微带天线仿真设计

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1、 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

2、原理。 。 设辐射元的长为 L，宽为，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 hInsert 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 HFSSSolution 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 ModelerUnits。 （2）设置模型单位： （a）在设置单位窗口中选

3、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 DrawBox 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: ，Y： ，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。

4、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EditArrangeMove。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 EditD

5、uplicateAround 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。 （8）创建探针 Pin。在菜单栏中点击 DrawCylinder。在坐标输入栏中输入圆柱中心点的坐标：X：0，Y：8，Z：0；输入圆柱半径：dX：0, dY： ，dZ：0；输入圆柱的高度：dX：0，dY：0，dZ：5。将材料设置为 pec。 （9）创建端口面 Port。在菜单键中点击 DrawCircle。在坐标输入栏中输入圆心点的坐标：X：0，Y：8，Z：0 按回车键。在坐标输入栏输入半径：dX：0，dY： ，dZ：0 （10）用 GroundPl

6、ane 将 Port 减去。 6.创建辐射边界 创建 Air，在菜单栏中点击 DrawBox,创建长方体模型。在右下角的坐标输入栏中输入长方体的起始点位置坐标：X：-80，Y：-80，Z：-35；按回车键结束输入。 输入长方体的尺寸： dX： 160， dY： 160， dZ： 70 按回车键。 在特性 （Property）窗口中选择 Attribute 标签，将长方体的名字修改为 Air。在菜单栏中点击EditSelectBy Name 。在对话框中选择Air，点击 OK 确认。在菜单栏中点击HFSSBoundariesRadiation。在辐射边界窗口中，将辐射边界命名为 Rad1，点击

7、OK 按钮。 7设置端口激励 在 菜 单栏 中点 击 EditSelectBy Name ，选 中 Port ， 在菜 单栏 中 点 击HFSSExcitationAssignLumped Port。在 LumpedPort 窗口的 General 标签中，将该端口命名为 p1，点击 Next。在 Modes 标签中的 Integration line zhong 点击 None，选择 New Line，在坐标栏中输入：X：0，Y： ，Z：0；dX：0，dY：-1，dZ：0。按回车键，点击 Next 按钮直至结束。 8求解设置 为该问题设置求解频率及扫频范围 （a）设置求解频率。在菜单栏中点击

8、 HFSSAnalysis SetupAdd Solution Setup。在求解设置窗口中做以下设置：Solution Frequency ： ；Maximun Number of Passes：15；Maximun Delta S per Pass ： 。 （b）设置扫频。在菜单栏中点击 HFSSAnalysis SetupAdd Sweep 。选择Setup1， 点击 OK 确认。 在扫频窗口中做以下设置： Sweep Type： Fast； Frequency Setup Type：Linear Count；Start :；Stop： ；Count：400；将 Save Field 复

9、选框选中。 9.设置无限大球面 在 菜 单 栏 中 点 击 HFSSRadiationInsert Far Field SetupInfinite Sphere。在 Infinite Sphere标签中做以下设置：Phi：Start：0 deg，Stop：180deg，Step：90 deg；Theta：Start：0 deg，Stop：360 deg，Step：10 deg。 10.确认设计 方法一：由主菜单选 HFSS/Validation Check对设计进行确认。 方法二：在菜单栏直接点即可。 11.保存工程 在菜单栏中点击 FileSave As,在弹出的窗口中将工程命名为 hfss

10、_Patch,并选择保存路径。 12.求解该工程 在菜单栏点击 HFSSAnalyze。 13后处理操作 ( （1）S 参数（反射系数） 。 绘制该问题的反射系数曲线， 该问题为单端口问题， 因此反射系数是11s。 点击 菜 单 栏 HFSSResultCreate Report。选 择 ： Report Type ： Modal S Parameters ； Display Type： Rectangle。 Trace 窗口： Solution： Setup1:Sweep1； Domain：Sweep 点击 Y 标签，选择：Category：S parameter；Quantity：S（p1

