螺旋天线的仿真设计微波课设

太原理工大学现代科技学院课程设计任务书专业班级学生姓名课程名称微波技术与天线课程设计设计名称螺旋天线的仿真设计设计周数1.5周指导教师指导教师签名：日期：设计任务主要设计参数1熟悉HFSS仿真平台的使用2熟悉圆极化天线的工作原理与设计方法3在HFSS平台上完成如下螺旋天线的仿真设计中心频率f=4GHZ，λ=75mm;螺旋导体的半径d=0.15λ=11.25mm;螺旋线导线的半径a=0.5mm;螺距s=0.25λ=18.75mm;圈数N=3;轴向长度l=Ns;4结合同组其他同学的设计结果完成对于该天线结构参数与性能之间关系的探讨5在1.5周内完成设计任务设计内容设计要求6.25：分组、任务分配、任务理解6.26：查阅参考资料，理论上熟悉所设计的器件的工作原理与特性，完成方案的设计6.27~6.29：熟悉仿真平台的使用，完成在平台上的建模，设置，结果提取与分析，以及验收。7.2：同组同学结果汇总及讨论7.3~7.4：设计说明书的撰写在设计过程中，作为设计小组成员，每位同学要具有团队意识和合作精神，并最终独立完成自己的设计任务。主要参考资料刘学观，微波技术与天线，西安电子科技大学电出版社，2008.顾继慧，微波技术，科学出版社，2007.李明洋，HFSS应用设计详解，人民邮电出版社，2010.太原理工大学现代科技学院课程设计专业班级学号姓名成绩一、设计题目螺旋天线的仿真设计二、设计目的（1）熟悉AnsoftHFSS软件的使用。（2）学会螺旋天线的仿真设计方法。（3）完成螺旋天线的仿真设计，并查看S参数以及场分布。三、实验原理螺旋天线（helicalantenna）是一种具有螺旋形状的天线。它由导电性能良好的金属螺旋线组成，通常用同轴线馈电，同轴线的心线和螺旋线的一端相连接，同轴线的外导体则和接地的金属网（或板）相连接，该版即为接地板。螺旋天线的辐射方向与螺旋线圆周长有关。当螺旋线的圆周长比一个波长小很多时，辐射最强的方向垂直于螺旋轴；当螺旋线圆周长为一个波长的数量级时，最强辐射出现在螺旋旋轴方向上。四、设计要求设计一个右手圆极化螺旋天线，要求工作频率为4G，分析其远区场辐射特性以及S曲线。本设计参数为：螺旋天线的中心频率f=4GHz，λ=75mm；……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………太原理工大学现代科技学院课程设计螺旋导体的半径d=0.15λ=11.25mm；螺旋线导线的半径a=0.5mm；螺距s=0.25λ=18,75mm；圈数N=3；轴向长度l=Ns；五、设计仿真步骤在HFSS建立的模型中，关键是画出螺旋线模型。画螺旋线，现说明螺旋线模型的创建。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、设置模型的默认材料在工具栏中设置模型的下拉菜单中点击Select，在设置材料窗口中选择copper（铜）材料，点击OK按钮（确定）确认。5、创建螺旋天线模型（1）创建螺旋线Helix。在菜单中点击DrawCircle,输入圆的中心坐标。X:11.25Y:0Z:0,按回车键结束。输入圆的半径dX:0.5dY:0dZ:0按回车键结束输入。在特性（Porperties）窗口中将Axis改为Y。点击确认。在历史操作树中选中该circle。在菜单键点击DrawHelix，在右下角的输入栏中…………………………………装……………………………………订………………………………………线……………………………………………太原理工大学现代科技学院课程设计输入X:0Y:0Z:-7.5，按回车键结束输入；在右下角的输入栏中输入dX:0dY:0dZ;50；按回车键；在弹出的Helix窗口中，TurnDirections:RightHandPitch:18.75(mm)Tuns:3;RadiuschangeperTurn:0点击OK。在特性窗口中选择Attribute标签，将名字改为Helix。（2）建立螺旋天线与同轴线相连的连接杆ring。在菜单中点击DrawCylider,创建圆柱模型。输入坐标为X:11.25，Y:0Z;0，按回车键结束输入。输入半径dX:0.5dY:0dZ:0，按回车键结束输入，输入圆柱长度dX;0dY:0dZ:-3,按回车键结束输入。在特性窗口中选择Attribute选项卡，将名字改为ring，点击确定。（3）创建球体Sphere1。为了把Helix和ring连接起来，创建一个球体Sphere1，点击DrawSphere,输入球心坐标X:22.5Y:0Z:0；按回车键结束输入。输入球体半径，dX:0.5dY:0dZ:0；在特性（Property）窗口中选择Attribute标签，将该圆柱的名字改为Sphere1。（4）将Helix、ring和Sphere1结合起来。在菜单栏中点击EditSelectByName，在弹出的窗口中利用Ctrl键选择ring，Helix和Sphere。在菜单栏中点击3DmodelerBooleanUnite。点击OK结束。形成的模型如下图2所示。图2、螺旋线模型6、建立同轴线馈线。（1）在菜单栏中点击DrawCylider，创建圆柱模型。在坐标栏中输入圆柱中心点的坐标：X：…………………………………装……………………………………订………………………………………线……………………………………………太原理工大学现代科技学院课程设计11.25，Y：0，Z：-3按回车键结束输入。在坐标栏中输入圆柱半径：dX：4，dY：0，dZ：0按回车键结束输入。在坐标输入栏中输入圆柱的长度：dX：0，dY：0，dZ：-7按回车键结束输入。