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《微波技术与天线》HFSS仿真实验报告实验二印刷偶极子天线设计专业通信工程年级2011级姓名毛佳雯学号1116428042指导老师评分一、仿真实验内容和目的使用HFSS设计一个中心频率为2.45GHz的采用微带巴伦馈线的印刷偶极子天线，并通过HFSS软件Opitmetrics模块的参数扫描分析功能对印刷偶极子天线的一些重要结构参数进行参数扫描分析，分析这些参数对天线性能的影响。二、设计模型简介整个天线分为5个部分，即介质层，偶极子天线臂，微带巴伦线，微带传输线，见图1。天线各部分结构尺寸的初始值见表1。图1印刷偶极子天线结构图（顶视图）。表1印刷偶极子天线关键结构尺寸初始值。批注[y1]:实际报告撰写中，表格应手动编制，不允许直接截图。三、建模和仿真步骤1、新建HFSS工程，添加新设计，设置求解类型：DrivenModal。2、创建介质层。创建长方体，名称设为Substrate，材质为FR4_epoxy,颜色为深绿色，透明度为0.6。3、创建上层金属部分1）创建上层金属片，建立矩形面，名称Top_Patch,颜色铜黄色。2）创建偶极子位于介质层上表面的一个臂。画矩形面，名称Dip_Patch,颜色铜黄色。3）创建三角形斜切角，创建一个三角形面，把由矩形面Top_Patch和Dip_Patch组成的90折线连接起来。4）合并生成完整的金属片模型。4、创建下表面金属片1）创建下表面传输线Top_patch_1。2）创建矩形面Rectangle1。3）创建三角形polyline2。4）镜像复制生成左侧的三角形和矩形面此步完成后得到即得到印刷偶极子天线三维仿真模型如图2所示。5、设置边界条件1）分配理想导体。2）设置辐射边界条件，材质设为air。6、设置激励方式：在天线的输入端口创建一个矩形面最为馈电面，设置该馈电面的激励方式为集总端口激励，端口阻抗为50欧姆。7、求解设置：求解频率（SolutionFrequency）为2.45GHz，自适应网格最大迭代次数（MaximumNumberofPasses）：20，收敛误差（MaximumDeltaS）为0.02。8、扫频设置：频率扫描范围2—3GHz，以0.001GHz为扫描步进，扫描类型：快速扫描（FastSweep）。9、设计检查和运行仿真计算。图2印刷偶极子天线仿真模型三维结构图。四、仿真结果分析1、S11仿真结果分析由S11频响曲线仿真图可见，所设计的偶极子天线中心频率为2.45GHz，S11‐10dB的相对带宽BW=（2.729‐2.256）/2.45=19.3%。图3S11频响曲线仿真图（初始设计）。2、输入阻抗仿真结果分析由输入阻抗频响曲线仿真图可见，在2.45GHz中心频率处，天线的输入阻抗为（49.8‐j*6.3）欧姆，可见印刷偶极子天线的初始结构已经达到了良好的阻抗匹配。图4输入阻抗频响曲线仿真图（初始设计）。3、三维增益方向图仿真结果分析观察频率：2.45GHz，观察角度范围：Phi=0deg:1deg:360deg，Theta=0deg:1deg:180deg。天线的三维方向图形状以及增益符合设计预期。图52.45GHz三维增益方向图仿真结果（初始设计）。五、参数扫描研究批注[y2]:一般和内容“六”之间二这里利用HFSS的参数扫描功能研究天线臂的长度对中心频率的影响。选一。1、L2为扫描变量，扫描范围L2=19mm:1mm:23mm，固定L3=10mm，其它尺寸如前。从不同L2值对应的S11仿真频响曲线可以看出，天线的谐振频率随着天线臂长度变量L2的增长而降低。图6不同L2值对应的S11频响曲线仿真图。2、L3为扫描变量，扫描范围L3=6mm:2mm:14mm，固定L2=21mm，其它尺寸如前。从不同L2值对应的S11仿真频响曲线可以看出，当平衡三角形直角边长L3从6mm增加到14mm时，天线的带宽逐渐减小。图7不同L3值对应的S11频响曲线仿真图。六、优化设计批注[y3]:一般和内容“五”之间二选一。七、总结和思考（可选）