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基于HFSS的不同形状微带贴片天线的仿真设计

基于HFSS的不同形状微带贴片天线的仿真设计
基于HFSS的不同形状微带贴片天线的仿真设计

2008年11月

吉林师范大学学报(自然科学版) .4第4期Journal of Jilin Normal University (Natural Science Edition)Nov.2008

收稿日期:2008 07 27

作者简介:张天瑜(1980 ),男,江苏无锡人,现为无锡市广播电视大学机电工程系讲师,江南大学硕士.研究方向:通信、电工电子、控制、小波领域的研究.

基于HFSS 的不同形状微带贴片天线的仿真设计

张天瑜

(无锡市广播电视大学机电工程系,江苏无锡214011)

摘 要:微带贴片天线的贴片形状是影响天线性能的重要因素.通过HFSS 软件对矩形微带贴片天线和圆形微带贴片天线进行设计与仿真,比较了两种不同形状贴片天线的尺寸以及各自的S 参数图、方向图和输入阻抗图.仿真结果表明两种微带贴片天线都存在带宽过窄的问题.综合考虑天线的各项性能指标,矩形微带贴片天线要优于圆形微带贴片天线.

关键词:微带贴片天线;S 参数;方向图;输入阻抗;HFSS 仿真

中图分类号:TN 823 文献标识码:A 文章编号:1674

3873 (2008)04 0121 051 引言

微带贴片天线是一种使用微带贴片作为辐射源

的天线,它具有剖面低、体积小、重量轻、可共形、易

集成、馈电方式灵活、便于获得线极化和圆极化等优

点.目前已在移动通信、卫星通讯、导弹遥测、多普勒雷达等许多领域获得了广泛的应用.其中贴片的形状是影响天线性能的重要因素之一,它直接影响着天线的带宽、频率、增益等指标.在微带贴片天线的

设计过程中,由于多项技术指标是互相联系、互相影响的,所以需要对天线的性能指标进行综合考虑,从

而来选择符合实际需要的贴片形状[1 5].本文通过Ansoft 公司的HFSS 软件分别对矩形和圆形两种常见的微带贴片天线进行设计和仿真,并对其天线性能进行了比较与分析.2 仿真设计2.1 HFSS 仿真软件的介绍高频结构仿真器(High Frequency Structure Simu lator,HFSS)是一款界面友好、功能完备、采用有限元法的三维全波电磁场仿真软件,可分析仿真任意三维无源结构的高频电磁场,能直接得到特征阻抗、传播常数、S 参数及电磁场、辐射场、天线方向图等结果.它广泛应用于航空、航天、电子、半导体、计算机、通信等多个领域,具有以下特色功能:(1)用户可以

通过交互式界面输入高频元件或电路的几何结构、

材料类型、端口位置、端口特性阻抗定义线等参数.(2)可以按用户指定的精度计算多端口结构端口处的S 参数.(3)能以电场强度E 和磁场强度H 作为基本物理量,从麦克斯韦(Maxwell)方程出发,求解微波元件中的电场和磁场的分布和各种曲线及图形.(4)可以同时分析多个微波元件,即进行并行处理.(5)能够与频域/时域的电路仿真器Nexxim 和Ansoft Designer 实现动态链接,拥有方便的原理图集成和仿真数据的管理,具备功能强大而高效的电磁场设计流程.2.2 HFSS 仿真设计的过程(1)设定HFSS 软件运行参数,如设定解算类型、是否复制几何图形的边界、是否打开各工具窗口

等.(2)打开新的工程,并在工程中插入一个或多个

HFSS 设计(insert HFSS design).(3)根据天线设计时的技术指标以及计算所得到的天线参数,如天线的

尺寸、材料、激励、边界等,获得仿真天线模型[6].(4)

设置仿真天线模型的分析参数,如插入远场设置、解

算频率、起始频率、终止频率、扫频模式、扫描次数,

并进行校验分析.(5)根据仿真天线模型来获得天线

对应的特性图,如S 参数图、方向图、输入阻抗图.

2.3 矩形微带贴片天线的设计与仿真

设在接地板未开缝的情况下,中心频率f r =2.34G Hz,接地板的尺寸为50mm 50mm,介质板材料为FR4,相对介电常数 r =4.4,介质板的厚度h =1.6mm.矩形微带贴片天线的各参数通过下列公式计算[7]:!121!

W

2f r r+1

2

-1/2

c为光速W为贴片的宽度(1)

l=0.412h( r+0.3)(W/h+0.264)

( r-0.258)(W/h+0.8)

l为等效延伸长度(2)

L=g

2

-2 l L为贴片的长度(3)

e= r+1

2

+

r-1

2

1+

10h

W

-1/2

e为等效介电常数(4)

0=

C

f r

0为电磁波波长(5)

g=0

e

g为等效电磁波波长(6)

设辐射边界的长宽略大于接地板与介质板的长宽,其顶部高于贴片0/4.

GND尺寸:L c?L+0.2g L c为接地板的长度

(7)

W c?W+0.2g W c为接地板的宽度(8)建立坐标系,其中X轴代表微带天线的贴片长度,Y轴代表微带天线的贴片宽度,Z轴代表微带天线的贴片高度,则同轴馈线的位置为(!p,0,0).

其中!p=2

L -L?arccos5W

60

(9)

矩形微带贴片天线模型的参数设置如下所示:

GND(-25,-25,0)d x=50,d y=50,d z=0 rectangle pec

Sub(-25,-25,0)d x=50,d y=50,d z=1.6 box FR4#epoxy

Patch(-12,-8,1.6)d x=24,d y=16,d z=0 rectangle pec

Coax(-3.45,0,0)d x=1.15,d y=0,d z=-1.6 cylinder vacuum

Port(-3.45,0,-1.6)d x=1.15,d y=0,d z=0 circle

Coax#pin(-3.45,0,0)d x=0.5,d y=0,d z=-1.6cylinder pec

Probe(-3.45,0,0)d x=0.5,d y=0,d z=1.6 cylinder pec

Airbox(-35,-35,30)d x=70,d y=70,d z=-30box vacuum

通过计算可得,贴片的宽度W=24mm,贴片的长度L=16mm,由此贴片的面积为S=348mm2.

以上是采用背馈式的矩形微带贴片天线[8],利用HFSS软件进行仿真所得的天线模型,如图1(a)所示.

2.4 圆形微带贴片天线的设计与仿真

为了方便对照,设圆形微带贴片天线与上述的矩形微带贴片天线具有相同的中心频率、介质板材料、相对介电常数及介质板厚度[9].

