文档库 最新最全的文档下载
当前位置:文档库 › 采用二级离散复镜像法分析同轴馈电微带天线的输入阻抗

采用二级离散复镜像法分析同轴馈电微带天线的输入阻抗

采用二级离散复镜像法分析同轴馈电微带天线的输入阻抗
采用二级离散复镜像法分析同轴馈电微带天线的输入阻抗

空间馈电同轴馈电微带梯形贴片天线的设计(IJWMT-V7-N6-1)

I.J. Wireless and Microwave Technologies, 2017, 6, 1-12 Published Online November 2017 in MECS(https://www.wendangku.net/doc/1619099479.html,) DOI: 10.5815/ijwmt.2017.06.01 Available online at https://www.wendangku.net/doc/1619099479.html,/ijwmt Design of Microstrip Trapezoidal Patch Antenna Using Coaxial Feeding Technique for Space Applications Deepanshu Kaushal a, Shanmuganantham Thangavelu* a*Dept. of Electronics Engineering,Pondicherry University,Pondicherry-605014, India Received: 03 March 2017; Accepted: 06 August 2017; Published: 08 November 2017 Abstract A microstrip trapezoidal patch antenna structure has been proposed to serve different space applications including the fixed satellite applications, mobile and radiolocation services. This structure utilizes a 0.787 mm thick RT Duroid (5880) substrate of relative permittivity 2.2 and a dielectric loss tangent of 0.0009. A trapezium shaped patch has been formed on it. The patch is compact and has a novel geometry. The feeding technique employed is coaxial/probe feed. The parametric analysis done over HFSS-15 software to study the effects of the structural design over the behavior of antenna reveals the potentiality of the designed antenna to maintain a nearly constant gain upon the variation of several parameters individually. The use of parallel slots in the design offer a reduction in the size of the patch [5]. The performance of the antenna has been analyzed in terms of reflection coefficient, bandwidth and radiation pattern. The antenna yielded a simulated single band reflection coefficient of -22.5 d B and a peak gain of 4.7 dBi at 3.64 GHz and an impedance bandwidth of 10 MHz at -10 dB reflection coefficient. The fabricated design was tested over VNA for its reflection coefficient. The measured results have been included. Index Terms: High Frequency Structural Simulator (HFSS), Radio Frequency (RF). ? 2017 Published by MECS Publisher. Selection and/or peer review under responsibility of the Research Association of Modern Education and Computer Science 1.Introduction The communication that was initiated by sound through voice witnessed the use of devices such as drums followed by the use of visual methods such as sign flags and smoke signals. These optical devices were, however, limited to the light portion of electromagnetic spectrum. Antennas, being one of the greatest natural resource of the mankind has been instrumental in harnessing the electromagnetic spectrum outside this visible * Corresponding author. Tel: +91 413 2654997 E-mail address: shanmugananthamster@https://www.wendangku.net/doc/1619099479.html,

实验七 微带贴片天线的设计与仿真

实验七微带贴片天线的设计与仿真 一、实验目的 1.设计一个微带贴片天线 2..查看并分析该微带贴片天线的 二、实验设备 装有HFSS 13.0软件的笔记本电脑一台 三、实验原理 传输线模分析法求微带贴片天线的辐射原理如下图所示: 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h<<λ,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、实验内容 利用HFSS软件设计一个右手圆极化天线,此天线通过微带结构实现。中心频率为2.45GHz,选用介质基片R04003,其介电常数为εr=2.38,厚度为h =5mm。最后得到反射系数和三维方向图的仿真结果。 五、实验步骤 1.建立新工程 了方便建立模型,在Tool>Options>HFSS Options中讲Duplicate Boundaries with geometry 复选框选中。 2.将求解类型设置为激励求解类型: (1)在菜单栏中点击HFSS>Solution Type。

