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微波仿真论坛_线圈天线设计经验总结

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线圈天线设计经验总结

做了三四个月的线圈天线了,从刚开始的什么都不懂,到现在的知道自己什么不懂,也算是一个成长的过程,做了这么久,有点经验,写在这里与大家分享一下。

需求是13.56MHz的天线,就像刷公交卡的那种天线一样,但不知道用什么形式的天线做,看了一两个礼拜的微带天线,参考教程在HFSS中做出了第一个微带天线的仿真,正觉得有点进展的时候,老师一句话,用线圈天线做,我不得不改做线圈天线。然后就是各种资料的搜索与学习。

线圈天线是一种很简单的天线,复杂点说的话,就是用铜线(当然可以是其他材料)按照一定的形状绕几圈,ok,这就是线圈天线了,铜线的两头加上激励源就可以发射了。(有兴趣的同学可以把你手中的公交卡打开,会发现它就是用的线圈天线,网上有这种教程,可以让你把公交卡拆开,然后把完成公交卡功能的天线和芯片拿出来贴在手机后盖和电池之间,这样就可以很潇洒的实现手机刷卡了,哈哈,不过要怎么充值就要自己想办法了)当然,这个时候的线圈天线是不好用的,因为你对它的特性什么的都不了解。所以,打算先进行理论方面的研究。

理论分析与Matlab仿真

因为做的是类似于RFID的NFC的13.56MHz的线圈天线,天线在这个频率一般都是使用磁场耦合来实现能量的传递,那么我们就对在这个时候线圈的磁场进行分析。

网上关于矩形线圈的磁场分析有很多论文了,但我们还是自己做一下会理解的比较深刻,先复习一下电磁场的知识,正好书上有一道例题讲的就是长度为l的导线在周围空间任意点产生的磁场公式,这里引入了矢量磁位A,因为矢量磁位A的方向与电流I的方向是相同的,而且对矢量磁位求旋度就是磁感应强度B,这种性质对线天线来讲是很有用的。

矩形线圈

我们先来研究单圈的矩形线圈天线。

根据有限长导线周围磁感应强度的公式,算出四条边在空间某一点的矢量磁位A,由于两两方向相同,叠加之后就剩下了两个方向的向量相加,这样利于后面求旋度的处理;对空间某一点总矢量磁位A求旋度就得到了磁感应强度B,只取B的Z方向大小Bz就得到了我们所关心的垂直方向磁感应强度(因为刷卡的时候算磁通量只有垂直方向的是有效的)。这样得到的是一个巨复杂的公式,用人的肉眼直接观察看不出来任何规律,于是借助Matlab的画图功能得到直观的感受。

Matlab的m文件内容与图片如下:

clear all;

clc;

%参数设定

l=1;%矩形线圈的边长设为单位长度1

I=1;%电流也是单位1

u0=1;%毕奥萨法尔公式中需要用到的真空磁导率,由于是画示意图,所以取1即可

PI=3.14;%π

z=0.2; %这里设置距离矩形线圈的平面的高度

x=-.5:0.05:.5;

y=-.5:0.05:.5;

[X,Y]=meshgrid(x,y);%在xy平面上得到需要作图的区域点

%以下是已经推导出来的公式的输入

C0=u0*I/(4*PI);

a=l/2+X;b=l/2-X;c=l/2+Y;d=l/2-Y;-.5:0.1:.5

X2=sqrt(b.^2+z.^2+d.^2);

X1=sqrt(a.^2+z.^2+d.^2);

A3z=C0*z./(X2+b)./(X1-a).*( (X1-a)./X2-(X2+b)./X1 );

A3y=C0*(-d)./(X2+b)./(X1-a).*( (X1-a)./X2-(X2+b)./X1 );

X2=sqrt(b.^2+z.^2+c.^2);

X1=sqrt(a.^2+z.^2+c.^2);

A4z=C0*z./(X2+b)./(X1-a).*( (X1-a)./X2-(X2+b)./X1 );

A4y=C0*c./(X2+b)./(X1-a).*( (X1-a)./X2-(X2+b)./X1 );

C0=u0*I/(4*PI);

a=l/2+Y;b=l/2-Y;c=l/2+X;d=l/2-X;

X2=sqrt(b.^2+z.^2+d.^2);

X1=sqrt(a.^2+z.^2+d.^2);

A2z=C0*z./(X2+b)./(X1-a).*( (X1-a)./X2-(X2+b)./X1 );

A2x=C0*(-d)./(X2+b)./(X1-a).*( (X1-a)./X2-(X2+b)./X1 );

X2=sqrt(b.^2+z.^2+c.^2);

X1=sqrt(a.^2+z.^2+c.^2);

A1z=C0*z./(X2+b)./(X1-a).*( (X1-a)./X2-(X2+b)./X1 );

A1x=C0*c./(X2+b)./(X1-a).*( (X1-a)./X2-(X2+b)./X1 );

Z=-(A1x-A2x-A3y+A4y);

%作图

mesh(X,Y ,Z);

这是距离矩形线圈平面0.2高度(线圈边长为1)的Bz 大小分布,可以看出场强大小是中间强,四周弱。

将这个m 文件做成一个函数,变量为距离线圈的平面高度,并在另一个文件中调用这个函数,生成不同高度时Bz 大小的不同分布。得到下图:

从左到右,从上到下依次是距离线圈平面高度为0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0的平面上Bz 的大小,可以看出:四个角的磁场强度在Z=0的平面内最强,而随着Z 的升高逐渐下降,且下降速度快于中间部分场强。

z=0.8z=1

再对这个m 文件进行改进,仿真当线圈为7圈时候的图形(修改之后的m 文件相当于将这个m 文件跑了7遍,每一遍都是不同长度的边长,最后再将场强叠加就好了)。

距离7圈矩形线圈平面不同高度时候的Bz 大小分布如图:

从左到右,从上到下依次是距离线圈平面高度为0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0的平面上Bz 的大小,可以对比看出:7圈与1圈的变化趋势相同,只不过7圈比1圈的场强大小强了大约7倍。(这里忽略了很多效应,只是做一个简单的分析)

圆形线圈

我还想看看距离圆形线圈不同高度平面的场强分布图,这个时候就不能应用书上的有限长直导线公式了,想了半天不知道怎么推导,忽然灵机一动,反正我们用的是Matlab 进行仿真,为什么需要把公式做到很简化呢?只要能跑出来最后的结果不就可以了,那我们完全可以直接使用最原始的毕奥萨法尔公式,然后使用Matlab 进行积分仿真出图。 圆形线圈的m 文件与图片如下:

clear all;

clc;

%参数设定

r=1;%单位长度1

I=1;%单位电流

u0=1;%毕奥萨法尔公式中需要用到的真空磁导率,由于是画示意图,所以取1即可PI=3.14;%π

C0=u0*I/(4*PI); %毕奥萨法尔公式的系数

m=100;%把一个圆形分成100段进行积分

t=2.*PI/m;%对弧度进行划分

n=0:(m-1);

%坐标设定

Px=-.5:0.05:.5;

Py=-.5:0.05:.5;