在频率较低时(小于2GHz),圆形微带贴片天线贴片半径的计算公式为:

a=1.841c

2?f r r

(10)

在频率较高时(大于2GHz),圆形微带贴片天线的贴片半径还与介质板的厚度有关,其计算公式为:

a e=a[1+

2h

?a r(ln

?a

2h

+1.7726)]2(11)由于使用理论半径所设计出的天线无法满足天线的实际使用性能,所以圆形贴片的实际半径要比理论值大得多,并且需要通过不断调整仿真参数来满足天线的设计要求[10].通过多次调整与仿真,最后获得圆形微带贴片天线模型的参数设置如下: Sub(-23,-23,0)d x=46,d y=46,d z=1.6 box FR4#epoxy

GND(-23,-23,0)d x=46,d y=46,d z=0 rectangle pec

Patch(0,0,1.6)d x=17.7,d y=0,d z=1.6rect angle pec

Coax(-6.9,0,0)d x=0.9246,d y=0,d z=-1.6cylinder vacuum

Coax#pin(-6.9,0,0)d x=0.402,d y=0,d z= -1.6cylinder pec

Probe(-6.9,0,0)d x=0.402,d y=0,d z=1.6 cylinder pec

Port(-6.9,0,-1.6)d x=0.9246,d y=0,d z= -1.6circle

Cut(-6.9,0,0)d x=0.9246,d y=0,d z=0cir cle

通过计算可得:贴片半径a=17.7mm,则贴片的面积为S=983mm2.

以上是采用背馈式的圆形微带贴片天线,利用HFSS软件进行仿真所得的天线模型,如图1(b)所示.

2.5 两种微带贴片天线的性能比较

在矩形微带贴片天线与圆形微带贴片天线仿真模型的基础上,通过HFSS软件设置相关的分析参数,最终获得天线的特性图,包括S参数图,方向图以及输入阻抗图,它们分别如图2、图3和图4所示.

S参数是在波端口处电磁波的反射功率与入射功率之比,它和阻抗匹配有关,并且决定着驻波比.S 参数图是描述天线的S参数随频率变化的图形.一般认为S参数小于-10dB时,天线才能正常工作,此时的驻波比大致为2.绝对频带宽度定义为S参

! 122 !

图1 微带贴片天线的仿真模型

数小于-10dB 的频率范围.相对频带宽度定义为绝对带宽与中心频率之比.在图3(a)中,矩形微带贴片天线的中心频率为2.34GHz,上截止频率为2.38GHz,下截止频率为2.30GHz,绝对频带宽度为

0.08GHz,相对频带宽度为3.42%,S 参数的最低点

为-20.58dB.在图3(b)中,圆形微带贴片天线的中

心频率为2.32GHz,这是由于为了获得效果更好的

E 面与H 面的空间增益,导致天线的中心频率产生

了微小的偏移.其上截止频率为2.36GHz,下截止

频率为2.28GHz,绝对频带宽度为0.08GHz,相对

频带宽度为3.45%,S 参数的最低点为-39.55dB.方向图是用来表示天线的辐射参量随空间方位变化的图形.E 面和H 面分别反映了天线在XOZ 面和YOZ 面上的增益大小.通过图3(a)和图3(b)的比较

可以发现两种不同形状的微带贴片天线的对称性都较好,在Z 轴方向上,两者的辐射强度都达到最大值.其中矩形微带贴片天线的增益为2.069dB,圆形微带贴片天线的增益为1.013dB.由此可得,矩形微带贴片天线的E 面和H 面在Z 轴方向上辐射较强要强于圆形微带贴片天线,其方向性较圆形微带贴片天线更好.

天线的输入阻抗是天线馈电端输入电压与输入

图2 S

参数图

图3 方向图!123!

图4 输入阻抗图

电流的比值[11,12].输入阻抗图是描述天线的输入阻抗随频率变化的图形.当输入阻抗的虚部为零时,如果实部等于50#,则天线与馈线达到阻抗完全匹配,此时S参数可以达到很小.在图4(a)中,当矩形微带贴片天线输入阻抗的虚部为零时,实部为50 14#,并且在虚部接近零时,实部下降比较平滑,所以阻抗匹配很好.在图4(b)中,当圆形微带贴片天线输入阻抗的虚部为零时,实部为50.71#,并且在虚部接近零时,实部下降也比较平滑,所以阻抗匹配略逊色于矩形微带贴片天线.

通过对矩形微带贴片天线与圆形微带贴片天线的比较,可以得到以下结论:

(1)贴片形状的不同对微带天线的带宽影响不大,两种贴片天线的相对带宽都非常窄,在3.4%左右,这是微带贴片天线的一个重大缺陷.随着双模态滤波、多层缝隙耦合、双极化、半U型开缝等先进技术在扩频方面的不断发展,微带贴片天线的带宽将得到有效的扩展[13 15];

(2)在中心频率相同、介质板材料相同、相对介电常数相同、介质板厚度相同的前提下,满足天线设计要求的圆形贴片面积是矩形贴片面积的2.56倍,这样矩形微带贴片天线在尺寸上就更占优势;

(3)对比两种贴片天线的方向图可知,矩形微带贴片天线的增益是2.069dB;而圆形微带贴片天线的增益只有1.013dB,矩形微带贴片天线的方向性更具优势;

(4)不论是矩形微带贴片天线还是圆形微带贴片天线,其输入阻抗的频率特性都较好,两种天线与馈线都可以很好的达到阻抗匹配[16].

3 结语

随着EDA技术的飞速发展,HFSS已经成为微带天线设计人员不可缺少的工具.通过HFSS软件的仿真分析,可以直观地看出矩形微带贴片天线与圆形微带贴片各自的优缺点,在一般情况下(具体要求贴片形状的微带天线除外)矩形微带贴片天线相对于圆形微带贴片天线的优势非常明显,无论从贴片的尺寸大小还是增益上,矩形微带贴片天线都应是首选.随着扩频技术的发展,微带贴片天线的应用领域将会变得越来越广.

参 考 文 献

[1]钟顺时.微带天线理论与应用[M].西安:西安电子科技大学出版社,1991.

[2]王扬智,张麟兮,韦 高.基于HFSS新型宽频带微带天线仿真设计[J].系统仿真学报,2007,19(11):2603~2606.

[3]Chair R,Ki shk A A,LEE K https://www.sodocs.net/doc/3b888882.html,parative s tudy on the mutual c oupling between different siz ed cylindrical dielectric res onators antennas and circul ar mi

crostrip patch antennas[J].IEEE Trans ac tions on Antennas and Propagation,2005,53(3):1011~1019.

[4]Lee S,Woo J,Ryu M,et al.Corrugated ci rcular microstri p patch antennas for miniaturisation[J].Elec tronics Letters,2002,38(6):262~263.

[5]M ak C L,Luk K M,Lee K F,et al.Experimental s tudy of a micros trip patch antenna w i th an L shaped probe[J].IEEE Transacti ons on Antennas and Prop

agation,2000,48(5):777~783.

[6]Wang J J,Zhang Y P,Kai M C,et al,Circui t model of micros trip patch antenna on cera mic land grid array package for antenna-chip codesi gn of highl y in

tegrated RF transcei vers[J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation,2005,53(12):3877~3883.

[7]王 斌,曲新波,张宏苏.短路针加载矩形微带贴片天线的研究[J].军事通信技术,2006,27(4):58~61.

[8]栾秀珍,谭克俊,邰佑诚.小型矩形微带贴片天线的理论分析[J].大连海事大学学报(自然科学版),2002,28(2):66~68.

[9]伍 刚,张小平.基于腔模理论对圆形微带天线的研究[J].微计算机信息,2007,23(9):162~163.

