HFSS；WLAN微带天线；双频；贴片

哈尔滨工业大学毕业设计（论文）第2章微带天线的基本理论与方法2.1微带天线的基本理论微带天线是由贴片贴在地板上，附加形成的一种天线模式，而且他通过同轴反馈和背带线，反馈两种模式形成不同的激励电磁场而且在地板与导体之间相应的缝隙中能够产生一定的辐射。更多的电磁波体现在该缝隙之间。介质的几片一个表面上贴着一块辐射的贴片是最基础的设计模型。如下图2-1所示。图2-1微带天线模型以上是关于微带天线的定义，那么微带天线的原理如下：2.2微带天线的辐射原理图2-2最简单的矩形贴片模型图2-3矩形贴片的线元图和辐射测试图微带天线本身通过缝隙形成的辐射状态，而且对其辐射产生的效益我们通常将其定义为导体边缘与导体边缘与外边缘产生的辐射范围。而且该种范围可通过图2-2所示来说明。一些简单的矩形贴片上利用相应的模型计算半波场而贴片长度约等于半波长。宽度用W来表示。而厚度则是为h用来表示介质基片辐射过程产生的辐射单元在介质基片和家地板之间进行不断的生成电磁波。背带传输线模型在电阻为λg/2的长度下英雄传说而且在传输的两个通过整体的线路呈现的看路状态为断路。因为λg/2还没有任何情况下整体的设计方案是沿着三维立体方向的y方向和正方向进行不断延展。在整体的主动模式控制下电源主要是为了传输时供应电在整体的电场结构方向上根据传输导线电厂能够从图中看出波长的贴片方向存在着电场的分布。从2-3看出并为之改变。且对于辐射效应产生的根本问题是根据电磁引发的贴片周围电路断路现象。而在断路端口方向上对于电场能够分解Y方向和Z方向两个。贴片长度为λg/2时可以进行更好的传输。因为两个方向上在整体的轴分量上呈现相反的方向。在电池的产生过程中就可以与产生原厂的正面效应产生互相抵消的效果。于是最终的结果都呈现在y轴分量上。实验结果也体现了合场强增加在整体的辐射效应上垂直方向上的z轴表现得更为明显。且结果也能得出相应的结论就是电场分布的平面可以无限大扩展，在整体的电路两端根据电磁量的分配形成的分量距离为为λg/2，地板上以空间辐射模型辐射出来的空隙在两个缝隙上产生的不同宽度基于厚度尺寸大小为h，x轴的尺寸为W，如上图2-3所展示，戒指层面上的电场方向主要呈现的是x轴与y轴方向上的不断延续。而且在两个方向上随着方向的改变形成的辐射效果与微带天线产生的效果等同。2.3微带天线的馈电方式无线电磁波的传播初入口是微带天线具有的特点而且通过反馈的模式在与发射机末端形成回路。整体的接收与发射之间通过链接的形式实现回路的反转，而且对于端口的链接最线是整个接收的渠道，在发射机信息方面连接着整个电路的重要通道。农场的亏电方式可以按照相应的形式划分，主要分为微带线馈电方式，电磁耦合配电方式和同轴线馈电方式，对其三种中的定义犹如以下几点：1.微带线馈电侧方馈电也成为微带线馈电通过线传输的方式来实现反馈而且该方式具有的优点就是制作简便能通过更加简便的方法把贴片单元进行雕刻更好地与底线结合。它的缺点就是所作用的面积很大，在组抗配置电路上不能因为体积优势获得人们的青睐。在微带天线与天线同处平面上微带天线所产生的反馈环节对自身的辐射效应会在一些方向的效果上产生一定的干扰。而且整体的测试环节也比较困难。同轴线的过滤方式采验的是本身激励方法，但是增加激励就会导致天线的体积过大。2.同轴线馈电背馈电也叫做同轴线馈电，在整体的实际应用中相对于其他配电方式应用的范围很广。而且本次文章也采用该种方式进行研究。这种馈电的方式在微带贴片上有很多的优点，一般是通过亏电点的位置来随意摆放，并且能够更好地调节来达到更好的匹配效果。且对于接地基板下面同酬线的安放问题一般是处于两个基地板的侧面。这样的话就可以让天线的碎片单元减少恶化。在亏电的位置上对于所需要的操作进行进一步的分析一般通过添加电阻的方式形成微贷的线反馈。而且在整体操作过程中就可以减少微带天线的体积。通州县的馈电方式，因为一些基层效果不理想，产生的设计结构不能达到预期效果。整体的焊接上也比较困难。更多方式上因为焊接不均匀产生的辐射效果不理想，从而降低整体的效应。3.电磁耦合馈电这种馈电方式在设计结构上不需要进行接触，而是通过一些电磁耦合的方式形成亏电在微带天线的贴片安装上位于同一个表面层次它具有的特点就是电磁耦合馈电贴近方式的馈电可以形成自身的馈电电线。而且也能通过圆形来形成相应的耦合效应。在天线之间的电磁波性质设计方面可以更好地进行层与层之间的连接问题。很大程度上因为交大的宽带产生更多的驻波比。而且在配电电线上增加谐音的技术来优化阻抗。2.4微带天线的分析方法微带天线的工作，最基本的问题就是解决了空间上的电磁场。了解在立体空间上所产生的方向效应而且通过增议的方式对输入组抗的相关特性指标进行一定规划并符合设计要求。微带天线的理论分析大致可以将其分为三大类。而且最容易的模型理论是在传输线的封面上进行研讨的大多数是通过举行的微带天线用更多的微带贴片。在要求上有更高的空腹模型理论通过更加有效的方法，让任何形状的贴片都能够适应于这种局限性，而且波长远远大于h的情况下。计算复杂的全国理论在最严格的情况下计算数值分析。在微带天线的结构基础上通过传输问题更好的解析。很多微带天线都是可以通过全波理论进行试验，而且根据模型精度和激励的限制，在整体的设置上也会受到诸多的阻碍。从数学角度来看，微在天线对于整体的结构体现的是一维方向上的传输馈电方向，而且到二维时整体的设计又大了，难度甚至对于三维的变化计算量也会随着设计难度的增加而加大。2.5微带天线的极化电磁波极化的方向也是电场中矢量的方向通过空间上的一点将其进行电磁波的极化。顺着方向形成的传播方向，在整个空间过程中形成一定的轨迹，该方向是随着时间变化而逐渐形成的形成的北京一般有圆形椭形和直线行，并且将它们分别要做直线型极化原型极化和椭圆形极化。