[X,Y]=meshgrid(Px,Py);%在xy平面上得到需要作图的区域点

l=length(Px);

Pz=ones(1,l);

Pz=0.6.*Pz; %这里定义高度

x=r.*cos(n.*t); %画出Z=0平面的圆形的各个坐标点

y=r.*sin(n.*t);

z=zeros(1,m);

dl(1,m)=struct('x',[],'y',[],'z',[]); %新建存放dl的结构体

%求出dl

for i = 1:m

j=mod(i,m);

dl(i).x=x(j+1)-x(i);

dl(i).y=y(j+1)-y(i);

dl(i).z=0;

end

SumBx=zeros(1,l.*l);

SumBy=zeros(1,l.*l);

SumBz=zeros(1,l.*l);%求和得到的各个点的场强值放在这里

temp=1; %用来计数求出每个点的场强值

for i = 1:l

for j=1:l

for k = 1:m

a=[dl(k).x dl(k).y dl(k).z];

b=[Px(i)-x(k) Py(j)-y(k) Pz(i)-z(k)];

Rmod=sqrt(sum(abs([Px(i)-x(k) Py(j)-y(k) Pz(i)-z(k)]).^2));

dB=C0.*cross(a,b)/(Rmod.^3);

SumBx(temp) = SumBx(temp)+dB(1);

SumBy(temp) = SumBy(temp)+dB(2);

SumBz(temp) = SumBz(temp)+dB(3);

end

temp=temp+1;

end

end

SumBz=reshape(SumBz,l,l);

mesh(Px,Py,SumBz)

上图是距离圆形线圈0.6高度时候的Bz大小,不同高度的图如下:

z=0.8

从左到右,从上到下依次是距离圆形线圈平面高度为0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0的平面上Bz的大小,可以看出:四个角的磁场强度在Z=0的平面内最强,而随着Z的升高逐渐下降,且下降速度快于中间部分场强。这些特性都和矩形线圈很相似,但在变化速度上有所不同。圆形线圈比较柔和一些。

至此,Matlab的理论仿真基本上就做完了,我们大概的了解到了垂直方向磁场强度的变化趋势,但这只是理论仿真,如果加上材料,周围环境的影响,情况到底会是什么样子呢?

HFSS仿真

这个时候就用上了HFSS仿真,这可是电磁场仿真的利器,但我刚开始用的时候基本上不会用,又是一段痛苦的回忆,还是那句老话,在你仿真之前,一定要对基础理论有所了解,不然就是无头苍蝇,四处碰壁啊,自己做不出来,去问别人,别人给你解答解答就会发现你基础的薄弱,也就一句话“先看看基础理论再来问吧”把你打发了,这也是情理之中的,所以,不要怕基础理论困难,难者不会,会者不难,总有开始的第一步,慢慢走。

由于在Matlab中的仿真告诉我们,7圈和1圈性质差不多(其实还是会有互感呀,临近效应之类的影响的,但7圈和1圈仿真时间真是天差地别……),那么为了节省时间,我们就先从1圈做起,由简到难。

激励加载

在HFSS中画好了模型,就是单圈线圈,但是不知道如何加激励,这一点很尴尬,不知道是像波导那样什么的选择一个面设置为lumped port?要是选择面的话应该是选择哪个面呢?要看哪些参数才知道自己加对没有?等等各种问题,后来经过不断的在论坛上寻找,一不小心发现了一个加激励的方式:

把线圈的两端用一个矩形平面连接起来,然后设置这个矩形平面为lumped port

这样就ok了。

观察Hz

加好激励就开始仿真,Analyze结束之后就可以看各种参量了。

首先,我们先来验证一下磁感应强度是不是按照Matlab仿真中的规律变化。

(1)在相对高度0.2,0.4,0.6,0.8处各画一个平面

(2)在HFSS中的Field Overlays中自定义一个公式,为Vcetor_H的ScalarZ,这样才能看某一个平面高度的Hz

(3)需要观察的平面和需要观察的对象都设置好之后,只要添加就好了

先选中需要观察的平面后,选择Field Overlays的Plot Fields中的Named Expression,找到自己定义的变量就OK了

Z=0的时候选择Global:XY

出来的结果如图:

从左到右,从上到下依次是距离矩形线圈平

面高度为

小。

可以看出:

论分析互相吻合,场强大小都是中间强,四

周弱。

观察金属与铁氧体对金属线圈磁场的影响

由于实际应用中的线圈经常会受到外界的影响,这里我们就仿真一下在金属与铁氧体(经常用做吸波材料)影响下的磁场。

金属影响下的磁场

不加金属在z=0.3位置加金属片

0.2

在z=0.5位置加金属片

由上图可以看出,加在0.3位置的金属片对其附近的0.2处的磁场产生了极大的影响,使0.2处的磁场强度骤降。相同的事情也在z=0.4处发生了。

我们分析一下原因。

先画出Z=0.2,未在0.3位置加金属的时候,H的大小与方向。(注意,这里不是Hz了)

再画出Z=0.2,在0.3位置加金属的时候,H的大小与方向。

对比之后可以发现,有金属部分的磁场强度明显减弱;同时,磁场强度矢量H的方向发生了改变,由原来的垂直变得弯曲。联系一下实际,手机的电池部分一般就是金属吧,要是你刷公交卡的时候把手机和卡放在一起,有时候就刷不出来,这就是因为手机覆盖部分的磁场由于手机损耗等原因减小,同时手机附近的磁力线方向偏转,这两个原因导致通过公交卡线圈天线的磁通量减弱,结果就是刷卡失败。

铁氧体影响下的磁场

在铁氧体影响下的磁场,我们分析两种情况,一种是在紧挨线圈下方加大于线圈大小的铁氧体,一种是紧挨线圈下方加小于线圈大小的铁氧体。

首先来看看第一种情况,加铁氧体的方式如下图所示:

得到不同平面的场强Hz如下:

不加铁氧体紧挨线圈下方加大于线圈大小的铁氧体

0.2

由图可知,在紧挨线圈下方加大于线圈大小的铁氧体使得线圈在其上空产生的磁场强度受到极大的增强,我们来分析一下原因。

我们先看看未加铁氧体时Z=0平面上的H的大小与方向:

可以看到磁力线凌乱不堪。

再看看加铁氧体时Z=0平面上的H的大小与方向:

可以看到这个时候磁力线受到了铁氧体的限制变得有规律,使得通过线圈的磁通增强。接下来分析第二种情况。

不加铁氧体紧挨线圈下方加小于线圈大小的铁氧体

0.2

可以看到对磁场增强的效果没有第一种情况好,我们来分析一下原因。

看看在紧挨线圈下方加小于线圈大小的铁氧体时,Z=0平面上H的大小与方向:

可以看到有铁氧体的部分电磁场受到了限制,但由于铁氧体变小,所以受到限制的部分没有第一种情况多,磁场也就没有第一种情况规律,因此磁场增强效果也就没有第一种情况好了。最后我们观察一下在金属和铁氧体同时出现时的情况。