[10]Verma A K,Nasi muddin.Analysis of ci rcular microstrip patch antenna as an equivalent rectangular micros trip patch antenna on is o/anis otropic thick sub

strate[J].IEE Proceedings Microwaves,Antennas and Propagati on,2003,150(4):223~229.

[11]Jaiss on D.Simple model for computing the input impedance of a rectangular patch antenna with elec tromagnetic coupling[J].IEE Proceedings Microwaves,

Antennas and Propagation,2005,152(6):476~480.

!

124

!

[12]Burum N,Sipus Z.Input impedance and mutual coupling of spherical rec tangular micros trip patch antennas[C].ICECom2003.17th International Confer

ence on Applied Electromagnetics and Communications,2003:209~212.

[13]Abunjaileh A I,Hunter I C,Kemp,A H.Applicati on of dual mode fi lter techniques to the broadband matc hing of micros trip patch antennas[J].IET Mi

crowaves,Antennas and Propagation,2007,1(2):273~276.

[14]Mati n M A,Sharif B S,Tsi menidi s C C.Dual layer stacked rectangular microstrip patc h antenna for ultra wideband applications[J].IET M icrowaves,An

tennas and Propagati on,2007,1(6):1192~1196.

[15]Gao S,Li L W,Leong M S,et al.A broad band dual polariz ed microstrip patch antenna with aperture coupling[J].IEEE Transactions on Antennas and

Propagati on,2003,51(4):898~900.

[16]丁 毅,王光明,苏文然.一种新型单层单贴片宽带圆形微带天线[J].弹箭与制导学报,2007,27(5):274~276.

The Simulation Design for Different Patch Shape of

Microstrip Patch Antenna Based on HFSS

Z HANG Tian yu

(Department of Mechanical and Electrical Engineeri ng,Wuxi Radio&Televisi on University,Wuxi214011,China)

Abstract:The patch shape of microstrip patch antenna is the important factor which affects the performance of antenna. The rectangular microstrip patch antenna and the circular one are designed and simulated with https://www.sodocs.net/doc/3b888882.html,parison has been made between the two different patch antennas,such as the size,S parameters chart,pattern and input impendance chart.The simulation result sho ws that the bandwidth of two microstrip patch antenna is too narrow.By comprehensive consideration of each performance index,the rectangular microchip antenna is better than the circular one.

Key words:microstrip patch antenna;S parameters;pattern;input impedance;HFSS simulation

(上接第120页)

[5]Silva J.B,et al.Preparation of Composites of Nickel Ferri tes Dispersed i n Sillica M atrix[J].J.Magn.Magn.M ater,2001,139:226 230.

[6]Yan S.F,et al.Preparation of Ni0.65Zn0.35Cu0.1Fe0.9O4/SiO2Nanocomposites by sol gel Method[J]J.Cryst.Gro wth,2004,262:415 419.

[7]孔令兵,等.氧化铁/二氧化硅多孔凝胶玻璃的制备[J].西安交通大学学报,1995,29:23 28.

[8]Ennas G,et al.Iron and i ron oxide on silica nanocomposites prepared by the sol gel method[J].J.Mater.Res,2002,17:590 596.

[9]Huang X.H,Chen Z.H.A s tudy of nanocrystalline Ni Fe2O4in a silica matri x[J].Materials Research Bulle tin,2005,40:105 113.

Influence of Drying Temperature on CoFe2O4/SiO2Nanocomposites

C HE N Jing yan,QI Hai yan,HE Xiao guang

(College of Phys ics,Changchun Normal Uni versity,Changchun130032,China)

Abstract:CoFe2O4/SiO2nano composites were prepared by the sol gel method.The influence of drying temperature on the microstructure and crystalline size of CoFe2O4/SiO2nano c omposites were investigated by TG/DTA and XRD.Fur thermore,the influence of the initial drying te mperature on particle size of CoFe2O4suggests that a well established sili ca network provides more restric tion on the growth of CoFe2O4particles.

Key words:sol gel method;CoFe2O4/SiO2;drying temperature;grain size

!

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实验七 微带贴片天线的设计与仿真

实验七微带贴片天线的设计与仿真 一、实验目的 1.设计一个微带贴片天线 2..查看并分析该微带贴片天线的 二、实验设备 装有HFSS 13.0软件的笔记本电脑一台 三、实验原理 传输线模分析法求微带贴片天线的辐射原理如下图所示: 设辐射元的长为L,宽为ω,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h<<λ,场沿h方向均匀分布。在最简单的情况下,场沿宽度ω方向也没有变化,而仅在长度方向(L≈λ/2)有变化。 在开路两端的电场均可以分解为相对于接地板的垂直分量和水平分量,两垂直分量方向相反,水平分量方向相同,因而在垂直于接地板的方向,两水平分量电场所产生的远区场同向叠加,而两垂直分量所产生的场反相相消。因此,两开路端的水平分量可以等效为无限大平面上同相激励的两个缝隙,缝的电场方向与长边垂直,并沿长边ω均匀分布。缝的宽度△L≈h,长度为ω,两缝间距为L≈λ/2。这就是说,微带天线的辐射可以等效为有两个缝隙所组成的二元阵列。 四、实验内容 利用HFSS软件设计一个右手圆极化天线,此天线通过微带结构实现。中心频率为2.45GHz,选用介质基片R04003,其介电常数为εr=2.38,厚度为h =5mm。最后得到反射系数和三维方向图的仿真结果。 五、实验步骤 1.建立新工程 了方便建立模型,在Tool>Options>HFSS Options中讲Duplicate Boundaries with geometry 复选框选中。 2.将求解类型设置为激励求解类型: (1)在菜单栏中点击HFSS>Solution Type。

基于HFSS矩形微带贴片天线的仿真设计报告

.. .. .. 矩形微带贴片天线的仿真设计 实验目的:运用HFSS的仿真能力对矩形微带天线进行仿真 实验容:矩形微带天线仿真:工作频率7.55GHz 天线结构尺寸如表所示: 名称起点尺寸类型材料 Sub -14.05,-16,0 28.1,32,0.794 Box Rogers 5880 (tm)GND -14.05,-16,-0.05 28.1,32,0.05 Box pec Patch -6.225,-8,0.794 12.45 , 16, 0.05 Box pec MSLine -3.1125,-8,0.794 2.49 , -8 , 0.05 Box pec Port -3.1125,-16,-0.05 2.49 ,0, 0.894 Rectangle Air -40,-40,-20 80,80,40 Box Vacumn 一、新建文件、重命名、保存、环境设置。 (1)、菜单栏File>>save as,输入0841,点击保存。 (2). 设置激励终端求解方式:菜单栏HFSS>Solution type>Driven Termin ,点击OK。

(3)、设置模型单位:3D Modeler>Units选择mm ,点击OK。 (4)、菜单栏Tools>>Options>>Modeler Options,勾选”Edit properties of new pri”, 点击OK。 二、建立微带天线模型 (1)、插入模型设计 (2)、重命名

输入0841 (3)点击创建GND,起始点:x:-14.05,y:-16,z:-0.05,dx:28.1,dy:32,dz:0.05 修改名称为GND, 修改材料属性为 pec, (4)介质基片:点击,:x:-14.05,y:-16,z:0。dx: 28.1,dy: 32,dz: 0.794, 修 改名称为Sub,修改材料属性为Rogers RT/Duriod 5880,修改颜色为绿色,透明度0.4。