微波天线的极化是可以通过电磁波的极化来进行一定的确定根据最大方向产生的增益状况来确定发射电磁波的极化程度，而且通过微博天线的终端接收电磁波的强度在最大范围内能够影响到电磁波的极化。微波天线通过极化的方向将其分为很多种，一般在线性极化和圆极化天线中运用的最多。而且在传播过程中本身的极化方向不会受到旋转电波的变化，而变化，电场中的大小也不会随之而改变，这种变化的圆极化称为圆极化波。通过终端方向获得的最大功率来得到电磁波的最大范围，而且通过方向入射得到电磁波的极化角度。根据不同电线，所产生的极化划分将其分为限行几化和圆形极化而且现如今船舶的旋转电波往往根据旋转方向被列为椭圆形极化。在微博添加的终端通过最大功率的传输过程上整体的传输能够按照顺时针或逆时针的方向进行不断传导。微波天线在接收信号的过程中根据计划特性在相应的接受方面上利用垂直波作为接收条件通过十旋极化特性，接收到不同的计划，本而且现现接收计划特性，在整体的极化方向上，因为不就会产生不同的极化损失，根据不同方向上的正交和船舶极化方向上带来的能量，可以让更多天线在任何能量过程中都无法接收到波的来源，也会与接收天线极化产生距离。2.6微带天线的电路参数在天线从桉树的角度上来看，主要是将微带天线看做成一个可并联的结构通过某种电器可性来反映某种电路元件在传输时所表现出来的特征，而且具体的参数为长度是L，宽为W，特性阻抗是z：1.输入阻抗馈电点随着微带天线的方向上进行不断的设置而且在整体的设置，在整体的方向上规定亏电点的电压和电流呈现的是正相关的关系，在整体的微带天线设计方面通过亏电系统而形成的天线与微带天线之间的波导形成的电路模型相连接。一般情况下，在整个设计的过程中，对于最大说功率和最大输入功率应当按照技术指标去设计。前者最大传输功率的传输一般是无反射的匹配方式。而后者最大输入功率则是通过共辄的匹配方式达到。在两种功率设计的同时先要做的是确认阻抗。而在匹配方式上也要合理地选取该电路所适合的工作环境。2.辐射阻抗等离磁场的情况下，在很多方向上的参数通过平均波印延计算电磁辐射的总功率pr，即（2-1）其中I0是电流的时间峰值。该公式主要为了反映天线在整体的结构过程中辐射能力是通过辐射元器件实现的，而且阻抗的存在，在一定程度上影响了辐射效率。3.天线效率能量转换的器件在是设计上主要体现的就是天线而且他能实现自由空间的不断转换在电路方向上通过电磁波的能量转化为传播过程中所需要的能量在整体的效率问题，通过能量转化而提高了整体的工作状态。微带天线的效率计算公式如下：其中，Pr辐射功率；Pc损耗功率，这里一般指的是贴片；Pd损耗功率，通常指介质板；Psur波损耗功率，一般指的是表面上的损耗。2.7微带天线的辐射性参数终端开路这样的微带线路作为整体的辐射器在辐射参数要求上也要满足相应的设计需求。主要要求的参数有以下几种：1.方向图从理论上来看微波，天线是一个成具有方向性的贴近，而且不同方向上带来的辐射功率也不同，根据密度的状态在整体接收和传入方面产生电磁波的响应也不同。2.频带宽度据系统的建议对于中心处的频率方向上美术更加满足，要求的模型在人们设计过程中频率应该远离中心处设置。而且电性能的效果就会因为距离的问题有所降低。现如今在电线能下降到们所需要的数值，被称为宽度（这里一般用3dB）。3.3dB的波束宽度、第一个零点的波束宽度3dB的波数宽度在最大程度上形成了方向上的功率效应而且在平面之内也可以形成一定的图像，在整体的辐射效果强度撞到所需要的范围之间时，所形成的方向夹角宽度。这里我们的最大值一般设置为一和二。平面之类的宽度可以通过计算公式来进行一一化解。并且对θ求解得到。这里的Rm（θ）和R（θ）都是归一化值。（2-2）4.E面、E面的方向图、H面和H面的方向图首要知道的就是E面和H面这两个概念在两个方向上形成的方向图都是极化天线无关而与线级化有关。在电磁场方向的参数问题通过最大的辐射量形成的表面一般被叫做E面的方向图。而且该坐标系中相应的曲线图设置的角度为φ=90或者180´时的(Rθ)曲线图。其中这两个角度形成的最大辐射方向我呈现的表面被叫做H面。H面上的在特定的坐标系中当φ=90或者270°时的R（θ）曲线图。5.波瓣图相乘原理不是单元不能满足具体的指标在整体的辐射状况下，根据辐射的要求考虑更多现如今形成阵列的问题在单元要求状态下能够按照波瓣图通肠道原理将其进行设置定义而且具体满足的是在阵列相同的位置产生幅度相同而给予不同的数值乘积。2.8HFSS简介课程设计的微带天线使用的v带结构是同轴线馈电方式而且在整体的软件仿真上通过HFSS工程你行模拟驱动在整体的辐射长区域上进行数据计算，而且通过辐射边界表面和pml边界表面相应参数设置可以更加保证整体的设计能够在稳定的参数范围下计算更加准确。辐射源在整体的设置上，要距离辐射边界更远一般采取的是四分之一个波长。对于辐射馈电产生的信号在输入和输出端口上设置模型内部的同轴馈线信号以更好地为整体形成激励方式。这种激励方式被称为集总端口激励。运行HFSS并新建工程：启动HFSS软件。HFSS运行后，会自动新建一个工程文件，选择主菜单【File】→【SaveAs】命令并保存为MSAntenna.hfss；，同时建立子名称HFSSDesign1，在单的选择命令窗口上【Rename】，重新命名Patch。日志求解类型并且根据驱动模型将当前的主菜单栏进行一定的选择。【HFSS】→【SolutionType】，打开如图1.2所示的SolutionType对话框，选中DrivenModal单选按钮，然后单击OK按钮，退出对话框，完成设置。设置创建模型的默认长度根据长度设置相应的单位为毫米。在整体的命令窗口上建立相应的菜单栏。【Modeler】→【Units】命令，打开“模型长度单位设置”对话框。在该对话框中，Selectunits项选择毫米单位（mm），退出模型建立过程中择【Tools】→【Options】→【ModelerOptions】命令，打开3DModelerOptions对话框，单击对话框Drawing选项卡，选中Drawing选项卡界面的Editpropertiesofnewprimitive复选框，然后单击“确定”按钮，退出对话框，完成设置。2.9本章小结本章主要对微带天线的基本知识作了概述。首先介绍了微带天线模型，从中了解了微带天线的原理，通过矩形贴片模型、矩形贴片的线元图和辐射测试图对微带天线的辐射原理进一步分析，通过三种馈电方式的优缺点来选择最佳的馈电方式。结合着电路参数、辐射性参数设计更好的分析方法，最后对操作软件HFSS进行简要阐述。