在有金属的时候,我们发现金属附近的磁场受到了干扰,减小的很厉害,那我们加上铁氧体

看看情况会不会变好。

可以看到观察平面上的磁场强度并没有像前面所看到的那样,受到金属片影响变得很弱。这说明铁氧体起到了隔离金属影响的功能,由下图更能体现出来这一点:

从上图可以看出金属所产生的涡流损耗被吸波材料减弱了。

由我们上面所进行的整体分析可以看出,磁场中的金属有两个作用,产生涡流损耗和压偏磁力线方向;而铁氧体也有两个作用,屏蔽掉金属的干扰和使磁力线更加集中。

阻抗匹配

以上所进行的分析都是在线圈阻抗未匹配情况下做的定性分析,而在实际中应用的线圈天线必须要进行阻抗匹配才能使用于能量传递的功率更大,即S11要小才行。主要的途径就是调整线圈的谐振频率达到13.56Mhz。

刚开始的思路很简单,因为线圈天线可以等效为一个谐振电路,那根据公式f=1/2π√LC,只要在线圈的端口直接加电容或者电感就好了。

(这里顺便说一下,求谐振频率的时候,要先把求解模式设置为Eigenmode,然后在Solution Data中查看谐振频率,具体为什么我还没有搞清楚。

还有一种看谐振频率的方式就是直接在Driven Modal中看S11是否在13.56MHz的时候达到最小,我的理解是这样的,在S11最小的时候说明匹配最好,虚部肯定为零,而谐振频率的时候虚部就是为零的,所以两个频率就应该相等。虽然不严谨,但也差不多了。我一般就用这种方式,因为本征模求解有点耗时)

为了调谐,我加各种电容各种电感,跑了好多天,加的方式跟激励差不多,也是画一个矩形片,但是不设置为lumped port,而是Lumped RLC,加的位置也在端口处,如下图:

但怎么加都不会调谐,也就是说谐振频率怎样都达不到13.56Mhz,

在经过一阵时间胡乱尝试之后,我终于决定静下心来看理论,同时也在论坛上问,加QQ群,问群里的人,总算有个热心的大牛提示我用Smith圆图来做匹配,于是我又恶补了一下Smith 圆图的知识,然后参考别人用Smith圆图做匹配的论文,终于摸索出了一套匹配的路线,用的是集总元器件的L网络匹配,为了方便计算,还用到了安捷伦的ADS2009,不用这个软件也可以,但是就是要自己算,会增加一些工作量。废话不说,我现在就介绍一下这种匹配方式。

在匹配之前,我们必须先对Smith圆图有所了解,它是电压反射系数的极坐标图,我们就是利用画在图中的阻抗(或导纳)圆进行匹配。先得到线圈的阻抗,进行归一化,找到归一化阻抗在圆图中的位置,然后将其按照一定规律移动到圆图中心的匹配点(0,0)就好了。我们在线圈端口处加电容或电感,是并联着加,还是串联着加都会按照一定规律对该点在图中的位置产生影响。具体如何移动请参考微波工程这本书,或者其他Smith圆图的教材。这里只讲一下操作步骤。

(1)首先,我们要得到线圈的输入阻抗ZL。

在线圈两端只加一个激励源,lumped port就可以了,运行出结果,在Results中新建一个Data Table,如下图所示:

然后选择Z11

点击New Report,就能生成一个输入阻抗值的表,每个频率点有一个对应的值,我们找到13.56MHz时候的那个值。

这样,我们就得到了线圈天线的输入阻抗ZL,下面要进行的就是阻抗匹配的工作,这里就用到了ADS2009。

(2)在ADS2009中进行阻抗匹配

打开已经安装好的ADS2009,新建一个工程,在打开的原理图画出用集总元件表示的线圈天线输入阻抗值ZL,比如上图的例子是0.193822+8.416626i,那么就加入一个电阻,阻值为0.193822Ω,再加入一个电感,电感值为L=8.416626/2π*13.56*10e6=98.8nH。为了仿真,我们还要加入Simulation-S_Param中的端口Term与仿真控制器SP,以及Smith Chart Matching 中的Smith圆图,加上接地,并把元器件连接起来就得到了仿真电路。

微波技术与天线实验10利用HFSS仿真对称振子阵列天线

一实验目的 1 学会使用Ansoft软件hfss工具包分析阵列天线的基本步骤。 2 计算四元阵的方向图,并观察馈电电压相位改变时方向图的变化。 图0 对称振子四元阵 二实验原理及步骤 1、建立天线模型 按照教材P199图5.2-17给出的四元阵的示意图,计算出天线各单元的尺寸和坐标位置,建立模型进行仿真(如图0)。 工作频率为3GHz,波长lbd=100mm。四分之一波长振子单臂长度l0=lbd/4=25mm, 阵列单元间距d=lbd/250mm,各振子臂为以z轴各为轴的圆柱体,模型如表1。其中r0=1mm,l0= 25mm,d=50mm。 表1 振子模型

各振子的激励加在矩形平面上(平行于yz面),模型如表2。 表2 激励源模型 Airbox为立方体,顶点坐标为(-lbd/4-r0, -lbd/4-r0, -lbd/4- l0-0.5mm),尺寸为xsize=2*(lbd/4+r0), ysize=2*lbd/4+4*r0+3*d,zsize=2*(lbd/4+l0+0.5mm)。其中lbd=100 mm,材料为vaccum,边界条件为radiation。 2、设置频率3GHz,运行计算。 3、设置立体角度 在Project Manager窗口中,选择dipole>HFSSDesign1>Radiation,点击鼠标右键,选择Inser Farm Field Setup>Infinite Sphere,出现远场辐射球设置界面“Far Field Radiation Sphere”,设置如图1,点击确定。

图1 远场辐射球设置界面 4、仿真结果 (1)等幅同相激励 选择project manger窗口中的Field Overlays,点击鼠标右键Edit Source,按照图2所示设置各端口的激励源,等幅同相激励。

微波仿真论坛_贴片天线研究

贴片天线研究 第一部分天线的基本知识 (2) 第二部分贴片天线设计 (11) 第三部分贴片天线的应用 (24) 第四部分贴片天线的性能 以及SAR的分布 (31) 附录 (38) 小组成员:李黎轩冷继男 钟颐华刘同 2004年1月2日

第一部分 天线的基本知识 总括 天线是我们在设计射频系统时所需考虑得最后一部分内容。然而可不能小视天线的重要作用,轻敌将导致设计前功尽弃。天线作为无线传输的一部分,它的作用概括起来说是传送与接受电磁场能量。在第一部分中,我们将介绍天线的最基本知识,以指导接下来贴片天线的设计。 定义 天线是一个具备传输与发送电磁能量的导电元件。天线能够将电磁能量转化为电磁场传播出去,同时又能够通过将空间中的电磁场转化为电磁能量来接收电磁波。如何在同一天线上实现电磁能量的接收(receive )与传播(transmit)是天线的一个重要属性 . 天线的主要特征参数有: 天线的中心频率(center frequency )、带宽(bandwidth)、天线的极化(polarization)、天线增益gain 、辐射模型(radiation pattern)、阻抗(impedance)。 传输线的特征参数 λ Lambda Wavelength (单位:米) 在自由空间中传播的电磁场,速度为光速。即8 3.0010/c m s =?. VSWR Voltage Standing Wave Ratio ,电压驻波系数 dB Decibel 分贝的引入为在使用中表示方便 dBm dBm 表示功率,相对于1 mw 为基准定义 dBi 天线增益,以等方向天线为参考

天线设计指南

天线设计指南?........................................................................................................................... 2 简介?...........................................................................................................................................?2 天线原理?...................................................................................................................................?3 天线类型?...................................................................................................................................?5 天线的选择?............................................................................................................................... 7 天线馈电的考量?..................................................................................................................... 13 芯片天线?.................................................................................................................................?21 各种天线的比较?..................................................................................................................... 25 环境对天线性能的影响?......................................................................................................... 25 塑料外壳的影响?..................................................................................................................... 27 调试 PCB 空板?......................................................................................................................... 32 使用塑料和人体接触来调整调试?......................................................................................... 38?