PBG结构的微带贴片天线设计

PBG结构的微带贴片天线设计 由于微带贴片天线具有体积小、重量轻、低剖面、易加工、共形等优点,所以在军事和民用方面都有着广泛的应用前景。众所周知,集成电路的基底是一些高介电常数材料,而微带贴片天线在低介电常数基底上才能获得最佳性能。位于高介电常数基底的贴片天线由于表面波的损耗辐射效率很低,并且频率带宽极窄,当应用的频率变高时这种情况更加突出,导致贴片天线的增益和效率下降,并且在阵列情况下还会有高的交叉极化电平和互耦电平。 为了实现微带贴片天线的集成化,同时避免昂贵的基底混合技术,就必须在高介电常数基底上实现高效率的贴片天线。近年来出现的新型光子晶体贴片天线能够较好地改善以高介电常数介质为基底的贴片天线的性能。光子晶体贴片天线是指基于光子晶体的贴片天线。所谓光子晶体,或称PBG材料,是指将高介电常数的介质周期性的放置所产生的一种人工电磁晶体,该电磁晶体的表面波波矢图在某一频率范围内出现一个频率禁带,简称禁带。通过在贴片天线中人为的引入光子晶体结构,并利用光子晶体的禁带效应,抑制沿基底传播的表面波,增加天线辐射到空间的电磁波,从而改善天线的性能。 本文所采用的高阻抗表面型PBG结构具有结构紧凑、带隙性能好、可以集成等优点,在天线的设计中得到了广泛的应用。 1 PBG天线设计 本文设计的矩形贴片天线,是中心频率为10 GHz的矩形微带天线(辐射元为矩形),馈电方式选为中心侧馈。采用ROGER3010材料做为基板,厚度h=1.28 mm,相对介电常数=10.2。矩形贴片的尺寸为L×W。贴片单元的尺寸由经验公式计算可以得出: 利用ADS自带的计算传输线的软件LineCalc来计算传输线的宽度ω=0.162 mm。PBG材料的设计首先利用等效媒质模型得到初始的参数,更准确的参数则通过全波数值仿真获得。由于高阻抗表面PBG结构的周期大小远小于工作波长,适合用集总电路元件(电容、电感)组成的等效LC并联谐振电路来描述其电磁特性。像电路滤波器一样阻止沿表面传输的电流。如前所述,蘑菇型高阻抗表面相邻贴片间的电容效应(介质基片既起着支撑作用,又达到增强电容的效果),与金属过孔的等效电感组成集中参数的并联谐振电路。这里有高阻面的设计公式: 式中:εr是介质的介电常数;t是高阻面的高度;g是周期间距;ω是单元边长;a为周期。最后得到的设计结果是,ω=1.73 mm,g=0.22 mm()。 2 建模与仿真 根据设计的PBG天线的结构,在HFSS中建模并仿真。模型图 仿真得到的反射系数图。 可以看到回波损耗小于-10 dB的带宽约为600 MHz,参考天线谐振频率为9.96 GHz,PBG 微带天线谐振频率为10.05 GHz。PBG天线的谐振频率比参考天线略高,这是因为二者之间的耦合造成的。二者在9.99 GHz具有相同的反射系数-21.28 dB,在这个频率上仿真得到其方向图。可以看到PBG结构使方向性有所增强,天线的增益大约提高0.53 dB。PBG贴片

实验一:微带天线的设计与仿真

实验一:微带天线的设计与仿真 一、实验步骤、仿真结果分析及优化 1、原理分析: 本微带天线采用矩形微带贴片来进行设计。 假设要设计一个在2.5GHz 附近工作的微带天线。我采用的介质基片, εr= 9.8, h=1.27mm 。理由是它的介电系数和厚度适中,在2.5GHz 附近能达到较高的天线效率。并且带宽相对较高。 由公式:2 /1212-?? ? ??+= r r f c W ε=25.82mm 贴片宽度经计算为25.82mm 。 2 /1121212 1-?? ? ?? +-+ += w h r r e εεε=8.889; ()()()()8.0/258.0264.0/3.0412.0+-++=?h w h w h l e e εε ?l=0.543mm ; 可以得到矩形贴片长度为: l f c L e r ?-= 22ε=18.08mm 馈电点距上边角的距离z 计算如下: ) 2( cos 2 ) (cos 2)(5010 22z R z G z Y e r in ?===λεπβ 2 20 90W R r λ= (0λ<

计算结果:在这类介质板上,2.5GHz 时候50Ω传输线的宽度为1.212mm 。 2、计算 基于ADS 系统的一个比较大的弱点:计算仿真速度慢。特别是在layout 下的速度令人 无法承受,所以先在sonnet 下来进行初步快速仿真。判断计算值是否能符合事实。 sonnet 中的仿真电路图如下: S11图象如下: 可见,按照公式计算出来的数据大致符合事实上模拟出来的结果。但是发现中心频率发生了偏移,这主要是由于公式中很多的近似引起的。主要的近似是下面公式引起 2 20 90W R r λ= (0λ<

HFSS矩形微带贴片天线的仿真设计报告

基于HFSS矩形微带贴片天线的仿真设计 实验目的:运用HFSS的仿真能力对矩形微带天线进行仿真实验内容:矩形微带天线仿真:工作频率 天线结构尺寸如表所示: 一、新建文件、重命名、保存、环境设置。 (1)、菜单栏File?save as,输入Antenna,点击保存。 (2).设置激励终端求解方式:菜单栏HFSS>Solution type>Driven Termin ,点击OK (3)、设置模型单位:3D Modeler>Units 选择mm,点击OK (4)、菜单栏Tools>>Options>>Modeler Options, 勾选” Edit properties of new pri ” ,点击OK 二、建立微带天线模型 (1)点击三仓U 建GND,起始点:x:0 ,y:0 ,z: ,dx:,dy:32,dz:

(2) 介质基片:点击 :比,:x:0, y:0 , z:0。dx: , dy: 32 , dz:-, 修改名称为Sub,修改 材料属性为 Rogers RT/Duriod 5880,修改颜色为绿色 点击OK (3) 建立天线模型patch , 点击^已,x:,y: 8, z:0 ,dx: ,dy: 16 ,dz: 命名为patch ,点击OK (4) 建立天线模型微带线 MSLine 点击’硏,x:,y: 0, ,z: 0 , dx: ,dy: 8 ,dz:, 命名为MSLine,材料pec,透明度 选中 Patch 和 MSLine,点击 Modeler>Boolean>Unite (5) 、建立端口。创建供设置端口用的矩形,该矩形连接馈线与地 Modeler>Grid Plane>XZ ,或者设置回厂刁冈 习 点击 e ,创建Port 。命名为port 双击 Port 下方 CreatRectangle 输入:起始点:x: ,y: 0,z:-,尺寸:dx: ,dy: 0 ,dz: (6) 、创建 Air 。 点击1 ,x:-5 ,y:-5 ,z:, dx:, dy:42, dz: 修改名字为Air ,透明度. 三、设置边界条件和端口激励。 (1)设置理想金属边界:选择 GND 右击Assign Boundaries>>Pefect E 将理想边界命名为:PerfE_GND ,点击OK (2)、设置边界条件:选择 Port ,点击 Assign Boundaries>>Pefect E 在对话框中将其命名为 PerfE_Patch ,点击0K ,透明度。 修改名称为GND,修改材料属性为pec ,