HFSS的天线课程设计报告书

. . . . . 图1:微带天线的结构 一、 实验目的 ●利用电磁软件Ansoft HFSS 设计一款微带天线。 ◆微带天线要求:工作频率为2.5GHz ,带宽 (回波损耗S11<-10dB)大于5%。 ●在仿真实验的帮助下对各种微波元件有个具体形象的了解。 二、 实验原理 1、微带天线简介 微带天线的概念首先是由Deschamps 于1953年提出来的,经过20年左右的发展,Munson 和Howell 于20世纪70年代初期制造出了实际的微带天线。微带天线由于具有质量轻、体积小、易于制造等优点,现今已经广泛应用于个人无线通信中。 图1是一个简单的微带贴片天线的结构,由辐射源、介质层和参考地三部分组成。与天线性能相关的参数 包括辐射源的长度L 、辐射源的 宽度W 、介质层的厚度h 、介质 的相对介电常数r ε和损耗正切 δtan 、 介质层的长度LG 和宽度WG 。图1所示的微带贴片天线是采用微带天线来馈电的,本次将要设计的矩形微带贴片天线采用的是同轴线馈电,也就是将同轴线街头的心线穿过参考地和介质层与辐射源相连接。 对于矩形贴片微带天线,理论分析时可以采用传输线模型来分析其性能,矩形贴片微带天线的工作主模式是TM10模,意味着电场在长度L 方向上有2/g λ的改变,而在宽度W 方向上保持不变,如图2(a )所示,在长度L 方向上可以看做成有两个终端开路的缝隙辐射出电磁能量,在宽度W 方向的边缘处由于终端开路,所以电压值最大电流值最小。从图2(b )可以看出,微带线边缘的电场可以分解成垂直于参考地的分量和平行于参考地的分量两部分,两个边缘的垂直电场分量大小相等、方向相反,平行电场分量大小相等,方向相反;因此,远区辐射电场垂直分量相互抵消,辐射电场平行于天线表面。

矩形微带天线设计与分析

矩形微带天线设计与分析 万聪,沈诚诚, 王一平 2011级通信2、4班 沈诚诚:主要负责资料准备与整理 王一平:主要负责论文的格式与后期资料扩充 万聪:主要负责设计模型 三人共同学习hfss软件设计模型,共同参与讨论编写论文,发扬团结合作的精神,克服所遇到问题,完成好老师布置的作业。 摘要:微带天线以其体积小、重量轻、低剖面等独特的优点引起了相关领域的广泛重视,已经被广泛应用在1OOMHz—1OOGHz的宽广频域上的大量的无线电设备中。本文介绍了一种谐振频率为2.45GHz,天线输入阻抗为50Ω的使用同轴线馈电的矩形微带天线。本论文给出了详细的设计流程:根据理论经验公式初步计算出矩形微带天线的尺寸,然后在HFSS里建模仿真,根据仿真结果反复调整天线的尺寸,直到仿真结果中天线的中心频率不再偏离2.44GHz为止。微带天线固有的缺陷是窄带性,它的窄带性主要是受尺寸的影响,在不改变天线中心频率的前提下,通过理论经验公式与仿真软件的结合,给出了微带天线比较合理的尺寸。通过HFSS 13.0软件对该天线进行仿真、优化,最终得到最佳性能。 关键词:微带天线、谐振频率、HFSS

Abstract: the microstrip antenna has attracted wide attention from related fields with the advantages of small volume, light weight, low profile, unique, a lot of radio equipment has been widely applied in broad frequency range 1OOMHz - 1OOGHz of the. This paper introduces a 2.45GHz resonant frequency, input impedance of the antenna for the rectangular microstrip antenna using a 50 ohm coaxial feed. This paper gives a detailed design process: according to the theory of empirical formula calculated the size of rectangular microstrip antenna, then modeling and Simulation in HFSS, repeated adjustment according to the simulation results of the antenna size, until the simulation results in the center frequency antenna can not depart from the 2.44GHz to stop. The inherent defects of microstrip antenna is narrow, narrow band it is mainly affected by the size, in the premise of not changing the antenna center frequency, through a combination of theoretical formula and simulation software, the reasonable size of microstrip antenna. The antenna is simulated by HFSS 13 software, optimization, and ultimately get the best performance. Keywords: microstrip antenna, resonant frequency, HFSS

基于HFSS矩形微带贴片天线的仿真设计报告

.. .. .. 矩形微带贴片天线的仿真设计 实验目的:运用HFSS的仿真能力对矩形微带天线进行仿真 实验容:矩形微带天线仿真:工作频率7.55GHz 天线结构尺寸如表所示: 名称起点尺寸类型材料 Sub -14.05,-16,0 28.1,32,0.794 Box Rogers 5880 (tm)GND -14.05,-16,-0.05 28.1,32,0.05 Box pec Patch -6.225,-8,0.794 12.45 , 16, 0.05 Box pec MSLine -3.1125,-8,0.794 2.49 , -8 , 0.05 Box pec Port -3.1125,-16,-0.05 2.49 ,0, 0.894 Rectangle Air -40,-40,-20 80,80,40 Box Vacumn 一、新建文件、重命名、保存、环境设置。 (1)、菜单栏File>>save as,输入0841,点击保存。 (2). 设置激励终端求解方式:菜单栏HFSS>Solution type>Driven Termin ,点击OK。