微波技术与天线课后题答案

1-1 解: f=9375MHz, / 3.2,/ 3.1251c f cm l λλ===> 此传输线为长线 1-2解: f=150kHz, 4/2000,/0.5101c f m l λλ-===?<< 此传输线为短线 1-3答: 当频率很高,传输线的长度与所传电磁波的波长相当时,低频时忽略 的各种现象与效应,通过沿导体线分布在每一点的损耗电阻,电感,电容和漏电导表现出来,影响传输线上每一点的电磁波传播,故称其 为分布参数。用1111,,,R L C G 表示,分别称其为传输线单位长度的分布电阻,分布电感,分布电容和分布电导。 1-4 解: 特性阻抗 050Z ====Ω f=50Hz X 1=ωL 1=2π×50×16.65×10-9Ω/cm=5.23×10-6Ω/cm B 1=ω C 1=2π×50×0.666×10×10-12=2.09×10-9S/cm 1-5 解: ∵ ()22j z j z i r U z U e U e ββ''-'=+ ()()220 1 j z j z i r I z U e U e Z ββ''-'= - 将 22233 20,2,42 i r U V U V z πβλπλ'===?= 代入 3 32 2 3 4 20220218j j z U e e j j j V ππλ-'==+=-+=- ()34 1 2020.11200 z I j j j A λ'== --=- ()()()34 ,18cos 2j t e z u z t R U z e t V ωλπω'=??''??==- ????? ()()()34,0.11cos 2j t e z i z t R I z e t A ωλπω'=??''??==- ????? 1-6 解: ∵Z L =Z 0 ∴()()220j z i r U z U e U β''== ()()()2123 2 1 100j j z z U z e U z e πβ' ' -''== ()() ()() 6 1 1100,100cos 6j U z e V u z t t V ππω'=? ?=+ ?? ?

螺旋天线的仿真设计微波课设

理工大学现代科技学院 课程设计任务书

指导教师签名:日期:

专业班级 学号 成绩 一、设计题目 螺旋天线的仿真设计 二、设计目的 (1)熟悉Ansoft HFSS 软件的使用。 (2)学会螺旋天线的仿真设计方法。 (3)完成螺旋天线的仿真设计,并查看S 参数以及场分布。 三、实验原理 螺旋天线(helical antenna )是一种具有螺旋形状的天线。它由导电性能良好的金属螺旋线 组成,通常用同轴线馈电,同轴线的心线和螺旋线的一端相连接,同轴线的外导体则和接地 的金属网(或板)相连接,该版即为接地板。螺旋天线的辐射方向与螺旋线圆周长有关。当 螺旋线的圆周长比一个波长小很多时,辐射最强的方向垂直于螺旋轴;当螺旋线圆周长为一 个波长的数量级时,最强辐射出现在螺旋旋轴方向上。 四、设计要求 设计一个右手圆极化螺旋天线,要求工作频率为4G ,分析其远区场辐射特性以及S 曲线。 本设计参数为:螺旋天线的中心频率 f=4GHz , λ=75mm ; … … …… …… ………………… …装 …… …… …… …… … …… …… …… 订… …… ……………………………… …线 …… …… …… …… … ………………

螺旋导体的半径 d=0.15λ=11.25mm ; 螺旋线导线的半径 a=0.5mm ; 螺距 s=0.25λ=18,75mm ; 圈数 N=3; 轴向长度 l=Ns ; 五、设计仿真步骤 在HFSS 建立的模型中,关键是画出螺旋线模型。画螺旋线,现说明螺旋线模型的创建。 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、设置模型的默认材料 在工具栏中设置模型的下拉菜单中点击Select ,在设置材料窗口中选择copper (铜)材料, 点击OK 按钮(确定)确认。 5、创建螺旋天线模型 (1)创建螺旋线Helix 。 在菜单中点击Draw>Circle,输入圆的中心坐标。X:11.25 Y:0 Z:0 ,按回车键结束。输入圆的 半径dX:0.5 dY:0 dZ:0 按回车键结束输入。在特性(Porperties )窗口中将Axis 改为Y 。点击确认。在历史操作树中选中该circle 。在菜单键点击Draw>Helix ,在右下角的输入栏中 … … …… …… …… ……………装……………………………………订……………… …… …… …… …… …线 … …… …… …… …… ……… …… …… …

hfss中文教程 390-413 微波端口

rf 微波|射频|仿真|通信|电子|EMC|天线|雷达|数值 ---- 专业微波工程师社区: https://www.sodocs.net/doc/344551802.html, HFSS FULL BOOK v10中文翻译版568页(原801页) (分节 水印 免费 发布版) 微波仿真论坛 --组织翻译 有史以来最全最强的 HFSS 中文教程 感谢所有参与翻译,校对,整理的会员 版权申明: 此翻译稿版权为微波仿真论坛(https://www.sodocs.net/doc/344551802.html,)所有. 分节版可以转载. 严禁转载568页完整版. 推荐: EDA问题集合(收藏版) 之HFSS问题收藏集合 https://www.sodocs.net/doc/344551802.html,/hfss.html Q: 分节版内容有删减吗? A:没有,只是把完整版分开按章节发布,免费下载.带水印但不影响基本阅读. Q: 完整版有什么优势? A:完整版会不断更新,修正,并加上心得注解.无水印.阅读更方便. Q: 本书结构? A: 前200页为使用介绍.接下来为实例(天线,器件,EMC,SI等).最后100页为基础综述 Q: 完整版在哪里下载? A: 微波仿真论坛( https://www.sodocs.net/doc/344551802.html,/read.php?tid=5454 ) Q: 有纸质版吗? A:有.与完整版一样,喜欢纸质版的请联系站长邮寄rfeda@https://www.sodocs.net/doc/344551802.html, 无特别需求请用电子版 Q: 还有其它翻译吗?A:有专门协助团队之翻译小组.除HFSS外,还组织了ADS,FEKO的翻译.还有正在筹划中的任务! Q: 翻译工程量有多大?A:论坛40位热心会员,120天初译,60天校对.30天整理成稿.感谢他们的付出! Q: https://www.sodocs.net/doc/344551802.html,只讨论仿真吗? A:以仿真为主.微波综合社区. 论坛正在高速发展.涉及面会越来越广! 现涉及 微波|射频|仿真|通信|电子|EMC|天线|雷达|数值|高校|求职|招聘 Q: https://www.sodocs.net/doc/344551802.html,特色? A: 以技术交流为主,注重贴子质量,严禁灌水; 资料注重原创; 各个版块有专门协助团队快速解决会员问题; https://www.sodocs.net/doc/344551802.html, --- 等待你的加入 RF https://www.sodocs.net/doc/344551802.html, rf---射频(Radio Frequency)