微带天线仿真设计(5)讲解

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

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: … …………… …… …… …… … …装 …… …… …… …… … …… …… …… 订… …… … …… …… …… …… …… … …线 …… …… …… …… … …… …… ……

设辐射元的长为L,宽为ω,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h<<λ,场沿h方向均匀分布。在最简单的情况下,场沿宽度ω方向也没有变化,而仅在长度方向(L≈λ/2)有变化。在开路两端的电场均可以分解为相对于接地板的垂直分量和水平分量,两垂直分量方向相反,水平分量方向相同,因而在垂直于接地板的方向,两水平分量电场所产生的远区场同向叠加,而两垂直分量所产生的场反相相消。因此,两开路端的水平分量可以等效为无限大平面上同相激励的两个缝隙,缝的电场方向与长边垂直,并沿长边ω均匀分布。缝的宽度△L≈h,长度为ω,两缝间距为L≈λ/2。这就是说,微带天线的辐射可以等效为有两个缝隙所组成的二元阵列。 经过查阅资料,可以知道微带天线的波瓣较宽,方向系数较低,这正是微带天线的缺点,除此之外,微带天线的缺点还有频带窄、损耗大、交叉极化大、单个微带天线的功率容量小等.在这个课设中,借助EDA仿真软件Ansoft HFSS进行设计和仿真。Ansoft公司推出的基于电磁场有限元方法(FEM)的分析微波工程问题的三维电磁仿真软件,Ansoft HFSS 以其无与伦比的仿真精度和可靠性,快捷的仿真速度,方便易用的操作界面,稳定成熟的自适应网格剖分技术,使其成为高频结构设计的首选工具和行业标准,并已广泛应用于航

GHz矩形微带贴片天线设计

燕山大学 课程设计说明书 题目: 基于ADS的矩形微带贴片天线的设计 学院(系):理学院 年级专业:电子信息科学与技术13 学号: 学生姓名:张凤麒任春宇 指导教师:徐天赋 教师职称:副教授 燕山大学课程设计(论文)任务书 院(系):理学院基层教学单位:电子信息科学与技术13

说明:此表一式四份,学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。年月日燕山大学课程设计评审意见表

基于ADS的矩形微带贴片天线设计 The Design of Rectangular microstrip patch antenna with ADS 摘要:本文研究了通信系统中的矩形微带贴片天线。首先介绍了矩形微带贴片的背景及微带馈电的设计考虑。使用了安捷伦辅助仿真工具ADS对2GHz矩形微带贴片天线结构及相应的参数进行了设置仿真及优化,尽可能达到其相应的技术指标。 Abstract:This paper studies the rectangular microstrip patch antenna in communication system. Firstly, the background of rectangular microstrip patch and the design considerations of microstrip feed are introduced. The microstrip patch antenna structure and corresponding parameters of 2GHz rectangular microstrip patch antenna are simulated and optimized by ADS, and the corresponding technical index is reached as far as possible. 关键词:矩形微带贴片天线 ADS 设计 Keyword:Rectangular microstrip patch antenna ADS design 一.矩形微带贴片天线的背景 微带贴片天线由于具有质量轻、体积小,易于制造等优点,现今已经广泛应用于个人无线通信中。微带贴片天线由接地板、介质基片和介质基片上的辐射贴片构成的,其中辐射贴片可以是任意的几何形状,但是只有有限的几何形状能计算出辐射特性,比如矩形,圆形,椭圆形,三角形、半圆形、正方形等比较规则的几何形状,其中矩形和圆形贴片的研究最多,可以作为单独的天线使用也可以作为阵元使用。当然在实际应用中,也有矩形和圆形贴片达不到要求的情况,这就促使了人们对各种几何形状微带贴片天线的研究。本文选用矩形贴片来研究微带天线。

用ADS设计微带天线

用ADS 设计微带天线 一、原理 本微带天线采用矩形微带贴片来进行设计。 假设要设计一个在2.5GHz 附近工作的微带天线。我采用的介质基片, εr= 9.8, h=1.27mm 。理由是它的介电系数和厚度适中,在2.5GHz 附近能达到较高的天线效率。并且带宽相对较高。 由公式:2 /1212-? ? ? ??+=r r f c W ε=25.82mm 贴片宽度经计算为25.82mm 。 2 /1121212 1-?? ? ?? +-+ += w h r r e εεε=8.889; ()()()()8.0/258.0264.0/3.0412.0+-++=?h w h w h l e e εε ?l=0.543mm ; 可以得到矩形贴片长度为: l f c L e r ?-= 22ε=18.08mm 馈电点距上边角的距离z 计算如下: ) 2( cos 2 ) (cos 2)(5010 2 2z R z G z Y e r in ?===λεπβ 2 20 90W R r λ= (0λ<

计算结果:在这类介质板上,2.5GHz时候50Ω传输线的宽度为1.212mm。 二、计算 基于ADS系统的一个比较大的弱点:计算仿真速度慢。特别是在layout下的速度令人无法承受,所以先在sonnet下来进行初步快速仿真。判断计算值是否能符合事实。 sonnet中的仿真电路图如下:

S11图象如下: 可见,按照公式计算出来的数据大致符合事实上模拟出来的结果。但是发现中心频率发生了偏移,这主要是由于公式中很多的近似引起的。主要的近似是下面公式引起 2 20 90W R r λ= (0λ<

矩形微带贴片天线设计及仿真

《现代电子电路》课程设计题目矩形微带天线的设计与仿真 单位(院、系):信息工程学院 学科专业: 电子与通信工程 学号:416114410159 姓名:曾永安 时间:2011.4.25

矩形微带天线的设计与仿真 学科专业:电子与通信工程学号:416114410159 姓名:曾永安指导老师:吴毅强 摘要:本文介绍了一种谢振频率为2.45GHz,天线输入阻抗为50Ω的使用同轴线馈电的矩形微带天线。通过HFSS V10软件对该天线进行仿真、优化,最终得到最佳性能。 关键词:HFSS,微带线,天线

Design and Simulation of Rectangular Microstrip Antenna Abstract:This paper introduces a rectangular microstrip antenna which works at resonance frequency of 2.45GHz and antenna input impedance of 50Ω and is fed by coaxial cable. The model of the antenna is set up a nd simulated by ANSOFT HFSS V10 ,and the optimal parameters of the microstrip antenna are obtained as well. Key words:HFSS,Microstrip,Antenna