(3)、设置模型单位:3D Modeler>Units选择mm ,点击OK。 (4)、菜单栏Tools>>Options>>Modeler Options,勾选”Edit properties of new pri”, 点击OK。 二、建立微带天线模型 (1)、插入模型设计 (2)、重命名

输入0841 (3)点击创建GND,起始点:x:-14.05,y:-16,z:-0.05,dx:28.1,dy:32,dz:0.05 修改名称为GND, 修改材料属性为 pec, (4)介质基片:点击,:x:-14.05,y:-16,z:0。dx: 28.1,dy: 32,dz: 0.794, 修 改名称为Sub,修改材料属性为Rogers RT/Duriod 5880,修改颜色为绿色,透明度0.4。

微带天线仿真设计(5)讲解

太原理工大学现代科技学院 微波技术与天线课程设计 设计题目:微带天线仿真设计(5) 专业班级 学号 姓名 指导老师

专业班级 学号 姓名 成绩 设计题目:微带天线仿真设计(5) 一、设计目的: 通过仿真了解微带天线设计 二、设计原理: 1、微带天线的结构 微带天线是由一块厚度远小于波长的介质板(成为介质基片)和(用印刷电路或微波集成技术)覆盖在他的两面上的金属片构成的,其中完全覆盖介质板一片称为接触板,而尺寸可以和波长想比拟的另一片称为辐射元。 微带天线的馈电方式分为两种,如图所示。一种是侧面馈电,也就是馈电网络与辐射元刻制在同一表面;另一种是底馈,就是以同轴线的外导体直接与接地板相连,内导体穿过接地板和介质基片与辐射元相接。 微带天线的馈电 (a )侧馈 (b )底馈 2、微带天线的辐射原理 用传输线模分析法介绍矩形微带天线的辐射原理。矩形贴片天线如图: … …………… …… …… …… … …装 …… …… …… …… … …… …… …… 订… …… … …… …… …… …… …… … …线 …… …… …… …… … …… …… ……

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h<<λ,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。 经过查阅资料,可以知道微带天线的波瓣较宽,方向系数较低,这正是微带天线的缺点,除此之外,微带天线的缺点还有频带窄、损耗大、交叉极化大、单个微带天线的功率容量小等.在这个课设中,借助EDA仿真软件Ansoft HFSS进行设计和仿真。Ansoft公司推出的基于电磁场有限元方法(FEM)的分析微波工程问题的三维电磁仿真软件,Ansoft HFSS 以其无与伦比的仿真精度和可靠性,快捷的仿真速度,方便易用的操作界面,稳定成熟的自适应网格剖分技术,使其成为高频结构设计的首选工具和行业标准,并已广泛应用于航