2.4G 天线设计完整指南(原理、设计、布局、性能、调试)

本文章使用简单的术语介绍了天线的设计情况,并推荐了两款经过测试的低成本PCB天线。这些PCB天线能够与PRoC?和PSoC?系列中的低功耗蓝牙(BLE)解决方案配合使用。为了使性能最佳,PRoC BLE和PSoC4 BLE2.4GHz射频必须与其天线正确匹配。本应用笔记中最后部分介绍了如何在最终产品中调试天线。 1、简介 天线是无线系统中的关键组件,它负责发送和接收来自空中的电磁辐射。为低成本、消费广的应用设计天线,并将其集成到手提产品中是大多数原装设备制造商(OEM)正在面对的挑战。终端客户从某个RF产品(如电量有限的硬币型电池)获得的无线射程主要取决于天线的设计、塑料外壳以及良好的PCB布局。 对于芯片和电源相同但布局和天线设计实践不同的系统,它们的RF(射频)范围变化超过50%也是正常的。本应用笔记介绍了最佳实践、布局指南以及天线调试程序,并给出了使用给定电量所获取的最宽波段。

图1.典型的近距离无线系统 设计优良的天线可以扩大无线产品的工作范围。从无线模块发送的能量越大,在已给的数据包错误率(PER)以及接收器灵敏度固定的条件下,传输的距离也越大。另外,天线还有其他不太明显的优点,例如:在某个给定的范围内,设计优良的天线能够发射更多的能量,从而可以提高错误容限化(由干扰或噪声引起的)。同样,接收端良好的调试天线和Balun(平衡器)可以在极小的辐射条件下工作。 最佳天线可以降低PER,并提高通信质量。PER越低,发生重新传输的次数也越少,从而可以节省电池电量。 2、天线原理 天线一般指的是裸露在空间内的导体。该导体的长度与信号波长成特定比例或整数倍时,它可作为天线使用。因为提供给天线的电能被发射到空间内,所以该条件被称为“谐振”。 图2. 偶极天线基础 如图2所示,导体的波长为λ/2,其中λ为电信号的波长。信号发生器通过一根传输线(也称为天线馈电)在天线的中心点为其供电。按照这个长度,将在整个导线上形成电压和电流驻波,如图2所示。 输入到天线的电能被转换为电磁辐射,并以相应的频率辐射到空中。该天线由天线馈电供电,馈电的特性阻抗为50Ω,并且辐射到特性阻抗为377Ω的空间中。

微波技术与天线复习知识要点

《微波技术与天线》复习知识要点 绪论 微波的定义: 微波是电磁波谱介于超短波与红外线之间的波段,它属于无线电波中波长最短的波段。 微波的频率范围:300MHz~3000GHz ,其对应波长范围是1m~ 0.1mm 微波的特点(要结合实际应用): 似光性,频率高(频带宽),穿透性(卫星通信),量子特性(微波波谱的分析) 第一章均匀传输线理论 均匀无耗传输线的输入阻抗(2个特性) 定义: 传输线上任意一点z处的输入电压和输入电流之比称为传输线的输入阻抗注: 均匀无耗传输线上任意一点的输入阻抗与观察点的位置、传输线的特性阻抗、终端负载阻抗、工作频率有关。 两个特性: 1、λ/2重复性: 无耗传输线上任意相距λ/2处的阻抗相同Z in(z)=Z in(z+λ/2)

2、λ/4变换性:Zin(z)-Z in(z+λ/4)=Z 02 证明题: (作业题) 均匀无耗传输线的三种传输状态(要会判断)参数 |Γ|ρZ 1行波01 匹配驻波1∞ 短路、开路、纯 电抗行驻波 0<|Γ|<1 1<ρ<∞ 任意负载 能量电磁能量全部 被负载吸收电磁能量在原 地震荡 1.行波状态: 无反射的传输状态 匹配负载:

负载阻抗等于传输线的特性阻抗 沿线电压和电流振幅不变 电压和电流在任意点上同相 2.纯驻波状态: 全反射状态 负载阻抗分为短路、开路、纯电抗状态 3.行驻波状态: 传输线上任意点输入阻抗为复数 传输线的三类匹配状态(知道概念) 负载阻抗匹配: 是负载阻抗等于传输线的特性阻抗的情形,此时只有从信源到负载的入射波,而无反射波。源阻抗匹配: 电源的内阻等于传输线的特性阻抗时,电源和传输线是匹配的,这种电源称之为匹配电源。此时,信号源端无反射。 共轭阻抗匹配: 对于不匹配电源,当负载阻抗折合到电源参考面上的输入阻抗为电源内阻抗的共轭值时,即当Z in=Z g﹡时,负载能得到最大功率值。 共轭匹配的目的就是使负载得到最大功率。 传输线的阻抗匹配(λ/4阻抗变换)(P15和P17) 阻抗圆图的应用(*与实验结合)