第3章WLAN微带天线的模型设计及仿真通过查找相应关于微带天线的资料对国外的一些研究学者资料进行借鉴学习关于微带天线的基本原理和操作软件的使用方法在整体的操作过程中建立物理模型通过数据参数来设计微带天线，将其设计出的结果通过软件HFSS仿真的形式呈现。3.1物理模型实验过程中做出基本假设对于传输线的方式一般可以将其分为两种假设情况。第一种则是在传输带由微电片和接地板组成的用来传输TEM波，而且传输的方向由馈电点决定波的方向。线段长度为≈g2，准TEM波的波长为ig°传输方向是驻波分布并且垂直方向为常数o(2)辐射缝是由竖线的两个开口端组成。而且开口端的长度为w宽度为h通过相应的径场设置开口端场强在v带片两端所延伸的面可以通过相应的口径看到缝平面。3.2辐射原理波长的长度远远大于微带天线中的尺寸而且在整个设计过程中采用的是共形设计，整个微带天线的剖面比较低，在空气带动性方面可以保证优良的特性。微带天线元可以看作是由传输线连接的两个不设缝而且将其辐射缝的宽度用W1和W2分别定义。这两种传输线为低特性阻抗服务。半个微带波长的长度为L，即g/2。缝隙是由两个地阻抗传输过程中形成的传输线路，而且在电场被分解的状况下两个状态分别为En垂直于接地板和E1平行与接地板。因为L=G2，可以在垂直方向上获得最大的辐射源也可以在水平方向上获得更大的辐射量。这样就使得垂直方向上和水平方向上可以相互抵消最终为零。缝平面面平行于接地面在水平电场的激励过程中产生的裂缝为Ey并均匀分布。通过磁流等效效应得知的是电磁场Ey与x方向相同。磁流密度在单位矢量中是沿着这方向进行延展的。考虑到平面反射所带来的磁场辐射原理根据其影响将其裂纹宽度h<s.且沿y向的y同样是常数，所以裂缝辐射与磁流强度Im等效。3.3微带天线的结构本次文章选用的微带天线结构为矩形而且根据其结构特征和一些等效电路传输模式等等将其设计的电路图其中社体的尺寸分别用参数LxW表示。Lx表示距离，一般指馈电点到近边的长度；h为厚度（介质基片）；tan做为角度的正切值，表示为基板损耗角；特征阻抗豫剧传输线的特性表示为Zc；Is作为终端导纳。1.特征阻抗Zc及等效介电常数zreAtwater归纳的公式如下:设，则:（3-1）（3-2）