基于HFSS的4_24微带阵列天线的研究与设计_惠鹏飞

第26卷第5期 齐 齐 哈 尔 大 学 学 报 Vol.26,No.5 2010年9月 Journal of Qiqihar University Sep.,2010 基于HFSS 的4×24微带阵列天线的研究与设计 惠鹏飞,夏颖,周喜权,陶佰睿,苗凤娟 (齐齐哈尔大学 通信与电子工程学院,黑龙江 齐齐哈尔 161006) 摘要:微带阵列天线的馈电方式有微带线馈电和同轴馈电两种方式,本文利用HFSS软件对微带阵列天线进行了研 究,分析了两种馈电方式的传输损耗及其对天线方向图的影响,利用模块化的设计方法实现了一种基于同轴线馈 电结构的多元矩形微带阵列天线。在HFSS仿真设计环境里对天线进行了物理建模,该微带阵列天线的方向图特性 良好,工程上实现比较方便。 关键词:微带阵列天线;模块化设计;HFSS 仿真;物理建模;方向图 中图分类号:TN820.1 文献标识码:A 文章编号:1007-984X(2010)05-0009-04 随着无线电技术的发展,微带天线在许多领域得到了越来越广泛的应用,主要应用场合包括:卫星通信、多普勒雷达及其它制式雷达、导弹遥测系统、复杂天线中的馈电单元等[1] 。微带天线通常采用天线阵列的形式,由馈电网络控制对天线子阵的激励幅度和相位,以获得高增益、强方向性等特点。 微带阵列天线的馈电方式主要有微带线馈电和同轴线馈电方式两种。利用微带线馈电时,馈线与微带贴片是共面的,因此可以方便地光刻,但缺点是损耗较大,在高效率的天馈系统里的应用受到较大限制[2]。本文首先对微带馈电网络产生的损耗进行了详细分析,利用HFSS 软件设计了2×4结构的微带子阵,采用同轴馈电的方式,利用模块化设计方法和方向图叠加原理最终实现了4×24矩形微带阵列天线,仿真设计结果表明,该大型矩形微带阵列天线的各项指标参数良好,设计思想得到了很好的验证。 1 微带阵列及馈电网络损耗分析 1.1 微带阵列理论 微带天线单元的增益较小,一般单个贴片单元的辐射增益只有6~8 dB,为了实现远距离传输和获得更大的增益,尤其是对天线的方向性要求比较苛刻的场合,常采用由微带辐射单元组成的微带阵列天线,如果对增益要求较高,可采用大型微带阵列天线结构[3]。 首先分析平面微带阵列天线的激励电流与电场分布情况,无论是线天线还是面天线,其辐射源都是高频电流源,天线系统将高频电流源的能量转换成电磁波的形式发射出去,讨论电流源的辐射场是分析天线的基础。假设由若干相同的微带天线元组成的平面阵结构,建立三维坐标系分析阵列天线的场量分布情况。以阵列的中心为坐标原点,天线在x 轴方向和y 轴方向的单元编号分别用m 和n 表示。以原点天线单元为相位参考点,为了简化分析,假设阵列中各单元间互耦影响可以忽略不计,各单元激励电流为 j()e xs ys m n mn I ψψ?+,天线阵在远区的辐射总场(,)E θ?为 ()(,)(,)E f S θ?θ?θ??,= 式中,(,)f θ?为阵元的方向性函数,(,)S θ?为平面阵的阵方向性函数。平面阵因子是两个线阵因子的乘积,可以利用线阵方向性分析的结论来分析平面阵列的方向性。 1.2 馈电网络及损耗分析 天线只有承载高频电流才能有电磁波辐射,馈线指将高频交流电能从电路的某一段传送到另一段所用 的设备,对天线的馈电包括对单元天线的馈电和阵列天线的馈电两种形式。当利用传输线对阵列结构进行 收稿日期:2010-06-06 基金项目:齐齐哈尔市科技局工业攻关项目(GYGG-09011-2) 作者简介:惠鹏飞(1980-),男,辽宁凌源人,讲师,硕士,主要从事雷达极化信息处理的研究,weibo505@https://www.wendangku.net/doc/1619099479.html,。

900MHz同轴馈电矩形微带天线设计与HFSS仿真

900MHz 同轴馈电矩形微带天线设计与HFSS 仿真 微带天线它是在一块厚度远小于工作波长的介质基片的一面敷以金属辐射片、一面敷以金属薄层做接地板而成。辐射片可以根据不同的要求设计成各种形状。 微带天线馈电有多种馈电方式,如微带线馈电、同轴线馈电、耦合馈电和缝隙馈电等。其中,最常用的是微带线馈电和同轴线馈电两种馈电方式。 同轴线馈电又称背馈,它是将同轴插座安装在接地板上,同轴线内的导体穿过介质基片接在辐射贴片上。若寻取正确的馈电点位置,就可以获得良好的匹配。 1 矩形微带天线的特性参数 1.1 微带辐射贴片尺寸估算 设计微带天线的第一步是选择合适的介质基片,假设介质的介电常数为r ε,对于工作频率f 的矩形微带天线,可以用下式设计出高效率辐射贴片的宽度ω,即为: 2 1 )2 1(2-+=r f c εω(1) 式中,c 是光速,8 10*3=c 。 辐射贴片的长度一般取为 2 e λ,e λ是介质内的导波波长,即为: e e f c ελ= (2) 式中,e ε是有效介电常数,即为: 2 1 )121(2 1 2 1 -+-+ += ω εεεh r r e (3) 考虑到边缘缩短效应后,实际上的辐射单元长度L 应为: L f c L e ?-= 22ε(4) 式中,L ?是等效辐射缝隙长度,即为: ) 8.0)(258.0() 264.0)(3.0(412.0+-++=?h h h L e e ωεωε(5)