在特性（Property）窗口中选择Attribute标签，将该圆柱的名字改为ringout。（2）在菜单栏中点击DrawCylider，创建圆柱模型。在坐标栏中输入圆柱中心点的坐标：X：11.25，Y：0，Z：-3按回车键结束输入。在坐标栏中输入圆柱半径：dX：3.95，dY：0，dZ：0按回车键结束输入。在坐标输入栏中输入圆柱的长度：dX：0，dY：0，dZ：-7按回车键结束输入。在特性（Property）窗口中选择Attribute标签，将该圆柱的名字改为ringin。（3）在菜单栏中点击EditSelectByName，在弹出的窗口中利用Ctrl键选择ringout，ringin。在菜单栏中点击3DmodelerBooleanSubtract，在Subtract窗口中作如下设置：BlankParts:ringout,ToolParts:ringin,Clonetoolobjectsbeforesubtract复选框不选。点击OK结束设置。（4）创建内导体ringcenter。在菜单栏中点击DrawCylider，创建圆柱模型。在坐标栏中输入圆柱中心点的坐标：X：11.25，Y：0，Z：-3按回车键结束输入。在坐标栏中输入圆柱半径：dX：0.5，dY：0，dZ：0按回车键结束输入。在坐标输入栏中输入圆柱的长度：dX：0，dY：0，dZ：-7按回车键结束输入。在特性（Property）窗口中选择Attribute标签，将该圆柱的名字改为ringcenter。（5）在菜单栏中点击EditSelectByName，在弹出的窗口中利用Ctrl键选择Helix和ringcenter。在菜单栏中点击3DmodelerBooleanUnite。点击OK结束。7、建立接地板（1）在菜单栏中点击DrawCircle，创建圆模型。在坐标输入栏中输入圆中心坐标：X：11.25，Y：0，Z：-3按回车键结束输入。在坐输入栏中输入圆的半径：dx：37.5,dy:0,dz:0按回车键结束输入。在特性（property）窗口中选择attribute标签，将圆柱的名字修改为groundplane.2在菜单栏中点击DrawCircle，创建圆模型。在坐标输入栏中输入圆中心坐标：X：11.25Y：0Z：_3按回车键结束输入。在坐输入栏中输入圆的半径：dX:1,dy:0,dz:0按回车键结束输入。（3）在菜单栏中点击editselectbyname，在弹出的窗口中利用ctrl键选择groundplanecircle，在菜单栏中点击3DmodelerBooleansbstract，在substract窗口中作如下设置：blankparts:groundplanetoolpart:circleclonetoolobjectsbeforesubstract复选框不选。点击OK结束设置。8、创建辐射边界（1）设置默认材料。…………………………………装……………………………………订………………………………………线……………………………………………太原理工大学现代科技学院课程设计在工具栏中设置模型的默认材料为真空（vacuun）。（2）创建Air。在菜单栏中点击DrawCylider，创建圆柱模型。在坐标栏中输入圆柱中心点的坐标：X：11.25，Y：0，Z：-10按回车键结束输入。在坐标栏中输入圆柱半径：dX：50，dY：0，dZ：0按回车键结束输入。在坐标输入栏中输入圆柱的长度：dX：0，dY：0，dZ：150按回车键结束输入。在特性（Property）窗口中选择Attribute标签，将该圆柱的名字改为Air，按确定键结束。在3D模型窗口中以合适大小显示（可用Ctrl+D操作）。（3）设置辐射边界。在菜单栏中点击EditSelectByName，在弹出的窗口中选择Air，点击OK按钮。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结束。9、创建波端口同轴线采用波端口激励，首先要创建波端口面，并将其设置为波端口。（1）创建端口圆面模型，在菜单栏中点击DrawCircle。在坐标栏中输入圆心点的坐标：X：11.25，Y：0，Z：-10按回车键结束输入。在坐标栏中输入圆半径：dX：3.95，dY：0，dZ：0按回车键结束输入。在特性（Property）窗口中选择Attribute标签，将该圆柱的名字改为p1。（2）设置波端口。在菜单栏中点击EditSelectByName，在弹出的窗口中选择p1，在菜单栏中点击HFSSExciationsAssignLumpedPort。在LumpedPort窗口中General标签中，将该端口命名为wave。在Modest标签中设置积分线，在IntegrationLine中点击None，选择NewLine，在坐标栏中输入X：15.2，Y：0，Z：-10按回车键结束输入。在坐标栏中输入圆半径：dX：-3.45，dY：0，dZ：0。点击Next直至结束。10、辐射场角度设置在菜单栏中点击HFSSRadiationInsertFarFieldSetupInfiniteSphere,在辐射远场对话窗中做一下设置：Name：ff-2d；Phi：（Start：0，Stop:180,StepSize：90）；Theta：（Start：0，Stop:360,StepSize：10）。点击OK按钮。11、求解设置（1）设置求解频率。在菜单栏中点击HFSSAnalysisSetupAddSolutionSetup。在求解设置窗口中做一下设置：SolutionFrequency：4GHZ；MaximumNumberofPasses：15；MaximunDeltaSperPass：0.02；点