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1、郑州大学毕业设计（论文）题 目： 四极化天线的设计制作与测量 指导教师： 周晓平 职称： 副教授 学生姓名： 李小飞 学号： 20092410217 专 业： 电子信息工程 院 （ 系 ） ： 信息工程学院 完成时间： 2013 年 5 月 30 号 2013 年 5 月 30 日四极化天线的设计、制作与测量摘要:天线是无线设备中不可缺少的一部分，本文即围绕天线展开。对称阵四极化天线设计、制作与测量子天线由于结构简单，因此广泛用于雷达、通讯、电视和广播等无线电技术设备上。正交阵子天线辐射电场的有效方向图是一个圆，广泛用于电视及调频广播发射天线。正交振子天线虽然很早已投入使用，但是实现的单一极化
2、方式很难满足要求。定向耦合器广泛用于功率分配、合成器、平衡放大器和幅度控制系统。由于微带线具有平面电路结构，用其做成的定向耦合器往往比波导型的立体结构简单得多，在微波集成电路中获得广泛应用。本论文基于正交振子天线的工作原理，及定向耦合器的功率分配的作用，设计了四极化天线。推导了半波对称阵子的辐射场公式；研究了正交振子天线及微带线定向耦合的特性；设计了正交振子天线；设计了微带线对称分支线定向耦合器；运用电磁场仿真软件 HFSS13.0，对所设计天线的特性进行了较为详细的建模和仿真，得到了较小的驻波比及辐射方向图等，实现了垂直极化波、水平极化波、左旋圆极化波和右旋圆极化波四个功能，对所设计的天线进
3、行了制作；利用矢量网络分析仪及天线测试系统对制作的天线进行了测量。驻波比的仿真结果与实测结果误差较小。关键词 对称阵子天线 正交阵子天线 定向耦合器 四极化天线 HFSS 仿真四极化天线设计、制作与测量4.2 四极化天线仿真步骤4.2.1 新建工程文件 打开 HFSS13.0 软件，打开 File 选项单击 Save as，在默认目录下，键入文件名 sijihuatianxian（注：存储目录和文件名必须是英文或是数字，不然软件运行肯能会出错） 。单击工具栏里的 按钮，在左下 project 窗口会出现默认的的设计 HFSSDesign1，展开后查看 Model、Boundaries 等选项
4、。图 4.34.2.2 求解设置单击主菜单栏 HFSS Solution Type，选择 Driven Model，单击 OK。如图所示。选择长度单位，单击 ModelerUnits，选择 mm 单位，点击 OK，如图4.4 所示图 4.4 4.2.3 添加和使用变量四极化天线设计、制作与测量从主菜单栏中选择 HFSS Design Properties 命令，打开“设计属性”对话框，单击对话框中的 按钮。打开 Add Property 对话框。在 Name中输入变量 length1，Value 想输入变量的初始值为 43mm，然后单击 OK 按钮；此时添加了变量 length1，重复以上操作
5、，添加length2=24mm，h1=2mm，l=1.5mm，d=0.8mm，最后单击 “设计属性”的对话框的确定按钮，完成变量定义，如图 4.5 所示图 4.54.2.4 在模型库中添加新材料在工具栏中选择 ToolsEdit Configured LibrariesMaterials,单击，出现如下的对话框，在 Material Name 处填 mysub，其余参数如图 4.6 所示图 4.64.2.5 创建四极化天线结构模型1.创建接地板从主菜单栏选择 DrawRectangle 命令，或者单击工具栏中的 按钮，进入创建长方形模型的状态，在界面上任意画一个长方形，画好后，出弹出Attri
6、bute 对话框，在对话框中修改属性，命名为 gnd 如下图所示。最后按四极化天线设计、制作与测量Ctrl+D，使模型大小适中。再在历史树下的 sheets 展开 gnd，双击CreateRectangle,在弹出的对话框中修改 gnd 的坐标参数，如图 4.7 所示图 4.7画好后如图4.8所示图 4.82.创建介质板层从主菜单栏中选择 DrawBox 命令，或者单击工具栏中的 ，进入创建长方体模型状态，在界面上任意位置画一个长方体，在弹出的属性框中修改属性，命名为 subtrate 如下图所示。再如上，双击 subtrate 下的 CreatBox,弹出如下对话框，参数如图 4.9 所示图
7、 4.9四极化天线设计、制作与测量画好介质板后如右图 4.10图 4.103.馈电端口从主菜单栏中选择 DrawCircle 命令，或者单击工具栏中的 ，进入创建圆的状态，在界面上任意画出一个圆面，在弹出的属性框中修改属性，命名为port1，如下图所示再双击 port1 节点下的 CreatCircle，修改坐标参数，具体如图4.11 所示图 4.11然后用同样的方法分别画出三个圆，分别命名为 port2、port3 、port4，位置相差 90 度。画好后如图 4.12 所示四极化天线设计、制作与测量图 4.12从主菜单栏中选择 DrawCircle 命令，或者单击工具栏中的 ，进入创建圆的
8、状态，在界面上任意画出一个圆面，在弹出的属性框中修改属性，如图4.13 所示，然后用同样的方法分别再画出三个圆，位置相差 90 度。图 4.13画好后如图 4.14 所示图 4.14在左边的历史树中按住 Ctrl 键先后选择 port1、Circle1，单击工具栏中的按钮，出现如下所示的属性框，选择不保留 circle1。按照同样的方法，分别从 port2、port3、port4 上减去 circle2、circle3、circle4。画好后如图 4.15 所示图4.15四极化天线设计、制作与测量4.创建馈线从主菜单栏中选择 DrawCylinder 命令，或者单击工具栏中的 ，进入创建圆柱模