1.引言 微带天线的概念首先是由Deschamps于1953年提出来的,经过20多年的发展,Munson和Howell于20世纪70年代初期制造了实际的微带天线。微带天线结构简单,体积小,能与载体共形, 能和有源器件、电路等集成为统一的整体,已被大量应用于100MHz~100GHz宽频域上的无线电设备中, 特别是在飞行器和地面便携式设备中得到了广泛应用。微带天线的特征是: 比通常的微波天线有更多的物理参数, 可以有任意的几何形状和尺寸;能够提供50Ω输入阻抗,不需要匹配电路或变换器;比较容易精确制造, 可重复性较好;可通过耦合馈电, 天线和RF电路不需要物理连接;较易将发射和接收信号频段分开;辐射方向图具有各向同性。本文设计的矩形微带天线工作于ISM频段,其中心频率为2.45GHz;无线局域网、蓝牙、ZigBee等无线网络均可工作在该频段上。选用的介质板材为Rogers R04003,其相对介电常数εr=3.38,厚度h=5mm;天线使用同轴线馈电。 2.微带贴片天线理论分析 图1是一个简单的微带贴片天线的结构,由辐射元、介质层和参考地三部分组成。与天线性能相关的参数包括辐射元的长度L、辐射元的宽度W、介质层的厚度h、介质的相对介电常数 r和损耗角正切tanδ、介质层的长度LG和宽度WG。图1所示的微带贴片天线采用微带线馈电,本文将要设计的矩形微带天线采用的是同轴线馈电,也就是将同轴线街头的内芯线穿过参考点和介质层与辐射元相连接。 图1 微带天线的结构

基于ADS的微带缝隙天线的仿真设计

课程设计说明书 题目:基于ADS的微带缝隙天线的仿真设计 学院(系): 年级专业: 学号: 学生姓名: 指导教师: 教师职称:

基于ADS的微带缝隙天线的仿真设计 摘要:通信系统的发展带来了天线行业的勃勃生机,在众多的天线类型中微带天线已成为当前研究的前沿之一,具有广阔的前景与实用意义。特别是微带缝隙天线,以其重量轻、剖面薄、平面结构且易与载体共形,馈电网络可与天线结构一起制成等优点已经引起天线工作者的广泛关注。本文就设计一个中心频率工作为880MHz,相对带宽为B=5%,介质板厚度h=1.6mm,损耗角正切tanδ=0.0018,介电常数为Er=2.3的微带缝隙天线展开研究以及仿真和优化。 关键词:ADS;微带缝隙天线;仿真设计; Design of microstrip slot antenna based on ADS simulation Abstract: Communication system development has brought the antenna the vitality of the industry, in many types of antenna microstrip antenna has become one of the forefront of current research, has broad prospects and practical significance. Microstrip slot antenna, in particular, with its light weight, thin section, flat structure and easy with conformal carrier, feeding the advantages of network can be made with the antenna structure has caused extensive concern of antenna workers. In this paper, the design of a work center frequency is 880 MHZ, relative bandwidth is B = 5%, medium plate thickness h = 1.6 mm, loss tangent tan delta = 0.0018, the dielectric constant of Er = 2.3 microstrip slot antenna study and simulation and optimization. Key words: ADS; Microstrip slot antenna. The simulation design; 学习目的 1. 学习射频电路的理论知识;

微带天线仿真设计

… 设计一、微带天线仿真设计 三角形贴片是微带贴片天线最基本的模型,本设计就是基于微带贴片天线基础理论以及熟练掌握HFSS10仿真软件基础上,设计一个三角形贴片天线,其工作频率为,分析其远区辐射场特性以及S曲线。 一.设计目的与要求 1.理解和掌握微带天线的设计原理 2.选定微带天线的参数:工作频率、介质基片厚度、贴片模型及馈电点位置 3.创建工程并根据设计尺寸参数指标绘制微带天线HFSS模型 4.保存工程后设定边界条件、求解扫描频率,生成S参数曲线和方向图 5.观察对比不同尺寸参数的微带天线的仿真结果,并分析它们对性能的影响— 二.实验原理 如下图所示,用传输线模分析法介绍它的辐射原理。。 设辐射元的长为L,宽为ω,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h<<λ,场沿h方向均匀分布。在最简单的情况下,场沿宽度ω方向也没有变化,而仅在长度方向(L≈λ/2)有变化。 在开路两端的电场均可以分解为相对于接地板的垂直分量和水平分量,两垂直分量方向相反,水平分量方向相同,因而在垂直于接地板的方向,两水平分量电场所产生的远区场同向叠加,而两垂直分量所产生的场反相相消。因此,两开路端的水平分量可以等效为无限大平面上同相激励的两个缝隙,缝的电场方向与长边垂直,并沿长边ω均匀分布。缝的宽度△L≈h,长度为ω,两缝间距为L≈λ/2。这就是说,微带天线的辐射可以等效为有两个缝隙所组成的二元阵列。

矩形贴片天线示意图 三.贴片天线仿真步骤 1、建立新的工程 】 运行HFSS,点击菜单栏中的Project>Insert 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HFSS>Solution Type。 (2)在弹出的Solution Type窗口中 (a)选择Driven Modal。 (b)点击OK按钮。 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 Modeler>Units。 (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。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。 (2)为GroundPlane设置理想金属边界。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)。

HFSS 矩形微带贴片天线的仿真设计报告

基于H F S S矩形微带贴片天线的仿真设计 实验目的:运用HFSS的仿真能力对矩形微带天线进行仿真 实验内容:矩形微带天线仿真:工作频率 天线结构尺寸如表所示: 名称起点尺寸类型材料 Sub 0,0,0 ,32,Box Rogers 5880 (tm) GND 0,0,,32,Box pec Patch , 8 , 0 , 16, Box pec MSLine ,0, , 8 , Box pec Port ,0, ,0, Rectangle Air -5,-5, , 42, Box Vacumn 一、新建文件、重命名、保存、环境设置。 (1)、菜单栏File>>save as,输入Antenna,点击保存。 (2). 设置激励终端求解方式:菜单栏HFSS>Solution type>Driven Termin ,点击OK。 (3)、设置模型单位:3D Modeler>Units选择mm ,点击OK。 (4)、菜单栏Tools>>Options>>Modeler Options,勾选”Edit properties of new pri”, 点击OK。 二、建立微带天线模型 (1)点击创建GND,起始点:x:0,y:0,z:,dx:,dy:32,dz:

修改名称为GND, 修改材料属性为 pec, (2)介质基片:点击,:x:0,y:0,z:0。dx: ,dy: 32,dz: - , 修改名称为Sub,修改材料属性为Rogers RT/Duriod 5880,修改颜色为绿色,透明度。点击OK (3) 建立天线模型patch, 点击,x:,y: 8, z:0 ,dx: ,dy: 16,dz: 命名为patch,点击OK。 (4) 建立天线模型微带线MSLine 点击,x:,y: 0, ,z: 0 , dx:,dy: 8,dz: , 命名为MSLine,材料pec, 透明度 选中Patch和MSLine,点击Modeler>Boolean>Unite (5)、建立端口。创建供设置端口用的矩形,该矩形连接馈线与地。Modeler>Grid Plane>XZ,或者设置 点击,创建Port。命名为port 双击Port下方CreatRectangle 输入:起始点:x: ,y: 0,z:- ,尺寸: dx:,dy: 0,dz: (6)、创建Air。 点击,x:-5,y:-5,z:, dx:, dy:42, dz: 修改名字为Air,透明度. , 三、设置边界条件和端口激励。 (1)设置理想金属边界:选择GND,右击Assign Boundaries>>Perfect E 将理想边界命名为:PerfE_GND,,点击OK。 (2)、设置边界条件:选择Port,点击Assign Boundaries>>Perfect E