2. 同轴馈电矩形微带天线设计 在使用同轴馈电时,在阻抗匹配方面,在主模10TM 工作模式下,馈电点在矩形辐射贴片长度L 方向边缘处(x=±L/2)的输入阻抗最高,约为100Ω-400Ω。馈电点在宽度ω方向的位移对输入阻抗的影响很小。但在宽度方向上偏离中心位置时,会激发n TM 1模式,增加天线的交叉极化辐射。因此,宽度方向上馈电点的位置一般取在中心点。 由下式可以近似计算出输入阻抗为50Ω时的馈电点的位置: )1 1(2 1re L L ξ- = (6) 式中, 2 1 )121(21 2 1 )(-+-+ += L h L r r re εεξ(7) 3. 设计要求 使用HFSS 设计中心频率为915MHz 的矩形微带天线,并给出天线参数。介质基片采用厚度为1.6mm 的RF4环氧树脂板,天线馈电方式采用50Ω同轴线馈电。 x 图1 同轴馈电俯视图 天线初始尺寸的计算: 辐射贴片宽度:mm 77.99=ω 辐射贴片长度:mm L 89.77= 50Ω匹配点初始位置1L ,计算出初始位置后,然后再使用HFSS 的参数扫描分析和优化设计功能,分析给出50Ω匹配点的实际位置即可,mm L 91.191=。

实验一:微带天线的设计与仿真

实验一:微带天线的设计与仿真 一、实验步骤、仿真结果分析及优化 1、原理分析: 本微带天线采用矩形微带贴片来进行设计。 假设要设计一个在2.5GHz 附近工作的微带天线。我采用的介质基片, εr= 9.8, h=1.27mm 。理由是它的介电系数和厚度适中,在2.5GHz 附近能达到较高的天线效率。并且带宽相对较高。 由公式:2 /1212-?? ? ??+= r r f c W ε=25.82mm 贴片宽度经计算为25.82mm 。 2 /1121212 1-?? ? ?? +-+ += w h r r e εεε=8.889; ()()()()8.0/258.0264.0/3.0412.0+-++=?h w h w h l e e εε ?l=0.543mm ; 可以得到矩形贴片长度为: l f c L e r ?-= 22ε=18.08mm 馈电点距上边角的距离z 计算如下: ) 2( cos 2 ) (cos 2)(5010 22z R z G z Y e r in ?===λεπβ 2 20 90W R r λ= (0λ<

计算结果:在这类介质板上,2.5GHz 时候50Ω传输线的宽度为1.212mm 。 2、计算 基于ADS 系统的一个比较大的弱点:计算仿真速度慢。特别是在layout 下的速度令人 无法承受,所以先在sonnet 下来进行初步快速仿真。判断计算值是否能符合事实。 sonnet 中的仿真电路图如下: S11图象如下: 可见,按照公式计算出来的数据大致符合事实上模拟出来的结果。但是发现中心频率发生了偏移,这主要是由于公式中很多的近似引起的。主要的近似是下面公式引起 2 20 90W R r λ= (0λ<

微波天线课程设计56GHz微带天线设计不同切角

课程设计 课程名称:微波技术与天线微带天线设计(不同切角)课设题目: 博学馆机房实验地点: 电信1201班专业班级: 2012001422 学号: 学生姓名: 指导教师:李鸿鹰

日月年2015 7 4 课程设计任务书 注:课程设计完成后,学生提交的归档文件应按,封面—任务书—说明书—图纸

指导教师签名日期:2015-6-10 : 一、设计题目: 微带天线仿真设计(不同切角贴片设计) 二、设计目的: 通过仿真了解微带天线设计,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矩形贴片天线,分析其远区辐射场特性以及S曲线。 三、设计原理: 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5.6GHz,分析其远区辐射场特性以及S曲线。

矩形贴片天线示意图 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Project>Insert 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HFSS>Solution 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 Modeler>Units。 (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。在菜单栏中点击Draw>Rectangle,创建矩形模型。在坐标输入栏中输:dZ,90:dY,90:dX按回车键。在坐标输入栏中输入长、宽:0:Z,-45:Y,-45:X入起始点的坐标: 0按回车键。在特性(Property)窗口中选择Attribute标签,将该名字修改为GroundPlane。(2)为GroundPlane设置理想金属边界。在菜单栏中点击Edit>Select>By Name。在对话框中