9、型状态，在界面上任意画出一个圆柱，在弹出的属性框中，修改属性，命名为 cable1，如图 4.16 所示图 4.16画好后如图 4.17 所示图 4.17然后用同样的方法分别画出三个圆柱，分别命名为cable2、cable3、cable4 ，位置相差 90 度。如图 4.18 所示图 4.18四极化天线设计、制作与测量5.创建阵子臂从主菜单栏中选择 DrawCylinder 命令，或者单击工具栏中的 ，进入创建圆柱模型状态，在界面上任意画出一个圆柱，在弹出的属性框中，修改属性，命名为 antenna1，如下图所示。然后用同样的方法分别画出三个圆柱，分别命名为 antenna2、antenna3
10、、antenna4 ，位置相差 90 度。如图 4.19 所示图 4.19画好 antenna2、antenna3 、antenna4 后如图 4.20 所示图 4.20单击工具栏中的 按钮，选择 平面，从主菜单栏中选择DrawCylinder 命令，或者单击工具栏中的 ，进入创建圆柱模型状态，在界面上任意画出一个圆柱，在弹出的属性框中，修改属性，如图 4.21 所示。图 4.21然后用同样方法画出其它三个阵子臂。 （注：画 Clinder3 和 Clinder4 时需要注意将平面改为 ） ，画好后如图 4.22 所示四极化天线设计、制作与测量图4.22分别选中 antenna1 和 Clin
11、der1，如图 4.23 所示，单击 按钮，图 4.23同样分别将 antenna2 与 Clinder2、antenna3 与 Clinder3、antenna4 与Clinder4 合并，如图 4.24 所示四极化天线设计、制作与测量图 4.24按住 Ctrl 键同时选中 antenna1、antenna2 、antenna3、antenna4 ，单击工具栏中的 ，弹出如图 4.25 对话框，选择旋转 45 度角，点击确定。图 4.25同样的方法把 port1、port2、port3、port4 和cable1、cable2、cable3 、 cable4 都旋转 45 度，旋转后如图 4
12、.26 所示图 4.26在左边的历史树中，按住 Ctrl 键按先后顺序选择gnd、port1 、port2、port3、port4，然后单击工具栏中的 按钮，出现如图 4.27所示的对话框，下面的属性框打勾，表示保留 port1、port2 、port3、port4 四个四极化天线设计、制作与测量端口。图 4.27 图 4.28在左边的历史树中按住 Ctrl 键先后选择subtrate、cable1 、cable2、cable3、cable4，单击工具栏中的 ，出现如图 4.28的对话框，对话框下面打钩，保留 cable1、cable2、cable3、cable4 。6.创建耦合器的主线和分支
13、线从主菜单栏选择 DrawRectangle 命令，或者单击工具栏中的 按钮，进入创建长方形模型的状态，在界面上任意画一个长方形，画好后，出弹出属性框，在属性框中修改属性，命名为 coupler，其他参数如图 4.29 所示。最后按Ctrl+D，使模型大小适中。图 4.29画好后如图 4.30 所示四极化天线设计、制作与测量图 4.30选中 coupler，然后点击工具栏中的 ，在右下角的坐标中输入按 Enter 键按 Enter 键画好后如图 4.31 所示图 4.31从主菜单栏选择 DrawRectangle 命令，或者单击工具栏中的 按钮，进入创建长方形模型的状态，在界面上任意画一个长方
14、形，画好后，出弹出属性框，在属性框中修改属性，其参数如图 4.32 所示。最后按 Ctrl+D，使模型大小适中。图 4.32选中刚才画的长方形，然后点击工具栏中的 ，在右下角的坐标中输入按 Enter 键按 Enter 键最后，按住 Ctrl 键，选中刚才画的四个长方形，单击工具栏中的 如图4.33 所示四极化天线设计、制作与测量图 4.337.绘制空气腔从主菜单栏中选择 DrawBox 命令，或者单击工具栏中的 ，进入创建长方体模型状态，在界面上任意位置画一个长方体，在弹出的属性框中修改属性，命名为 air 如图 4.34 所示图 4.34画好后如图 4.35 所示图 4.358.创建辐射边
15、界条件四极化天线设计、制作与测量在左边的历史树中选中 coupler，右键选择 Assign BoundryPefect E，点击 OK；同样的方法设置 gnd。然后选中 air，右键选择 Assign BoundryRadiation ，点击 OK。这样设置的边界条件的名称会自动添加到工程树 Boundries 下面。4.2.6 设置激励端口在左边的历史树中选中 port1，右键选择 Assign ExcitationLumped port，出现如下对话框，命名为 L1，单击下一步，选择 new line，在 port1 端口由内径沿着半径方向画一条矢量线，因为 port 是一个圆环，还必须保证矢量线的起点和终点都在 port1 上（注：画积分线时，可以把 port1 放大到可以清晰看见圆环画出积分线，也可以在右下角输入坐标） 。画好后，如图 4.36 所示图 4.36同样的方法，分别在 port2、port3、port4 上画出积分线。此时集总端口的名称会自动添加到工程树 Excitations 下。四极化天线