微带天线仿真设计(圆形侧馈)

太原理工大学 微波技术与天线课程设计设计题目:微带天线仿真设计 学生姓名 学号 专业班级 指导教师

太原理工大学现代科技学院 课程设计任务书 注:课程设计完成后,学生提交的归档文件应按,封面—任务书—说明书—图纸的顺序进 行装订上交(大张图纸不必装订) 指导教师签名: 日期: 专业班级 学生姓名 课程名称 微波技术与天线课程设计 设计名称 微波器件或天线设计 设计周数 1.5周 指导教师 设计 任务 主要 设计 参数 1 熟悉HFSS 仿真平台的使用 2 熟悉微带天线的工作原理与设计方法 3 在HFSS 平台上完成如下仿真设计 题目一:三角形微带天线设计(同轴馈),900MHz ,1800MHz /2.4GHz , 4GHz /2.4GHz ,5.8GHz 学号为1、6完成此题 题目二:三角形微带天线设计(侧馈),900MHz ,1800MHz /2.4GHz , 4GHz /2.4GHz ,5.8GHz 学号为2、7完成此题 题目三:圆形微带天线设计(同轴馈),900MHz ,1800MHz /2.6GHz , 4GHz /2.4GHz ,5.8GHz 学号为3、8完成此题 题目四:圆形微带天线设计(侧馈),900MHz ,1800MHz /2.6GHz , 4GHz /2.4GHz ,5.8GHz 学号为4、9完成此题 题目五:半波偶极子天线设计,900MHz ,1800MHz /2.6GHz , 4GHz /2.4GHz ,5.8GHz 学号为5、0完成此题 4 结合同组其他同学的设计结果完成对于结构参数与性能之间关系的探讨 5 在1.5周内完成设计任务 设计内容 设计要求 1、 6. 5:分组、任务分配、任务理解 2、 6. 6:查阅参考资料,理论上熟悉所设计的器件的工作原理与特性,完成方案的设计 3、 6. 7~6.9:熟悉仿真平台的使用,完成在平台上的建模,设置,结果提取与分析,以 及验收。 4、 6. 12:同组同学结果汇总及讨论 5、 6.13~6.14:设计说明书的撰写 在设计过程中,作为设计小组成员,每位同学要具有团队意识和合作精神,并最终独立完成自己的设计任务。 主要参考 资 料 刘学观,微波技术与天线,西安电子科技大学电出版社,2008 李明洋,HFSS 应用设计详解,人民邮电出版社,2010 学生提交 归档文件 1、相关知识及基本原理 2、参数归纳:材质、尺寸 3、软件仿真过程及结果分析 4、设计总结

微带天线仿真

微带天线练习

微带天线 ?微带天线尺寸描述 金属贴片–贴片尺寸 长度: len_x=31.1807 mm 宽度: len_y=46.7480 mm –介质基板尺寸 长度: gnd_x=50 mm 宽度: gnd_y=80 mm 厚度:#h=2.87mm 厚度: #h 2.87mm 介电常数:#epsr=2.2 –地板尺寸 长度: gnd x=50 mm 介质基板g _宽度: gnd_y=80 mm –馈源部分 长度: feed_x=8.9 mm, 直径: diam=1.3 mm 地板 ?工作频率 –freq=3.0e+09 Hz ?目标 –分析该天线的远场方向图等

建立模型 ?运行CADFeko创建新的项目文件Microstrip_Antenna ?定义单位为mm ?点击Geometry \Add Variable定义以下变量–贴片部分 len_x=31.1807 l467480 len_y=46.7480 –地板和介质基板部分 gnd_x=50 g_ gnd_y=80 h=2.87 epsr=2.2 –馈源天线部分 feed_x=8.9 feed=89 diam=1.3 –公用变量部分 freq=3.0e+09 lambda=1000*c0/freq/sqrt(epsr) –剖分部分变量 tri_len=lambda/12 fine_tri=lambda/16 fine tri=lambda/16 segl=lambda/15 segr=diam/2

建立模型 ?点击图标创建矩形贴片–输入以下坐标 (-len_x/2,-len_y/2,0) (_/,_y/,) (-len x/2,len y/2,0) (len_x/2,len_y/2,0) (len_x/2,-len_y/2,0)

微带天线设计

微带天线设计 天线大体可分为线天线和口径天线两类。 移动通信用的VHF 、UHF 天线,大多是以对称振 子为基础而发展的各种型式的线天线,卫星地面站接收卫星信号大多用抛物面天线(口径 天线)。 天线的特征与天线的形状、大小及构成材料有关。天线的大小一般以天线发射或接收电磁波的波长l 来计量。因为工作于波长l = 2m 的长为1m 的偶极子天线的辐射特性与工作于波长l = 2cm 的长为1cm 的偶极子天线是相同的。 与天线方向性有关参数:方向性函数或方向图 离开天线一定距离处,描述天线辐射的电磁场强度在空间的相对分布的数学表达式,称为天线的方向性函数; 把方向性函数用图形表示出来,就是方向图。 最大辐射波束通常称为方向图的主瓣。主瓣旁边的几个小的波束叫旁瓣。 为了方便对各种天线的方向图进行比较,就需要规定一些表示方向图特性的参数,这些参数有: 1.天线增益G (或方向性GD )、波束宽度(或主瓣宽度)、旁瓣电平等。 2.天线效率 3.极化特性 4.频带宽度 5.输入阻抗

天线增益是在波阵面某一给定方向天线辐射强度的量度。它是被研究天线在最大辐射方向的辐射强度与被研究天线具有同等输入功率的各向同性天线在同一点所产生的最大辐射强度之比。 天线方向性GD与天线增益G类似但与天线增益定义略有不同。 因为天线总有损耗,天线辐射功率比馈入功率总要小一些,所以天线增益总要比天线方向性小一些。 理想天线能把全部馈入天线的功率限制在某一立体角ΩB内辐射出去,且在ΩB立体角内均匀分布。这种情况下天线增益与天线方向性相等。 理想的天线辐射波束立体角ΩB及波束宽度θB 实际天线的辐射功率有时并不限制在一个波束中,在一个波束内也非均匀分布。在波束中心辐射强度最大,偏离波束中心,辐射强度减小。辐射强度减小到3db时的立体角即定义为ΩB。波束宽度θB与立体角ΩB关系为 旁瓣电平

HFSS矩形微带贴片天线的仿真设计报告

- - - 基于HFSS 矩形微带贴片天线的仿真设计 实验目的:运用HFSS的仿真能力对矩形微带天线进行仿真 实验内容:矩形微带天线仿真:工作频率7.55GHz 天线结构尺寸如表所示: 名称起点尺寸类型材料 Sub 0,0,0 28.1,32,-0.79 Box Rogers 5880 (tm)GND 0,0,-0.79 28.1,32,-0.05 Box pec Patch 7.03 , 8 , 0 12.45 , 16, 0.05 Box pec MSLine 10.13,0,-0.79 2.49 , 8 , 0.05 Box pec Port 10.13,0,-0.79 2.49 ,0, 0.89 Rectangle Air -5,-5,-5.79 38.1 , 42, 10.79 Box Vacumn 一、新建文件、重命名、保存、环境设置。 (1)、菜单栏File>>save as,输入Antenna,点击保存。