在Wr=0.01-10，2=2-13时误差<1%。本公式中应用的Wr在实际使用的过程中超出一定的范围，而且通过实验以来验证此公式在整体的计算过程中产生的误差很小，能够给数据带来更准确的验证。实验中的直流相对介电常数是给出的口死。

2.在开路微带天线的等效长度公式上应用了对边缘福特槽的等效应是通过其来计算边缘辐射槽的等效延伸长度；在导纳的计算过程中将边缘辐射槽的等效来计算延伸长度。（3-3）（3-4）（3-5）（3-6）

（3-7）3.终端导纳：边缘福特槽特性通过终端导纳进行一定的描述，并且可以用公式表示成为，公式中的边缘长产生的等效容性电纳用公式的为表示；为单一辐射槽辐射能里的等效电导。

对于可应用公式:（3-8）上式中（3-9）微带天线尺寸的关系公式：（3-10）（3-11）

上式w和h为图中己知的微带天线尺寸参数，△为边缘辐射槽的等效延伸长度，为材料的介电常数。3.4微带天线的仿真微博天线在整体的设计上，具有很大的难度，而且涉及的参数越来越复杂，通过更高的电路指标设计出更多的电路尺寸，让电路所存在的功能符合任务，要求在整体的设计周期上也要满足任务也就是越短越好。

