微帶天線(xiàn)設(shè)計(jì)

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1、仿真技術(shù)綜合設(shè)計(jì)微帶天線(xiàn)仿真設(shè)計(jì)班級(jí)：通信13-3班姓名：王亞飛學(xué)號(hào)：1306030318指導(dǎo)教師：徐維成績(jī)：電子與信息工程學(xué)院信息與通信工程系24目錄1微帶天線(xiàn)設(shè)計(jì)31.1微帶天線(xiàn)簡(jiǎn)介31.2設(shè)計(jì)要求31.3設(shè)計(jì)指標(biāo)和天線(xiàn)幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算42HFSS設(shè)計(jì)和建模概述52.1創(chuàng)建微帶天線(xiàn)模型52.1.1新建HFSS工程52.1.2建立模型62.2相關(guān)條件設(shè)置142.2.1設(shè)置激勵(lì)端口142.2.2添加和使用變量152.2.3求解設(shè)置173設(shè)計(jì)檢查和運(yùn)行仿真分析193.1查看天線(xiàn)諧振點(diǎn)193.1變量Length、Widt

2、h掃描分析213.2查看S11參數(shù)以及Smith圓圖結(jié)果213.3查看駐波比223.4查看天線(xiàn)的三維增益方向圖223.5查看平面方向圖234總結(jié)體會(huì)23241微帶天線(xiàn)設(shè)計(jì)1.1微帶天線(xiàn)簡(jiǎn)介微帶天線(xiàn)是近30年來(lái)逐漸發(fā)展起來(lái)的一類(lèi)新型天線(xiàn)。早在1953年就提出了微帶天線(xiàn)的概念，但并未引起工程界的重視。在50年代和60年代只有一些零星的研究，真正的發(fā)展和使用是在70年代。常用的一類(lèi)微帶天線(xiàn)是在一個(gè)薄介質(zhì)基(如聚四氟乙烯玻璃纖維壓層)上，一面附上金屬薄層作為接地板，另一面用光刻腐蝕等方法作出一定形狀的金屬貼片，利用微帶線(xiàn)和軸

3、線(xiàn)探針對(duì)貼片饋電，這就構(gòu)成了微帶天線(xiàn)。當(dāng)貼片是一面積單元時(shí)，稱(chēng)它為微帶天線(xiàn)；若貼片是一細(xì)長(zhǎng)帶條則稱(chēng)其為微帶振子天線(xiàn)。圖1.1是一個(gè)簡(jiǎn)單的微帶貼片天線(xiàn)的結(jié)構(gòu)，由輻射元、介質(zhì)層和參考地三部分組成。與天線(xiàn)性能相關(guān)的參數(shù)包括輻射元的長(zhǎng)度L、輻射元的寬度W、介質(zhì)層的厚度h、介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)εr和損耗正切tanδ、介質(zhì)層的長(zhǎng)度LG和寬度WG。圖10.1所示的微帶貼片天線(xiàn)是采用微帶線(xiàn)來(lái)饋電的，本章將要設(shè)計(jì)的矩形微帶貼片天線(xiàn)采用的是同軸線(xiàn)饋電，也就是將同軸線(xiàn)接頭的內(nèi)芯線(xiàn)穿過(guò)參考地和介質(zhì)層與輻射元相連接。圖1.1微帶天線(xiàn)的結(jié)構(gòu)1.2

4、設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)矩形微帶天線(xiàn)，工作頻率為2.45Ghz,天線(xiàn)使用同軸線(xiàn)饋電。天線(xiàn)的中心頻率為2.45GHz，因此設(shè)置HFSS的求解頻率（即自適應(yīng)網(wǎng)格剖分頻率）為2.45GHz，同時(shí)添加1.5～3.5GHz的掃頻設(shè)置，分析天線(xiàn)在1.5～3.5GHz24頻段內(nèi)的回波損耗或者電壓駐波比。如果天線(xiàn)的回波損耗或者電壓駐波比掃頻結(jié)果顯示諧振頻率沒(méi)有落在2.45GHz上，還需要添加參數(shù)掃描分析，并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，改變微帶貼片的尺寸和同軸線(xiàn)饋點(diǎn)的位置，以達(dá)到良好的天線(xiàn)性能。1.3設(shè)計(jì)指標(biāo)和天線(xiàn)幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算本章設(shè)計(jì)的矩形微帶天線(xiàn)工作