(2). 设置激励终端求解方式:菜单栏HFSS>Solution type>Driven Termin ,点击OK。 (3)、设置模型单位:3D Modeler>Units选择mm ,点击OK。 (4)、菜单栏Tools>>Options>>Modeler Options,勾选”Edit properties of new pri”, 点击OK。

二、建立微带天线模型 (1)点击创建GND,起始点:x:0,y:0,z:-0.79,dx:28.1,dy:32,dz:-0.05 修改名称为GND, 修改材料属性为pec, (2) 介质基片:点击,:x:0,y:0,z:0。dx: 28.1,dy: 32,dz: - 0.794, 修改名称为Sub,修改材料属性为Rogers RT/Duriod 5880,修改颜色为绿色,透

基于HFSS矩形微带贴片天线的仿真设计报告

矩形微带贴片天线的仿真设计 实验目的:运用HFSS的仿真能力对矩形微带天线进行仿真 实验内容:矩形微带天线仿真:工作频率7.55GHz 天线结构尺寸如表所示: 名称起点尺寸类型材料 Sub -14.05,-16,0 28.1,32,0.794 Box Rogers 5880 (tm)GND -14.05,-16,-0.05 28.1,32,0.05 Box pec Patch -6.225,-8,0.794 12.45 , 16, 0.05 Box pec MSLine -3.1125,-8,0.794 2.49 , -8 , 0.05 Box pec Port -3.1125,-16,-0.05 2.49 ,0, 0.894 Rectangle Air -40,-40,-20 80,80,40 Box Vacumn 一、新建文件、重命名、保存、环境设置。 (1)、菜单栏File>>save as,输入0841,点击保存。

(2). 设置激励终端求解方式:菜单栏HFSS>Solution type>Driven Termin ,点击OK。 (3)、设置模型单位:3D Modeler>Units选择mm ,点击OK。 (4)、菜单栏Tools>>Options>>Modeler Options,勾选”Edit properties of new pri”, 点击OK。

(1)、插入模型设计 (2)、重命名 输入0841 (3)点击创建GND,起始点:x:-14.05,y:-16,z:-0.05,dx:28.1,dy:32,dz:0.05

修改名称为GND, 修改材料属性为pec, (4)介质基片:点击,:x:-14.05,y:-16,z:0。dx: 28.1,dy: 32,dz: 0.794, 修改名称为Sub,修改材料属性为Rogers RT/Duriod 5880,修改颜色为绿色,透明度0.4。 点击OK

根据HFSS矩形微带贴片天线的仿真设计报告

一、新建文件、重命名、保存、环境设置。(1)、菜单栏File>>save as,输入0841,点击保存。

(2). 设置激励终端求解方式:菜单栏HFSS>Solution type>Driven Termin ,点击OK。 (3)、设置模型单位:3D Modeler>Units选择mm ,点击OK。 (4)、菜单栏Tools>>Options>>Modeler Options,勾选”Edit properties of new pri”, 点击OK。

二、建立微带天线模型 (1)、插入模型设计 (2)、重命名 输入0841 (3)点击创建GND,起始点:x:-14.05,y:-16,z:-0.05,dx:28.1,dy:32,dz:0.05

修改名称为GND, 修改材料属性为pec, (4) 介质基片:点击,:x:-14.05,y:-16,z:0。dx: 28.1,dy: 32,dz: 0.794, 修改名称为Sub,修改材料属性为Rogers RT/Duriod 5880,修改颜色为绿色,透明度0.4。

点击OK (5) 建立天线模型patch, 点击,x:-6.225,y: -8, z:0 .794,dx: 12.45,dy: 16,dz: 0.05 命名为patch,点击OK。 (6) 建立天线模型微带线MSLine 点击,x:-3.1125,y: -8, ,z: 0.794 ,dx:2.46,dy:- 8,dz: 0.05, 命名为MSLine,材料pec, 透明度0.4

选中Patch和MSLine,点击Modeler>Boolean>Unite (7)、建立端口。创建供设置端口用的矩形,该矩形连接馈线与地。 Modeler>Grid Plane>XZ,或者设置 点击,创建Port。命名为port

微带天线仿真设计

设计一、微带天线仿真设计 三角形贴片是微带贴片天线最基本的模型,本设计就是基于微带贴片天线基础理论以及熟练掌握HFSS10仿真软件基础上,设计一个三角形贴片天线,其工作频率为2.45GHz,分析其远区辐射场特性以及S曲线。 一.设计目的与要求 1.理解和掌握微带天线的设计原理 2.选定微带天线的参数:工作频率、介质基片厚度、贴片模型及馈电点位置 3.创建工程并根据设计尺寸参数指标绘制微带天线HFSS模型 4.保存工程后设定边界条件、求解扫描频率,生成S参数曲线和方向图 5.观察对比不同尺寸参数的微带天线的仿真结果,并分析它们对性能的影响二.实验原理 如下图所示,用传输线模分析法介绍它的辐射原理。。 设辐射元的长为L,宽为ω,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h<<λ,场沿h方向均匀分布。在最简单的情况下,场沿宽度ω方向也没有变化,而仅在长度方向(L≈λ/2)有变化。 在开路两端的电场均可以分解为相对于接地板的垂直分量和水平分量,两垂直分量方向相反,水平分量方向相同,因而在垂直于接地板的方向,两水平分量电场所产生的远区场同向叠加,而两垂直分量所产生的场反相相消。因此,两开路端的水平分量可以等效为无限大平面上同相激励的两个缝隙,缝的电场方向与长边垂直,并沿长边ω均匀分布。缝的宽度△L≈h,长度为ω,两缝间距为L ≈λ/2。这就是说,微带天线的辐射可以等效为有两个缝隙所组成的二元阵列。

矩形贴片天线示意图 三.贴片天线仿真步骤 1、建立新的工程 运行HFSS,点击菜单栏中的Project>Insert 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HFSS>Solution Type。 (2)在弹出的Solution Type窗口中 (a)选择Driven Modal。 (b)点击OK按钮。 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 Modeler>Units。 (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。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。 (2)为GroundPlane设置理想金属边界。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Draw>Box或者在工具栏中点击按钮,创建长方体模型。起始点位置坐标:X: -22.5,Y:-22.5,Z:0。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,dY:45,dZ:5。将材料设置为Rogers R04003。 (4)建立贴片Patch。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。 (5)为Patch设置理想金属边界。 (6)创建切角。输入点的坐标:X:0,Y:0,Z:5;X:5,Y:0,Z:5;X:0,Y:5,Z:5;X:0,Y:0,Z:5。在对话窗口中选择Cut。在菜单栏中点击Edit>Arrange>Move。在坐标输入栏中输入点的坐标:X:0,Y:0,Z:0;dX:-16,dY:-16,dZ:0。两个切角呈中心对称,可以通过旋转复制创建另一个切角。在菜单栏中点击Edit>Duplicate>Around Axis。将轴设置为Z轴,旋转角度为180 deg,Total为2。 (7)用Patch将切角减去。

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