微波仿真论坛_电磁场的远场和近场划分

电磁辐射的测量基础知识 电磁辐射的测量方法通常与测量点位和辐射源的距离有关,即,所进行的测量是远场测量还是近场测量。由于远场和近场的情况下,电磁场的性质有所不同,因此,要对远场和近场测量有明确的了解。 1、电磁场的远场和近场划分 电磁辐射源产生的交变电磁场可分为性质不同的两个部分,其中一部分电磁场能量在辐射源周围空间及辐射源之间周期性地来回流动,不向外发射,称为感应场;另一部分电磁场能量脱离辐射体,以电磁波的形式向外发射,称为辐射场。 一般情况下,电磁辐射场根据感应场和辐射场的不同而区分为远区场(辐射场)和近区场(感应场)。由于远场和近场的划分相对复杂,要具体根据不同的工作环境和测量目的进行划分,一般而言,以场源为中心,在三个波长范围内的区域,通常称为近区场,也可称为感应场;在以场源为中心,半径为三个波长之外的空间范围称为远区场,也可称为辐射场。近区场通常具有如下特点: 近区场内,电场强度与磁场强度的大小没有确定的比例关系。即:E=377H。一般情况下,对于电压高电流小的场源(如发射天线、馈线等),电场要比磁场强得多,对于电压低电流大的场源(如某些感应加热设备的模具),磁场要比电场大得多。 近区场的电磁场强度比远区场大得多。从这个角度上说,电磁防护的重点应该在近区场。 近区场的电磁场强度随距离的变化比较快,在此空间内的不均匀度较大。 远区场的主要特点如下: 在远区场中,所有的电磁能量基本上均以电磁波形式辐射传播,这种场辐射强度的衰减要比感应场慢得多。 在远区场,电场强度与磁场强度有如下关系:在国际单位制中,E=377H,电场与磁场的运行方向互相垂直,并都垂直于电磁波的传播方向。 远区场为弱场,其电磁场强度均较小 近区场与远区场划分的意义: 通常,对于一个固定的可以产生一定强度的电磁辐射源来说,近区场辐射的电磁场强度较大,所以,应该格外注意对电磁辐射近区场的防护。对电磁辐射近区场的防护,首先是对作业人员及处在近区场环境内的人员的防护,其次是对位于近区场内的各种电子、电气设备的防护。而对于远区场,由于电磁场强较小,通常对人的危害较小。 对我们最经常接触的从短波段30MHz到微波段的3000MHz的频段范围,其波长范围从10米到1米。 2、远区场的测量 在远区场(辐射场区),可引入功率密度矢量(波印廷矢量),电场矢量、磁场矢量、波印廷矢量三者方向互相垂直,波印廷矢量的方向为电磁波传播方向。 在数值上,E=377H,S=EH=E2/377。其中电场强度E的单位是(V/m),磁场强度H的单位是(A/m),功率密度的单位是(W/m2),全部是国际单位制(SI)。 由公式可看出,在远场区,电场与磁场不是独立的,可以只测电场强度,磁场强度及功率密度中的一个项目,其他两个项目均可由此换算出来。 一般情况,关于远场和近场的测量问题可以简化为: 国标规定,当电磁辐射体的工作频率低于300MHz时,应对工作场所的电场强度和磁场强度分别测量。当电磁辐射体的工作频率大于300MHz时,可以只测电场强度。 300MHz频率相应的波长为1米,λ/6为16cm,16cm之外辐射场占优势。如按3λ的划分界限,距辐射源3米之外可认为是远场区。 一般电磁环境是指在较大范围内由各种电磁辐射源,通过各种传播途径造成的电磁辐射背景值,因而属于远区场,辐射的频谱非常宽,电磁场强度均较小。 1GHz以下远区辐射场的测量,可用远区场强仪,也可用干扰场强仪。

线圈天线设计经验总结

线圈天线设计经验总结 线圈天线设计经验总结 做了三四个月的线圈天线了,从刚开始的什么都不懂,到现在的知道自己什么不懂, 也算是一个成长的过程,做了这么久,有点经验,写在这里与大家分享一下。 需求是13.56MHz 的天线,就像刷公交卡的那种天线一样,但不知道用什么形式的天 线做,看了一两个礼拜的微带天线,参考教程在HFSS 中做出了第一个微带天线的仿真, 正觉得有点进展的时候,老师一句话,用线圈天线做,我不得不改做线圈天线。然后就是 各种资料的搜索与学习。 线圈天线是一种很简单的天线,复杂点说的话,就是用铜线(当然可以是其他材料) 按照一定的形状绕几圈,ok ,这就是线圈天线了,铜线的两头加上激励源就可以发射了。(有兴趣的同学可以把你手中的公交卡打开,会发现它就是用的线圈天线,网上有这种教程,可以让你把公交卡拆开,然后把完成公交卡功能的天线和芯片拿出来贴在手机后盖和 电池之间,这样就可以很潇洒的实现手机刷卡了,哈哈,不过要怎么充值就要自己想办法了)当然,这个时候的线圈天线是不好用的,因为你对它的特性什么的都不了解。所以, 打算先进行理论方面的研究。 理论分析与Matlab 仿真 因为做的是类似于RFID 的NFC 的13.56MHz 的线圈天线,天线在这个频率一般都是 使用磁场耦合来实现能量的传递,那么我们就对在这个时候线圈的磁场进行分析。网上 关于矩形线圈的磁场分析有很多论文了,但我们还是自己做一下会理解的比较深刻,先复 习一下电磁场的知识,正好书上有一道例题讲的就是长度为l 的导线在周围空间任意点产生的磁场公式,这里引入了矢量磁位A ,因为矢量磁位A 的方向与电流I 的方向是相同的,而且对矢量磁位求旋度就是磁感应强度B ,这种性质对线天线来讲是很有用的。 矩形线圈 我们先来研究单圈的矩形线圈天线。 根据有限长导线周围磁感应强度的公式,算出四条边在空间某一点的矢量磁位A ,由于两两方向相同,叠加之后就剩下了两个方向的向量相加,这样利于后面求旋度的处理; 对空间某一点总矢量磁位A 求旋度就得到了磁感应强度B ,只取B 的Z 方向大小Bz 就 得到了我们所关心的垂直方向磁感应强度(因为刷卡的时候算磁通量只有垂直方向的是有 效的)。这样得到的是一个巨复杂的公式,用人的肉眼直接观察看不出来任何规律,于是 借助Matlab 的画图功能得到直观的感受。 Matlab 的m 文件内容与图片如下: clear all; clc;

《微波技术与天线》实验指导书

微波技术与天线实验指导书 南京工业大学信息科学与工程学院 通信工程系

目录 实验一微波测量系统的熟悉和调整.................. - 2 -实验二电压驻波比的测量......................... - 9 -实验三微波阻抗的测量与匹配 .................... - 12 -实验四二端口微波网络阻抗参数的测量 ............. - 17 -

实验一 微波测量系统的熟悉和调整 一、实验目的 1. 熟悉波导测量线的使用方法; 2. 掌握校准晶体检波特性的方法; 3. 观测矩形波导终端的三种状态(短路、接任意负载、匹配)时,TE 10波的电场分量沿轴向方向上的分布。 二、实验原理 1. 传输线的三种状态 对于波导系统,电场基本解为ift rm ift r e E e a b r V E --== ) /ln(0 (1) 当终端接短路负载时,导行波在终端全部被反射――纯驻波状态。 ift y ift y y e x a E e x a E E )sin( )sin( 00π π -=- 在x=a/2处 z E e e E E y ift ift y y βsin 2)(00-=+=+- 其模值为:z E E y y βsin 20= 最大值和最小值为: 2min 0max ==r r r E E E (2) 终端接任意负载时,导行波在终端部分被反射――行驻波状态。 ift y ift y y e x a E e x a E E )sin( )sin( ' 00π π +=- 在x=a/2处 z E e E E e E e E e E e E e E e E E y ift y y fit y fit y fit y ift y fit y fit y y βcos 2)()()('0 ' 0'0 '0'00'00+-=++-=+=----- 由此可见,行驻波由一行波与一驻波合成而得。其模值为:

微波技术与天线实验3利用HFSS仿真分析波导膜片

HFSS仿真分析波导膜片 1.实验原理 矩形波导的结构(如图1),尺寸a×b, a>b,在矩形波导传播的电磁波可分为TE模和TM模。 图1 矩形波导 1)TE模,0 = z E。 cos cos z z mn m x n y H H e a b γ ππ - = 2 cos sin x mn c z n m x n y E H b a b j k eγ πππ ωμ- = 2 sin cos z y mn c j m m x n y E H e k a a b γ ωμπππ - =- 2 sin cos z x mn c m m x n y H H e k a a b γ λπππ - = 2 cos sin z y mn c n m x n y H H e k b a b γ λπππ - = 其中, c k22 m n a b ππ ???? ? ? ???? +mn H是与激励源有关的待定常数。 2)TM模

