行仿真计算。四 仿真结果与结论 在仿真计算完成后，我们就可以查看各种仿真结果图了。4.1天线输入阻抗特性图通过快捷菜单栏中的【Create Modal Solution Data Report】【

8、Rectangular Plot】命令，打开报告设置对话框，具体设置如下图所示：S11扫频图结果报告设置对话框我们可以生成天线输入阻抗特性（S11）的扫频结果图。从分析结果中我们可以看出，5.9Ghz时，S11的值约为-20dB。如下所示：S11的扫频曲线4.2查看电压驻波比右击results节点，选择rectangular plot命令，打开报告设置，生成报告图，具体如下图：电压驻波比曲线4.3 辐射方向图4.3.1 立体方向图绘制按下（a）设置绘制场强方向图，可得三维场强方向图（b）。（a）（b）4.4 查看S11参数的smith圆图结果右击工程下的results 选择smithchart

9、命令，打开报告设置对话框，单击new report 生成下图所示S11参数smith圆图报告。S11 参数的smith圆图结果五、构建天线阵5.1 构建1*2天线阵在以上工作的基础上，构建1*2天线阵，馈电网络采用二端口功分器。5.2 构建1*4天线阵1*2天线阵完成后，构建1*4天线阵，基本方法同1*2天线阵相同，馈电网络以二端口功分器为基础，扩展到四端口（一分四）。5.3构建2*4天线阵2*4天线的构建，是将两个1*4天线阵连接起来，然后根据文章给的参数和曲线调节尺寸和间距参数，进行仿真，使其不断逼近论文中曲线，但由于不断学习的时间消耗较多，本部分没有能完成。六 心得总结 通过这几个星期的project 的练习，学到了不少知识，并