微带天线仿真设计

射频作业微带天线的仿真设计姓名：聂乾坤学号：1120141134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2.45GHz，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: -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EditDuplicateAround 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：0.5，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：1.5，dZ：0（10）用GroundPlane 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：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HFSSAnalysis SetupAdd Solution Setup。在求解设置窗口中做以下设置：Solution Frequency ：2.45GHz；Maximun Number of Passes：15；Maximun Delta S per Pass ：0.02。（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 :2.0GHz；Stop：3.0GHz；Count：400；将Save Field复选框选中。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_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。 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，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；Quantity：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；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 Name,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：-11.2375，Z：5；X：-20，Y：11.2375，Z：5；X：0，Y：22.5，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.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2.45GHz：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作业上手是很快的，在射频专业同学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。