Z H =0,由Z E 的边界条件同样可得无穷多个TM 模。注意:对于mn TM 和mn TE 模,m, n 不能同时为零,否则全部的场分量为零。 mn TM 和mn TE 模具有相同的截止波数计算公式,即 c k (mn TM )=c k (mn TE ) 所以,它们的截止波长c λ和截止频率c f 的计算公式也是一样的,即 c λ(mn TM )=c λ(mn TE )=222 ??? ??+??? ??b n a m c f (mn TM )=c f (mn TE ) 对于给定的工作频率或波长,只有满足传播条件(f >c f 或λ

射频 微波工程师经典参考书[精华]

射频微波工程师经典参考书[精华] 射频微波工程师经典参考书 1.《射频电路设计--理论与应用》『美』 Reinhold Ludwig 著电子工业出版社 个人书评:射频经典著作,建议做RF的人手一本,里面内容比较全面,这本书要反复的看,每读一次都会更深一层理解. 随便提一下,关于看射频书籍看不懂的地方怎么办,我提议先看枝干或结论有个大概印象,实在弄不明白就跳过(当然可问身边同事同学或GOOGLE一下),跳过不是不管它了,而是尽量先看完自己能看懂的,看第二遍的时候再重点抓第一次没有看懂的地方,人的思维是不断升华的,知识的也是一个系统体系,有关联的,当你把每一块砖弄明白了,就自然而然推测出金字塔塔顶是怎么架设出来的。 2. 《射频通信电路设计》『中』刘长军著科学技术出版社 个人书评:有拼凑之嫌(大量引用书1和《微波晶体管放大电路分析与设计》内容),但还是有可取之处,加上作者的理解,比看外文书(或者翻译本)看起来要通俗易懂,毕竟是中国人口韵。值得一看,书上有很多归纳性的经验. 3(《高频电路设计与制作》『日』市川欲一著科学技术出版社 个人书评:本人说实话比较喜欢日本人写书的风格和语言,及其通俗,配上图示,极其深奥的理论看起来明明朗朗,比那些从头到尾只会搬抄公式的某些教授强们多了,本书作者的实践之作,里面都是一些作者的设计作品和设计方法,推荐一看. 4. 《LC滤波器设计与制作》『日』森荣二著科学技术出版社 个人书评:语言及其通俗易懂,完全没有深奥的理论在里面,入门者

看看不错,但是设计方法感觉有点落后,完全手工计算.也感觉内容的太细致,此书一般. 5. 《振荡电路设计与应用》『日』稻叶宝著科学技术出版社 个人书评:这边书还不错,除了学到振荡电路设计,还学到了很多模拟电路的基础应用,唯一缺点书中的内容涉及频率的都不够高(k级,几M,几十,几百M的振荡器),做有源电路的可以看一下,整体感觉还行. 6. 《锁相环电路设计与应用》『日』远坂俊昭著科学技术出版社 个人书评:对PLL原理总是搞不太明白的同学可以参考此书,图形图片很多,让人很直观明白,比起其他PLL书只会千篇一律写公式强千倍。好书,值得收藏~ 7. 《信号完整性分析》『美』 Eric Bogatin 著电子工业出版社 个人书评:前几章用物理的方法看电子,感觉不好理解,写的感觉很拗口,翻译好像也有些不到位,但后面几章写的确实好,尤其是关于传输线的,对你理解信号的传输的实际过程,能建立一个很好的模型,推荐大家看一下,此书还是不错的.(看多了RF的,换换胃口) 8. 《高速数字设计》『美』 Howard Johnson著电子工业出版社 个人书评:刚刚卓越买回来,还没有动“她”呢,随便翻了下目录,做高速电路和PCB Layout的工程师一看要看下,这本书也是经典书喔~ 9.《蓝牙技术原理开发与应用》『中』钱志鸿著北京航空航天大 学出版社 个人书评:当时自己做蓝牙产品买的书,前2年仅有的几本,上面讲了一下蓝牙的基本理论(恰当的说翻译了蓝牙标准),软件,程序的东西占大部分内容. 10.《EMC电磁兼容设计与测试案例分析》『中』郑军奇著电子工业出版社 个人书评:实战性和很强的一本书,本人做产品经常要送去信息产业部电子研究5所做EMC测试,认证.产品认证是产品成功的临门一脚,把这脚球踢好,老板

汽车天线设计指南(设计手册)

AAAA公司 汽车天线设计指南 工程部编制 2003年2月16日

前言 为便于公司产品设计人员设计、开发汽车天线时,在材料选择、连接方法、产品结构、配合公差和功能/性能方面,借鉴公司同类产品的经验,降低成本、减少失误,提高新产品的开发速度和质量,编制本设计指南,供公司设计人员设计、开发新产品时参考。 编者:

一、汽车天线的类型: 根据汽车天线的按装位置和结构分为: 1. 前窗隐藏式天线:这类天线按装在前窗的左侧上方,天线座按前窗的倾斜角度设置天线杆的倾斜角度,天线杆可全部缩进线座上的天线杆护管内。天线杆大多数是φ 2.5-3mm的不锈钢丝,也有部分是二节拉杆式的。 这类天线设计开发时,除考虑性能/功能、连接方法符合常规汽车天线的技术要求外:(见常规汽车天线的技术要求)a.必须根据顾客车身天线按装孔的中心距、偏移角度和天线的倾斜角度及车壳弧度,设计天线座的按装孔中心距、偏移角度、天线的倾斜角度和天线座底面弧度。保证天 线的可装配性。 b.根据整车厂的装配要求,线座垫片和线座的装配连接方法,必须设计为卡口装配,避免垫片和线座分离影响装 配速度。 c.选用合格的线座注塑材料,避免天线座开裂和老化(常用PP/PA)。 d.根据顾客的要求,选择合适的同轴电缆线,使天线的阻抗很好地与收音机的输出阻抗匹配。 2.前窗拉杆式天线: 这类天线按装在汽车前窗左侧下方,基本上都是拉杆式的,天线座与车身的接触面积很小,用自攻螺钉按装不需考虑

线座的底面弧度,只需考虑支架的中心高符合天线按装要求。 这类天线设计时除选择好外壳和支架的材料外,其它只要能满足常规汽车天线的技术要求。 3.前后侧板式隐藏天线: 这类天线按装在汽车上的前后侧板上,按装时只要拧紧线座上的螺母和支架上的螺钉。 这类天线设计时除需考虑满足常规汽车天线的技术要求外: a.必须考虑饰配件和基座与车身接触部位的弧面和车身弧面吻合。 b.必须考虑天线杆缩进护管内的终点位置,确保天线缩进天线护管后,天线帽堵住线座正极管口。 4.车顶天线: 这类天线一般都是轿车天线,按装在汽车顶棚的前侧/后侧。按装方法都是用固定在天线基座/斜座上的螺栓插进车壳孔内用螺母固定。定位方法有两种,一种是基座螺栓根部□14.7mm的方身定位,另一种是基座上除螺栓外,还在一定的距离内设置了一柱子和车身上的两个孔对应来固定天线的方向。 这类天线设计时除考虑满足常规汽车天线的技术要求外:a.按顾客车身按装孔的形状,设计基座螺栓的结构或螺栓与定位柱之间的距离。