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h<<λ,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≈

微带天线设计

班级:通信13-3班 姓名:王亚飞 学号:1306030318 指导教师:徐维 成绩: 电子与信息工程学院 信息与通信工程系

目录 1微带天线设计 (3) 1.1微带天线简介 (3) 1.2设计要求 (3) 1.3设计指标和天线几何结构参数计算 (4) 2 HFSS 设计和建模概述 (5) 2.1创建微带天线模型 (5) 2.1.1新建HFSS 工程 (5) 2.1.2建立模型 (6) 2.2相关条件设置 (14) 2.2.1设置激励端口 (14) 2.2.2添加和使用变量 (15) 2.2.3求解设置 (17) 3设计检查和运行仿真分析 (19) 3.1查看天线谐振点 (19) 3.1变量Length、Width扫描分析 (21) 3.2查看S11参数以及Smith圆图结果 (21) 3.3查看驻波比 (22) 3.4查看天线的三维增益方向图 (22) 3.5查看平面方向图 (23) 4总结体会 (23)

1微带天线设计 1.1微带天线简介 微带天线是近30年来逐渐发展起来的一类新型天线。早在1953年就提出了微带天线的概念,但并未引起工程界的重视。在50年代和60年代只有一些零星的研究,真正的发展和使用是在70年代。常用的一类微带天线是在一个薄介质基(如聚四氟乙烯玻璃纤维压层)上,一面附上金属薄层作为接地板,另一面用光刻腐蚀等方法作出一定形状的金属贴片,利用微带线和轴线探针对贴片馈电,这就构成了微带天线。当贴片是一面积单元时,称它为微带天线;若贴片是一细长带条则称其为微带振子天线。 图1.1 是一个简单的微带贴片天线的结构,由辐射元、介质层和参考地三部分组成。与天线性能相关的参数包括辐射元的长度L、辐射元的宽度W、介质层的厚度h、介质的 相对介电常数εr 和损耗正切tan δ、介质层的长度LG 和宽度WG。图10.1 所示的微带贴片天线是采用微带线来馈电的,本章将要设计的矩形微带贴片天线采用的是同轴线馈电,也就是将同轴线接头的内芯线穿过参考地和介质层与辐射元相连接。 图1.1微带天线的结构 1.2设计要求 设计一个矩形微带天线,工作频率为2.45Ghz ,天线使用同轴线馈电。天线的中心频率为2.45GHz,因此设置HFSS 的求解频率(即自适应网格剖分频率)为2.45GHz,同时添加1.5~3.5GHz 的扫频设置,分析天线在1.5~3.5GHz 频段内的回波损耗或者电压驻波比。

矩形微带天线设计

班级: 姓名: 学号: 指导教师:徐维 成绩: 电子与信息工程学院 信息与通信工程系

1微带天线简介 微带天线的概念首先是有Deschaps 于1953年提出来的,经过20年左右的发展,Munson 和Howell 于20世纪70年代初期造出了实际的微带天线。微带天线由于具有质量轻、体积小,易于制造等优点,现今已经广泛应用于个人无线通信中。 假设矩形贴片的有效长度设为L e ,则有 L e =λg /2 式中,λg 表示导波波长,有 λg =λ0/ε 式中,λ0表示自由空间波长;εe 表示有效介电常数,且 εe =21)121(2121-+-++w h εε 式中,εr 表示介质的相对介电常数;h 表示介质厚度;w 表示微带贴片的宽度。 因此,可计算出矩形贴片的实际长度L ,有 L=L e -2ΔL=λ0/e ε-2ΔL=2102-e f c εΔL 式中,c 表示真空中的光速;f 0表示天线的工作频率;ΔL 表示等效的辐射缝隙的长度,且有 ΔL=0.412h ()()()() 8.0264.0258.03.0++-+h W h W εε 矩形贴片的宽度W 可以由下式计算, W=21 2102-??? ??+εf c 对于同轴线馈电的微带贴片天线,在确定了贴片长度L 和宽度W 之后,还需要确定同轴线馈点的位置,馈点的位置会影响天线的输入阻抗。在微波应用中通常是使用50Ω的标准阻抗,因此需要确定馈点的位置使天线的输入阻抗等于50Ω.对于如图所示的同轴线馈电的微带贴片天线,坐标原点位于贴片的中心以(x f ,y f )表示馈点的位置坐标。

