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1、本科毕业设计（论文）微带贴片天线圆极化性能仿真分析杨珊燕 山 大 学2011年06月 本科毕业设计（论文）微带贴片天线圆极化性能仿真分析学 院：信息科学与工程学院 专 业：电子信息工程 学生 姓名：杨珊 学 号：070104020059 指导 教师：邢光龙 答辩 日期：2011-6-25 燕山大学毕业设计（论文）任务书学院：信息科学与工程学院 系级教学单位：电子与通信工程系学号070104020059学生姓名杨珊专 业班 级07级电子信息工程2班题目题目名称微带贴片天线圆极化性能仿真分析题目性质1.理工类：工程设计 （ ）；工程技术实验研究型（ ）；理论研究型（ ）；计算机软件型（ ）；综合型
2、（ ）2.文管理类（ ）；3.外语类（ ）；4.艺术类（ ）题目类型1.毕业设计（ ） 2.论文（ ）题目来源科研课题（ ） 生产实际（ ）自选题目（ ） 主要内容HFSS是由美国An soft公司开发的三维电磁场仿真系统。采用切向分量的有限元方法，自适应网格剖分，可以求解任意三维射频、微波器件电磁场分布，计算辐射材料损耗。可直接得到微波传输系统特征阻抗、传播系数和S参数等，广泛地应用于电磁场分析和微波、天线系统设计。本设计的主要内容是藉助于HFSS，设计对比分析圆形和矩形微带贴片天线辐射圆极化特性。基本要求1.学会使用HFSS软件。2.掌握圆形和矩形微带天线基本原理和分析方法。3.应用HFS
3、S对比分析圆形和矩形微带天线的圆极化辐射特性。参考资料微波技术与天线电磁波导行与辐射工程，殷际杰，电子工业出版社，20042.Ansoft HFSS基础及应用，谢拥军等编著，西安：西安电子科技大学出版社 2007；HFSS用户手册和参考书周 次第 1 4 周第 5 8 周第912 周第1316 周第17 18 周应完成的内容查阅文献资料、了解和掌握课题研究背景和方法建立分析方法、确定软件实现方案、编制源程序软件调试，结果分析编制设计文件，使用说明完成论文指导教师：邢光龙职称：教授 2011 年1 月 2日系级教学单位审批： 年 月 日摘要HFSS是一款界面友好、功能完备、采用有限元法的三维全波
4、电磁场仿真软件，对微带贴片天线的设计分析提供很大帮助。本文主要内容是应用软件HFSS对比分析圆形和矩形微带贴片天线的辐射特性。首先，本文对微带天线和圆极化的基本概念做了简单的介绍，论述微带天线的结构、馈电方式、辐射机理和微带天线的分析设计方法。其次，简单列举了HFSS软件的特色功能及典型应用，介绍了HFSS仿真软件的分析方法（有限元数值分析法）和HFSS对天线的仿真设计流程。最后，详细阐述用HFSS仿真设计圆形和矩形微带贴片天线的情况，并通过参数分析结果图包括S参数图、电压驻波比图、远场区方向图、极化轴比图等对比分析两种贴片天线的辐射特性。矩形微带贴片天线和圆形微带贴片天线的圆极化设计及分析是
5、本文的重点。本设计用在辐射贴片上做切角的方法实现天线圆极化的目的。通过对比分析两种天线的各项辐射特性参数，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；HFSS仿真；圆极化；辐射特性AbstractHFSS is in a friendly interface, function complete, and the three-dimensional finite element method whole wave electromagnetic field simulation software. It provides much help to the design of m
6、icrostrip antennas. The main content of this paper is making a comparative analysis of the radiation properties of circular and rectangular microstrip patch antenna by using software HFSS. First, this paper introduces the basic conceptsof microstrip antennas and circularly polarized microstrip anten
7、na. Discussesthe structure ofmicrostrip antenna,feedmethod, the radiationmechanism andmicrostrip antennaanalysis and design methods.Then it simply lists the HFSS software features and typical applications, focusing on theHFSSsimulationsoftwareanalysis（finite elementanalysis）and theHFSSsimulationof t