5、于ISM頻段，其中心頻率為2.45GHz；無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)（WLAN）、藍(lán)牙、ZigBee等無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)均可工作在該頻段上。選用的介質(zhì)板材為RogersR04003，其相對(duì)介電常數(shù)εr=3.38，厚度h=5mm；天線(xiàn)使用同軸線(xiàn)饋電。微帶天線(xiàn)的3個(gè)關(guān)鍵參數(shù)如下：工作頻率f0=2.45GHz；介質(zhì)板材的相對(duì)介電常數(shù)εr=3.38；介質(zhì)層厚度h=5mm。下面來(lái)計(jì)算微帶天線(xiàn)的幾何尺寸，包括貼片的長(zhǎng)度L和寬度W、同軸線(xiàn)饋點(diǎn)的位置坐標(biāo)（xf，yf），以及參考地的長(zhǎng)度LGND和寬度WGND。1．矩形貼片的寬度W根據(jù)公式把c=3.0×108m

6、/s，f0=2.45GHz，εr=3.38代入，可以計(jì)算出微帶天線(xiàn)矩形貼片的寬度，即W=0.0414m=41.4mm2．有效介電常數(shù)εe根據(jù)公式把h=5mm，W=41.4mm，εr=3.38代入，可以計(jì)算出有效介電常數(shù)，即εe=2.953．輻射縫隙的長(zhǎng)度ΔL根據(jù)公式把h=5mm，W=41.4mm，εeff=2.95代入，可以計(jì)算出微帶天線(xiàn)輻射縫隙的長(zhǎng)度，即ΔL=2.34mm4．矩形貼片的長(zhǎng)度L根據(jù)公式24把c=3.0×108m/s，f0=2.45GHz，εe=2.95，ΔL=2.34mm代入，可以計(jì)算出微帶天線(xiàn)矩形貼

7、片的長(zhǎng)度，即L=31.0mm5．參考地的長(zhǎng)度LGND和寬度WGND根據(jù)公式把h=5mm，W=41.4mm，L=31.0mm分別代入，可以計(jì)算出微帶天線(xiàn)參考地的長(zhǎng)度和寬度，即LGND≥61.8mm,WGND≥71.4mm6．同軸線(xiàn)饋點(diǎn)的位置坐標(biāo)（xf，yf）根據(jù)εr=3.38，W=41.4mm，L=31.0mm很容易可以計(jì)算出微帶天線(xiàn)同軸線(xiàn)饋點(diǎn)的位置坐標(biāo)（xf，yf），即xf=9.5mm,yf=0mm。2HFSS設(shè)計(jì)和建模概述本課程所設(shè)計(jì)的天線(xiàn)實(shí)例是使用同軸線(xiàn)饋電的微帶結(jié)構(gòu)，HFSS工程可以選擇模式驅(qū)動(dòng)求解類(lèi)型。在HF

8、SS中如果需要計(jì)算遠(yuǎn)區(qū)輻射場(chǎng)，必須設(shè)置輻射邊界表面或者PML邊界表面，這里使用輻射邊界條件。為了保證計(jì)算的準(zhǔn)確性，輻射邊界表面距離輻射源通常需要大于1/4個(gè)波長(zhǎng)。因?yàn)槭褂昧溯椛溥吔绫砻?，所以同軸饋線(xiàn)的信號(hào)輸入/輸出端口位于模型內(nèi)部，因此端口激勵(lì)方式需要定義為集總端口激勵(lì)。2.1創(chuàng)建微帶天線(xiàn)模型2.1.1新建HFSS工程1.運(yùn)行HFSS并新建工程