麦克斯韦方程组是用来为带天线的计算理论而且通过电磁场理论进行相应参数的计算在最基础的数值算法过程中通过一些时间数值和关键领域上的有限差分法，其中数值算法包括有有限元法，矩量法，差分法，边界元法和传输线祛。3.5本章小结本章主要介绍了WLAN微带天线的模型设计及仿真，选用最传统物理模型作出假设，从辐射原理了解到微带天线中的尺寸远远小于波长，剖面低才有利于共形设计，才保证优良的空气动力特性。通过微带天线的结构，根据相应的参数推导出特征阻抗Zc、边缘辐射槽的等效延伸长度、终端导纳、微带天线尺寸相应的公式。最后对电路的尺寸越来越小电路指标要求越来越高，电路的功能越来越多，而设计周期越来越短进行了分析。第4章WLAN微带天线的模型的设计检查与运行仿真分析4.1H仿真软件建模HFSS设置求解类型(DrivenModel)将其单位的设置一般为毫米，在操作软件中按住Tool选项，HFSSOption菜单中选择Duplicate，这种设置方法通常表示再复制一个图形的同时将其周围的边界环境也可以一起复制，有着连带的关系。（1）介质板的建立：180*160的尺寸，介电常数4.4，tan值为0.22。板材选择为FR4（2）没带天线的模型图包括建立子系统板，振子选择有源和无源两种。引向器为无源模式。还有通孔、微带、空气盒子等模型。完整的模型如图4-1所示：图4-1WLAN微带天线的模型图4.2仿真软件设计检查仿真软件HFSS的主菜单栏中点击【ValidationCheck】命令，此时会弹出一个页面，并且对所涉及的参数进行检查。任务1为4-2所示，任务2、任务3以此类推。此时，检查结果的对话框会弹出并如图4-3所示。根据显示出的结果，我们知道该仿真软件HFSS在设计参数方面上数据正确，而且显示的结果完整。图4-2创建任务图4-3检查结果显示4.3查看天线谐振点天线信号端口的回波损耗的扫频分析，结果可以通过天线谐振点进行查看。我们通常将这种回波损耗用S11表示。（1）点击工程树下的Results节点并右击，此时弹出一个对话框。并且在相应的菜单栏中选择【CreateModalSolutionDataReport】→【RectangularPlot】命令。此时对话框弹出的是报告设置窗口由图4-4表示。（2）在该对话框中，确定左侧Solution项选择的是Setup1:Sweep1，Domain项选择的是Sweep，右侧X项选择的是Freq；在右侧的Category栏选中SParameter，Quantity栏选中S(P1，P1)，Function栏选中dB；然后单击“NewReport”按钮，吃完香油的参考后点击关闭对话框”close”。图4-4“报告设置”对话框（3）据上述结果，可以看出生成的图形，如丝杠三所示而且回波损耗s11在整体的扫描曲线中呈现的赫兹范围为1.5～3.5GHz。（4）如图4-5中的回波损耗S11扫描曲线在整体的呈现过程中单击工具栏标记最小值将其记录为m1，并且根据图中显示的数据可以知道最小值当时的频率2.45GHZ此时的回波损耗最小而且最小值约−16.693dB。图4-5S11扫频曲线4.4变量Length、Width扫描分析图4-6不同Length对应的S11曲线图从图4-6的曲线中可以看出回波损耗的趋势。当微波天线的宽度固定时整个谐振点随着长度的减少而变变大从图4-6的S11曲线报告可以看出，微带天线的谐振频点随着微带贴片长度Length的减小而变大。当Length=29.45mm，Width=41.4mm时，谐振频点约为2.45GHz。当Length=79.32mm，Width=67.9mm时，谐振频点约为5.0GHz。4.5查看驻波比图4-7电压驻波比报告图在VSWR报告图中，查看Length=29.45mm，Width=41.4mm的电压驻波比曲线，在2.4GHz和2.5GHz位置做标记，可见在2.4～2.5GHz频段，VSWR<1.7481。4.6本章小结本章是在前两章分析概论后对整个模型的设计检查与运行仿真分析，主要通过HFSS完成了H仿真软件建模，然后对仿真软件内部的参数进行数据检查，首先确保可以正确创建任务，结果显示OK。其次查看天线谐振点，主要是看看天线信号端口回波损耗（即S11）的扫频曲线报告。，结果为S11在1.5～3.5GHz，单击扫频曲线最小值m1时，频率2.45GHz时，S11最小，S11最小值约为−16.693dB，扫频曲线生成。其次在变量Length、Width扫描分析中我们知道当微带贴片的宽度固定时，