微波技术与天线实验报告-利用HFSS仿真分析波导膜片2

HFSS 仿真分析波导膜片 1. 实验原理 矩形波导的结构(如图1),尺寸a×b, a>b ,在矩形波导内传播的电磁波可分为TE 模和TM 模。 图1 矩形波导 1) TE 模,0=z E 。 cos cos z z mn m x n y H H e a b γππ-= 2 cos sin x mn c z n m x n y E H b a b j k e γπππωμ-= 2 sin cos z y mn c j m m x n y E H e k a a b γωμπππ-=- 2sin cos z x mn c m m x n y H H e k a a b γλπ ππ-= 2cos sin z y mn c n m x n y H H e k b a b γλπ ππ-= 其中,c k 2 2 m n a b ππ???? ? ????? +mn H 是与激励源有关的待定常数。 2) TM 模

Z H =0,由Z E 的边界条件同样可得无穷多个TM 模。注意:对于mn TM 和mn TE 模,m, n 不能同时为零,否则全部的场分量为零。 mn TM 和mn TE 模具有相同的截止波数计算公式,即 c k (mn TM )=c k (mn TE ) 所以,它们的截止波长c λ和截止频率c f 的计算公式也是一样的,即 c λ(mn TM )=c λ(mn TE )= 2 2 2?? ? ??+??? ??b n a m c f (mn TM )=c f (mn TE ) 对于给定的工作频率或波长,只有满足传播条件(f >c f 或λ

微波仿真论坛附录COMSOLMultiphysics的MATLAB矢量计算基础18页

附录 COMSOL Multiphysics 的MATLAB 矢量计算基础 W. B. J. ZIMMERMAN 1,J. M. REES 2 1 Department of Chemical and Process Engineering, University of Sheffield, Newcastle Street, Sheffield S1 3JD United Kingdom 2 Department of Applied Mathematics, University of Sheffield, Hicks Building, Sheffield 矢量计算支撑了偏微分方程和它们的数值近似求解。为了很好的使用有限元方法,建模人员应该掌握矢量计算基础知识。本科毕业的工程师可能学过矢量计算的数学课程,但是由于没有碰到过矢量计算的实际应用,这时在工程建模中使用矢量计算就受到限制。本附录介绍了所有COMSOL MULTIPHYSICS WITH MATLAB 中用到的矢量计算基础知识。所以也可以将该附录当作是COMSOL MULTIPHYSICS WITH MATLAB 多变量微分计算的入门读本。当我们写该附录时曾经争论过是否将这部分内容直接加入到第一章(数值分析基础)中,因为导数的数值近似是偏微分方程求解的基础,而偏微分方程是COMSOL MULTIPHYSICS 的基本运算单元。确实,在学习波谱法求解偏微分方程时,基本理论就是“导数理论”——如何使用波变换方法来近似导数。所以通过对比发现,有限元方法的基础就是数值微分。所以争论就不存在了,第一章主要是关于COMSOL MULTIPHYSICS 直接计算的基本问题的。但是不管多有用,近似导数仍然只是建模的一个中间步骤,不是目标本身。 我们这里只考虑用于矢量计算的MATLAB 基础,本附录的重点在于特征值分析和逻辑表达式。这些在整本书中都有体现。应当注意到我们这里介绍的每个功能都可以在COMSOL Script 中实现。本书中唯一不能在COMSOL Script 中实现的Matlab 命令就是fminsearch 。 1.矢量回顾 1.1 矢量表达 FEMLAB 可以处理标量、矢量和矩阵数据,这里简单介绍一下矢量的表达(作为MATLAB 矩阵数据类型的一个特例)。标量可以作为一个单独的数,但是矢量是具有大小和方向的。在如图1所示的右手坐标系系统中,向量a 用以下形式表达: 123123(,,) a a a a a a =++=a i j k a (1) 这里i ,j 和k 是坐标方向的单位矢量,1a ,2a ,3a 是向量a 在各轴方向上的分量。它们是a 对各单位矢量i ,j 和k 的投影。对于坐标系中的P 点(x ,y ,z ),矢量P 对于初始坐标系统O 的位置为: (,,) x y z x y z =++=r i j k (2) MATLAB 用分量的形式描述列矢量或行矢量: >> a = [1; 2; 3]; % column vector

天线设计毕业汇报总结

第一章绪论 一、绪论 1.1课题的研究背景及意义 自古至今,通信无时无刻不在影响着人们的生活,小到一次社会交际中的简单对话;大到进行太空探索时,人造探测器与地球间的信息交换。可以毫不保留地说,离开了通信技术,我们的生活将会黯然失色。近年来,随着光纤技术越来越成熟,应用范围越来越广。在广播电视领域,光纤作为广播电视信号传输的媒体,以光纤网络为基础的网络建设的格局已经形成。光纤传输系统具有的传输频带宽,容量大,损耗低,串扰小,抗干扰能力强等特点,已成为城市最可靠的数字电视和数据传输的链路,也是实现直播或两地传送最经常使用的电视传送方式。随着全球通信业务的迅速发展,作为未来个人通信主要手段的现代通信技术引起了人们的极大关注,我国在移动通信技术方面投入了巨大的人力物力,我国很多地区的电力通信专用网也基本完成了从主干线向光纤过度的过程。目前,电力系统光纤通信网已成为我国规模较大,发展较为完善的专用通信网,其数据、语音,宽带等业务及电力生产专业业务都是由光纤通信承载,电力系统的生产生活,显然,已离不开光纤通信网。 无线通信现状另一非常活跃的通信技术当属,无线通信技术了。无线通信技术包括了移动通信技术和无线局域网(WLAN)技术等两大主要方面。移动通信就目前来讲是3G 时代,数字化和网络化已成为不可逆转的趋势。目前,移动通信已从模拟通信发展到了数字移动通信阶段。无线局域网可以弥补以光纤通信为主的有线网络的不足,适用于无固定场所,或有线局域网架设受限制的场合,当然,同样也可以作为有线局域网的备用网络系统。WLAN,目前广泛应用IEEE802.11 系列标准。其中,工作于2.4GHZ 频段的820.11 可支持11Mbps 的共享接入速率;而802.11a 采用5GHZ频段,速率高达54Mbps,它比802.11b 快上五倍,并和820.11b兼容。给人们的生活工作带来了很大的方便与快捷。 在整个无线通信系统中,用来辐射或接收无线电波的装置成为天线,而通信、雷达、导航、广播、电视等无线电技术设备都是通过无线电波来传递信息的,均需要有无线电波的辐射和接收,因此,同发射机和接收机一样,天线也是无线电技术设备的一个重要组成部分,其性能的优良对无线通信工程的成败起到重要作用。天线的作用首先在于辐射和接收无线电波,但是能辐射或接收电磁波的东西不一定都能作为天线。任何高频电路,只要不被完全屏蔽,都可以向周围空间或

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