8、he antennadesign process. At last, it details the design with HFSS of the circular and rectangular microstrip patch antennas, and makes a comparative analysis of the radiation properties of the two microstrip patch antennas by result maps including the S parameter map, voltage standing wave ratio gr
9、aph, far field pattern, polarization axis ratio map.Rectangular microstrip antenna and circular microstrip patch of patch antennas are round polarization design and analysis in this paper is focus.For the purpose of acquiring circular polarization antenna, I make cutting angles on the patch in this
10、design. Through the comparative analysis of radiation parameters of the two antennas, rectangular microstrip patch antenna is better than circular microstrip patch antenna. Keywords Microstrip patch antenna; HFSS simulation; Circular polarization; Radiation properties 目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景
11、11.2 HFSS仿真21.3 微带天线发展概况31.4 课题研究主要内容及结构安排4第2章 圆极化微带天线原理概述52.1 微带天线基本理论52.1.1 微带天线的结构52.1.2 微带天线的辐射机理62.1.3 微带天线的馈电方式72.1.4 微带天线电参数82.2 微带天线的分析设计方法132.2.1 传输线模型理论132.2.2 空腔模型理论142.2.3 积分方程法142.3 本章小结15第3章 HFSS仿真软件的介绍173.1 HFSS仿真软件简介173.1.1HFSS的典型应用173.1.2 HFSS的特色功能173.1.3 HFSS软件的求解原理183.2 HFSS仿真软件分析
12、方法183.2.1 有限元数值分析法193.2.2 有限元法建模193.3 HFSS软件仿真流程203.4 本章小结21第4章 圆极化微带天线设计与分析234.1 HFSS仿真设计过程234.2 矩形微带贴片天线的设计与仿真234.3 圆形微带贴片天线的仿真设计264.4 两种贴片天线辐射特性的分析比较284.5 本章小结35结论37参考文献39致谢41附录143附录251附录357附录465第1章 绪论1.1 课题背景天线是无线电通信和探测系统中不可缺少的重要组成部分，它是发射和接收电磁波的一种设备。作为发射天线，它将被馈线引导的高频电流转换为电磁波并向特定的方向发射出去；而作为接收天线，它
13、又要做相反的变换，从而在任意两点之间实现了电磁信号的传递。从上世纪初的单一点对点通信到现在覆盖全球的卫星通信系统，天线技术无疑承担了最基本、最前端的角色，它在社会生活中的重要性与日俱增，如今已成为现代文明中不可缺少的部分。自从20世纪70年代中期微带天线理论得到大的发展以来，由于微带天线体积小、重量轻、馈电方式灵活、成本低、易于与目标共形等优点而深受人们青睐，在移动通信、卫星通信、全球卫星定位系统(GPS)等领域得到广泛的应用1。微带天线可以分为三大类2：微带贴片天线、微带缝天线、微带行波天线。微带贴片天线是一种使用微带贴片作为辐射元的天线。它具有剖面低、体积小、重量轻、易于加工、便于获得圆极
14、化的优点，并且非常有利于集成，在天线应用中占有非常重要的地位。圆极化微带天线在卫星通信和移动通信领域更是得到了广泛应用3，圆极化微带天线具有如下优点4：l、圆极化天线可接收任意线极化来波，且其辐射波可由任意线极化天线收到，故电子侦察和干扰中普遍采用圆极化天线；2、在通信，雷达的极化分极工作和电子对抗等应用中广泛应用圆极化天线的旋向正交性；3、圆极化入射到对称目标(如平面，球面等)时旋向逆转。圆极化微带天线的基本电参数是轴比带宽，定义为最大辐射方向上轴比不大于3dB的带宽，轴比决定了天线的极化效率。实现圆极化的基本原理是产生两个相位相差900空间正交的等振幅的线极化电场分量，因此任一个圆极化波可分解为在时间、空
