微带天线课程设计报告

课程设计报告课设名称：微波技术与天线课设题目：微带天线仿真设计课设地点：跨越机房专业班级：学号：学生姓名：指导教师：2012年6月23日一、设计要求：矩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，设计一个右手圆极化矩形贴片天线，其工作频率为2.45GHz，分析其远区辐射场特性以及S曲线。矩形贴片天线示意图二、设计目的：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三、实验原理：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hλ，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、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ProjectInsertHFSSDessign，建立一个新的工程。2、设置求解类型：（1）在菜单栏中点击HFSSSolutionType。（2）在弹出的SolutionType窗口中（a）选择DrivenModal。（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3DModelerUnits。（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。创建矩形模型，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。改名字为GroundPlane（2）为GroundPlane设置理想金属边界。在理想边界设置窗口中将理想边界命名为PerfE_Ground，点击OK按钮。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。将名字改为Substrate。将材料设置为RogersR04003。将颜色改为绿色.（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）将理想金属边界命名为perfE_Patch。（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EditDuplicateAroundAxis。将轴设置为Z轴，旋转角度为180deg，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；按回车键，输入圆柱半径：dX：0,dY：0.5，dZ：0；按回车键，输入圆柱的高度：dX：0，dY：0，dZ：5。按回车键，将名字改为Pin，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：1.5，dZ：0。（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：1.5，dZ：0。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）。（10）用GroundPlane将Port减去。在Substrate窗口中设置：BlankParts:GroundPlane;ToolParts:port:点击OK结束设置。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EditSelectByName。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OK按钮。7.设置端口激励:在菜单栏中点击EditSelectByName，选中Port，在菜单栏中点击HFSSExcitationAssignLumpedPort。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Integrationlinezhong点击None，选择NewLine，在坐标栏中输入：X：0，Y：9.5，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HFSSAnalysisSetupAddSolutionSetup。在求解设置窗口中做以下设置：SolutionFrequency：2.45GHz；MaximunNumberofPasses：15；MaximunDeltaSperPass：0.02。（b）设置扫频。在菜单栏中点击HFSSAnalysisSetupAddSweep。选择Setup1，点击OK确认。在扫频窗口中做以下设置：SweepType：Fast；FrequencySetupType：LinearCount；Start:2.0GHz；Stop：3.0GHz；Count：400；将SaveField复选框选中。9.设置无限大球面:在菜单栏中点击HFSSRadiationInsertFarFieldSetupInfiniteSphere。在InfiniteSphere标签中做以下设置：Phi：Start：0deg，Stop：180deg，Step：90deg；Theta：Start：0deg，Stop：360deg，Step：10deg。10.确认设计:方法一：由主菜单选HFSS/ValidationCheck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FileSaveAs,在弹出的窗口中将工程命名为hfss_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HFSSResultCreateReport。选择：ReportType：ModalSParameters；DisplayType：Rectangle。Trace窗口：Solution：Setup1:Sweep1；Domain：Sweep点击Y标签，选择：Category：Sparameter；Quantity：S（p1，p1）；Function：dB，然后点击AddTrace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HFSSResultCreateReport。选择：ReportType：FarFields；DisplayType：RadiationPattern。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；Quantity：GainTotal；Function：dB,点击AddTrace按钮。最后点击Done，绘制出方向图。14.保存并退出HFSS:五、技术指标：圆形贴片天线，即贴片（Patch）为圆形，其他条件不变，即设计中创建天线模型设计中，第(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)不变，(8)、(9)、(10)做一下改变。建立贴片Patch。在菜单栏中点击DrawCylinder。在坐标栏中输入圆心坐标：X：0，Y：0，Z：5按回车键。在坐标输入栏中输入半径：dX：16，dY：0，dZ：0。在特性窗口中将名字改为Patch。点击Cool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HFSSBoundariesAssignPerfectE。将理想边界命名为PerfE_Patch，点击OK确认，这样圆形贴片就建成了。六、实验结果及其截图:1.原实验结果(1)建模完成：（2）.确认设计，通过ValidationCheck：（3）．原矩形贴片的S参数曲线：（4）.原矩形贴片的2D远场方向图：2．修改圆的半径，改为R=18.5时效果最好。(1)建模完成：（2）.确认设计，通过ValidationCheck：（3）．圆形贴片的S参数曲线：（4）.圆形贴片的2D远场方向图：七、实验感想：通过本次实验，让我对微波与天线有了进一步的认识，实践是对理论的在学习，有些在课堂上理解不是很透彻的知识，通过这次设计也有了新的理解，一开始的设计不是很顺利，但是通过一定的学习和努力，最终完成了本次设计，提高了自己的动手设计能力，希望今后还能有更多的设计机会，更好的去提高自己。