11、，p1） ；Function：dB，然后点击 Add Trace 按钮。点击 Done 按钮完成操作，绘制出反射系数曲线。 （2）2D 辐射远场方向图。 在菜单栏点击 HFSSResult Create Report。选择：Report Type：Far Fields；Display Type：Radiation Pattern。Trace 窗口：Solution：Setup1： LastAdptive；Geometry：ff_2d。在 Sweep 标签中，在 Name 这一列中点击第一个变量 Phi，在下拉菜单中选择 The。点击 Mag 标签，选择：Category ：Gain；Quant

12、ity：GainTotal；Function：dB,点击 Add Trace 按钮。最后点击 Done，绘制出方向图。 14.保存并退出 HFSS 四自主设计 技术指标： 三角形贴片天线，即贴片（Patch）为三角形，其它所有条件都不变，即设计中创建天线模型设计中，第(1)、(2)、(3)、(8)、(9)、(10)不变，(4)、(5)、(6)做一下改变。建立贴片 Patch，在介质基片上创建贴片天线。在菜单栏中点击 DrawRectangle,创建矩形模型。输入：X：-16，Y：-16，Z:5；dX：32，dY：32，dZ：0。在特性（Property）窗口中选择 Attribute 标签，将

13、该名字修改为Patch。点击 Corlor 后面的 Edit 按钮，将颜色设置为黄色，点击 OK 确认。为Patch 设置理想金属边界。在菜单栏中点击 EditSelectBy Name。在对话框中选择 Patch， 点击 OK 确认。 在菜单栏中点击HFSSBoundariesAssignPerfect E。在理想边界设置窗口中，将理想边界命名为 PerfE_Patch。创建切角。创建供贴片天线相减的切角时，首先在坐标原点处创建三角形，然后将其移动到方形贴片的顶点处。在菜单栏中点击 DrawLine。输入点的坐标：X：0，Y：0，Z：5；X：-16，Y：0，Z：5；X：0，Y：32，Z：5；

14、X：0，Y：0，Z：5。EditSelectBy Name，选择 Cut。在菜单栏中点击 EditArrangeMove。输入点的坐标：X：0，Y：0，Z：0；dX：16，dY：-16，dZ：0。可以通过旋转复制创建另一个切角。在菜单栏中点击 EditDuplicateAround Axis。将轴设置为 Y 轴，旋转角度为 180 deg。将切角的名字改为 Cut_1。选择 Cut_1。在菜单栏中点击 EditArrangeMove。在坐标输入栏中输入点的坐标：X：0，Y：0，Z：0; dX=0, dY=0, dZ=10。用Patch 将切角减去。在菜单栏中点击 EditSelectBy Na

15、me, 在弹出的窗口中利用Ctrl键 选 择Patch 、 Cut和Cut_1 。 在 菜 单 栏 中 点 击3D Modelean BooleanSubtract, Subtract 窗口：Blank Parts：Patch；Tool Parts：Cut，Cut_1；Clone tool object before subtract 复选框不选。这样三角形贴片就建成了。 或者删掉矩形贴片，重新创建一个三角型贴片。最后定下的三角形尺寸为：X：-20，Y： ，Z：5；X：-20，Y： ，Z：5；X：0，Y： ，Z：5。馈电探针位置：X：0，Y：4，Z：0。 五实验结果及其截图 1.建模完成： 2

16、.模型细节： 三角贴片 3.确认设计，通过 Validation Check： 4原三角形贴片的 S 参数曲线： 5.原矩形贴片的 2D 远场方向图： - 6.不断修改三角贴片形状与馈电位置以使工作频率接近： , 7.最后确定的三角形贴片天线的 2D 远场方向图： 六实验总结和感想 这次课设上手是很快的，因为老师已经很循循善诱地在课设指导书上给出了有详细操作步骤的例子， 在老师和学长学姐的细心指导下发现， 多仿照别人的例子操作，多自己动手亲自设计，多看帮助文件，是进入射频与微波设计殿堂的不是捷径的捷径。 做完实验再回过头来想想，按照公式计算出来的矩形天线其反射系数都还会 比较大， 在圆图中反映出来的匹配结果也不是很理想。这也许是由一些公式的近似导致的，但这也使电路匹配成为设计工作必不可少的一环。