对于TM 10模式,在W 方向上的电场强度不变,因此理论上的W 方向上的任一点都可以作为馈点,为了避免激发TM 1n 模式,在W 方向上的馈点的位置一般取在中心点,即 y f =0 在L 方向上电场有λg /2的改变,因此在长度L 方向上,从中心点到两侧,阻抗逐渐变大;输入阻抗等于50Ω时的馈点可以由下式计算, x f =) (2L L ξ 式中, )121(2121 21)(l h L +--++=εεξ 上述分析都是基于参考地平面是无限大的基础上的,然而实际设计中,参考地都是有限面积的,理论分析证明来了当参考地平面比微带贴片大出6h 的距离时,计算结果就可以达到足够的准确,因此设计中参考地的长度L GND 和宽度W GND 只需要满足以下条件即可, L GND ≥L+6h W GND ≥W+6h 2设计指标和天线结构参数计算 我这次设计的矩形微带天线工作于ISM 频段,其中心频率为 2.45GHz ;无线局域网(WLAN )、蓝牙、ZigBee 的无线网络均可以工作在该频段上。选用的介质板材为Rogers R04003,其相对介电常数εr =3.38,厚度h=5mm ;天线使用同轴线馈电。微带天线的三个关键参数如下:工作频率f 0=2.45GHz ;介质板材的相对介电常数εr =3.38;介质厚到h=5mm 。 1.矩形贴片的宽度W 把c=3.0×108 m/s ,f0=2.45GHz ,εr =3.38带入,可以计算出微带天线矩形贴片的宽度,即 W=0.0414m=41.4mm

HFSS的天线课程设计(20201005041508).docx

一、实验目的 ●利用电磁软件Ansoft HFSS 设计一款微带天线。 ◆微带天线要求:工作频率为,带宽( 回波损耗 S11<-10dB)大于 5%。 ● 在仿真实验的帮助下对各种微波元件有个具体形象的了解。 二、实验原理 1、微带天线简介 微带天线的概念首先是由 Deschamps于 1953 年提出来的,经过 20 年左右的发展, Munson和 Howell 于 20 世纪 70 年代初期制造出了实际的微带天线。微带天线由于具有质量轻、体积小、易于制造等优点,现今已经广泛应用于个人无线通信中。 图1 是一个简单的微带贴片天线的结构,由辐射源、介质层和参考地三部分组成。与天线性能相关的参数 包括辐射源的长度L、辐射源的 宽度 W、介质层的厚度 h、介质 的相对介电常数r和损耗正切 tan、介质层的长度LG和宽度 WG。图 1 所示的微带贴片天线是图 1:微带天线的结构 采用微带天线来馈电的,本次将要设计的矩形微带贴片天线采用的是同轴线馈 电,也就是将同轴线街头的内心线穿过参考地和介质层与辐射源相连接。 对于矩形贴片微带天线,理论分析时可以采用传输线模型来分析其性能, 形贴片微带天线的工作主模式是TM10模,意味着电场在长度L方向上有 g / 2 矩 的 改变,而在宽度 W方向上保持不变,如图 2(a)所示,在长度 L 方向上可以看做 成有两个终端开路的缝隙辐射出电磁能量,在宽度W方向的边缘处由于终端开路,所以电压值最大电流值最小。从图 2(b)可以看出,微带线边缘的电场可以分解成 垂直于参考地的分量和平行于参考地的分量两部分,两个边缘的垂直电场分量大小 相等、方向相反,平行电场分量大小相等,方向相反;因此,远区辐射电场垂直分 量相互抵消,辐射电场平行于天线表面。

矩形微带天线

一.微带天线简介 微带天线的概念首先是有Deschaps于1953年提出来的,经过20年左右的发展,Munson和Howell于20世纪70年代初期造出了实际的微带天线。微带天线由于具有质量轻、体积小,易于制造等优点,现今已经广泛应用于个人无线通信中。 上图是一个简单的微带贴片天线的结构,由辐射元、介质层和参考地三部分组成。与天线性能相关的参数包括辐射元的长度L、辐射元的宽度W、介质层的厚度h、介质的相对介点常数ε和损耗正切tanδ、介质的长度LG和宽度WG。图中所示的天线是采用微带线来馈电的,本次我要设计的矩形微带贴片天线采用的是同轴线馈电,也就是将同轴线接头的内芯线穿过参考地和介质层与辐射元相连接。 对于矩形贴片微带天线,理论分析时采用传输线模型来分析其性能。矩形贴片微

带天线的工作模式是TM 10模,意味着电场在长度L 方向上有λg /2的改变,而在 宽度W 方向上保持不变,如图所示,在长度方向上可以看成有两个终端开路的缝隙辐射出电磁能量,在宽度方向的边缘由于终端开路,所以电压值最大电流值最小。从图中可以看出微带线边缘的电场可以分解成垂直参考地的分量和平行于参考地的分量两部分,两个边缘的垂直电场分量大小相等、方向相反,平行电场分量大小相等、方向相反;因此,远区辐射电场垂直分量相互抵消,辐射电场平行于天线表面。 假设矩形贴片的有效长度设为L e ,则有 L e =λg /2 式中,λg 表示导波波长,有 λg =λ0/ε 式中,λ0表示自由空间波长;εe 表示有效介电常数,且 εe =21)121(2121-+-++w h εε 式中,εr 表示介质的相对介电常数;h 表示介质厚度;w 表示微带贴片的宽度。 因此,可计算出矩形贴片的实际长度L ,有 L=L e -2ΔL=λ0/e ε-2ΔL= 2102-e f c εΔL 式中,c 表示真空中的光速;f 0表示 ΔL 表示等效的辐射缝隙的长度,且有 ΔL=0.412h ()()()() 8.0264.0258.03.0++-+h W h W εε 矩形贴片的宽度W 可以由下式计算, W=21 2102-??? ??+εf c 对于同轴线馈电的微带贴片天线,在确定了贴片长度L 和宽度W 之后,还需要确定同轴线馈点的位置,馈点的位置会影响天线的输入阻抗。在微波应用中通常是使用50Ω的标准阻抗,因此需要确定馈点的位置使天线的输入阻抗等于50Ω. 对于如图所示的同轴线馈电的微带贴片天线,坐标原点位于贴片的中心以 (x f ,y f )表示馈点的位置坐标。

HFSS矩形微带贴片天线的仿真设计报告

基于HFSS矩形微带贴片天线的仿真设计 实验目的:运用HFSS的仿真能力对矩形微带天线进行仿真实验内容:矩形微带天线仿真:工作频率 天线结构尺寸如表所示: 一、新建文件、重命名、保存、环境设置。 (1)、菜单栏File?save as,输入Antenna,点击保存。 (2).设置激励终端求解方式:菜单栏HFSS>Solution type>Driven Termin ,点击OK (3)、设置模型单位:3D Modeler>Units 选择mm,点击OK (4)、菜单栏Tools>>Options>>Modeler Options, 勾选” Edit properties of new pri ” ,点击OK 二、建立微带天线模型 (1)点击三仓U 建GND,起始点:x:0 ,y:0 ,z: ,dx:,dy:32,dz:

(2) 介质基片:点击 :比,:x:0, y:0 , z:0。dx: , dy: 32 , dz:-, 修改名称为Sub,修改 材料属性为 Rogers RT/Duriod 5880,修改颜色为绿色 点击OK (3) 建立天线模型patch , 点击^已,x:,y: 8, z:0 ,dx: ,dy: 16 ,dz: 命名为patch ,点击OK (4) 建立天线模型微带线 MSLine 点击’硏,x:,y: 0, ,z: 0 , dx: ,dy: 8 ,dz:, 命名为MSLine,材料pec,透明度 选中 Patch 和 MSLine,点击 Modeler>Boolean>Unite (5) 、建立端口。创建供设置端口用的矩形,该矩形连接馈线与地 Modeler>Grid Plane>XZ ,或者设置回厂刁冈 习 点击 e ,创建Port 。命名为port 双击 Port 下方 CreatRectangle 输入:起始点:x: ,y: 0,z:-,尺寸:dx: ,dy: 0 ,dz: (6) 、创建 Air 。 点击1 ,x:-5 ,y:-5 ,z:, dx:, dy:42, dz: 修改名字为Air ,透明度. 三、设置边界条件和端口激励。 (1)设置理想金属边界:选择 GND 右击Assign Boundaries>>Pefect E 将理想边界命名为:PerfE_GND ,点击OK (2)、设置边界条件:选择 Port ,点击 Assign Boundaries>>Pefect E 在对话框中将其命名为 PerfE_Patch ,点击0K ,透明度。 修改名称为GND,修改材料属性为pec ,

相关文档
相关文档 最新文档