平面缝隙天线Word文档下载推荐.docx

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电磁场与无线技术

一、实验时间：

10月15日-10月19日8:

30-11:

30

10月22日-10月26日13:

30-17:

30

二、实验设备与仪器

1,硬件：

PC机一台

2,软件：

HFSS软件

三、实验过程及成果验证

3.1设计要求

实验HFSS软件设计中心频率为3GHz的矩形微带天线，并给出其天线参数。

介质基片采用厚度为1mm的聚四氟乙烯（Er=2.2）板，天线馈电方式为微带线馈电，采用集总端口馈电。

3.1.1设计指标

S11≤-10dB，并考虑天线的输入阻抗与辐射臂物理尺寸的关系。

3.2设计步骤

3.2.1天线结构

3.2.1.1在微带线接地板上光刻成缝隙构成微带缝隙天线。

图3.2.1.1表示出了微带缝隙天线的结构。

图3.2.1微带缝隙天线

3.2.1.2微带缝隙天线常见的的缝隙形状有矩形，圆形，或者环形,其缝隙形状如下图3.2.1.2

窄缝圆环宽缝圆

图3.2.1.2各种缝隙

3.2.2计算天线尺寸

由于缝隙形状为窄缝的微带缝隙天线与对称阵子相对偶，且较常见，因此先采用窄缝，缝宽暂定为2mm。

根据对偶关系，可以知道缝隙的长度与偶极子对称阵子天线的长度相近，约为1/2λ,用公式λ=V/f可以算出中心点的波长，1/2λ≈36mm,介质板的宽度一定要大于缝的长度，为了有富余量，设为50mm,介质板的长度暂定为80mm。

馈线的宽度用IE3d进行估计，算得3.07473mm,如下图3.2.2。

取3mm,馈线的长度应大于介质板的一半即40mm,暂定50mm.

对于辐射边界的设定，由于使用HFSS分析天线时，辐射边界表面和辐射体的距离通常需要大于1/4λ,3GHz的由空间中的1/4λ个波长为25mm,这里创建一个长方体的模型作为辐射表面，天线在长方体中间，辐射表面长宽高至少为130mm,100mm,50mm，辐射表面就取以上各值。

各初始参数如下表3.2.2

图3.2.2馈线宽度

表3.2.2各数据初始参数

结构名称

变量名

变量值（单位:

mm）

辐射表面

长度

a

130

宽度

b

100

高度

c

50

介质板

Sub_l

80

Sub_w

馈线

馈点

Point

Length

Strip_w

3

缝隙

Cut_l

36

Cut_w

2

3.2.3HFSS仿真设计

3.2.3.1新建设计工程

点击File下的New按钮，新建一个工程。

如图3.2.3.1.1

图3.2.3.1.1建立新的工程

3.2.3.1.2.设置求解类型

（1）在菜单栏中点击HFSS>

SolutionType。

（2）在弹出的SolutionType窗口中：

选择DrivenModal。

（3）点击OK按钮，如图3.2.3.1.2。

图3.2.3.1.2设置求解类型

3.2.3.1.3.设置模型单位

（1）在菜单栏中点击Modeler>

Units，在设置单位窗口中选择：

mm。

（2）点击OK按钮，如图3.2.3.1.3。

图3.3设置模型单位

3.2.3.2添加和定义设计变量

在HFSS中定义和添加如表3.2.2所示的设计变量。

从主菜单中选择HFSS>

DesignProperties命令，打开设计属性对话框，在该对话框中单击

按钮，打开AddProperty对话框。

在Name文本框中输入第一个变脸名称a,在Value文本框中输入该变量的初始值130mm,然后单击

按钮，即可添加变量a到设计属性对话框中。

变量的定义和添加过程如图3.2.3.2.1所示。

图3.2.3.2.1定义变量

使用相同的操作方法，分别按表3.2.2定义b,c,Sub_l,Sub_w,Point,Length,Strip_w,

Cut_lh,Cut_wh。

定义完成后，确认设计属性对话框如图3.2.3.2.2

图3.2.3.2定义所有变量后的设计属性对话框

3.2.3.3设计建模

3.2.3.3.1.创建介质基片

（1）在菜单栏中点击Draw>

Box。

（2）在属性（Property）窗口中选择Attribute标签，将该长方体的名字改为Substrate,在Material中将材料设置为Roger5880，设置其透明度为0.6。

如下图3.2.3.1.1

图3.2.3.1.1Attribute选项卡

（3）双击操作历史树Substrate下的CreateBox节点，打开Command选项卡，在该选项卡中设置长方体的顶点坐标和尺寸。

在Position文本框中输入顶点位置坐标（-Sub_w/2,-Sub_l/2,0）,在XSize，YSize，和Zsize文本框中分别输入长方体的宽，长，高：

Sub_w,Sub_l，-1，如图3.2.3.1.2。

图3.2.3.1.2Command选项卡

此时就创建好了名为Substrate的介质基片。

然后按Ctrl+D全屏显示创建的物体模型，如图3.2.3.1.3

图3.2.3.13.创建的介质基片

3.2.3.3.2.创建GND

（1）点菜单栏中的Draw按钮，选择Rectangl。

（2）在属性（Property）窗口中选择Attribute标签，将该长方体的名字改为GND,设置其透明度为0.8。

（3）双击操作历史树GND下的CreateBox节点，打开Command选项卡，在该选项卡中设置长方形的顶点坐标和尺寸。

在Position文本框中输入顶点位置坐标（-Sub_w/2,-Sub_l/2,0mm）,在XSize，YSize文本框中分别输入长方形的宽，长：

Sub_w,Sub_l，，如图3.2.3.2.1。

图3.2.3.2.1

（4）设置GND为理想边界。

在菜单栏中选择Edit>

Select>

ByName。

在对话框中选择GND，点击OK。

在菜单栏中选择HFSS>

Boundaries>

Assign>

PerfectE。

在理想边界设置窗口中，将理想边界命名为PerfE_GND，点击OK。

如图3.2.3.2.2

图3.2.3.2.2创建GND为理想边界

3.2.3.3.3.创建缝隙Slot

（2）在属性（Property）窗口中选择Attribute标签，将该长方体的名字改为Cut,设置其透明度为0.8。

在Position文本框中输入顶点位置坐标（-Cut_l/2,-Cub_w/2,0mm）,在XSize，YSize文本框中分别输入长方形的长,宽：

Sub_l,Sub_w，，如图3.2.3.3.1。

图3.2.3.3.1

（6）将Cut减去。

在菜单栏中点击Edit>

ByName，在弹出的窗口中按ctrl依次选择Cut,GND。

在菜单栏中点击Modeler>

Boolean>

Substrate，在弹出的Substrct对话框中Clonetoolobjectsbeforesubtract复选框不选。

如图3.2.3.3.2

图3.2.3.3.2

点击OK结束，Slot做好如图3.3.2.3.3.3

图3.2.3.3.2创建缝隙Slot

3.2.3.3.4.绘制StripFeed

（2）在属性（Property）窗口中选择Attribute标签，将该长方体的名字改为StripFeed,设置其透明度为0.5。

（3）双击操作历史树StripFeed下的CreateBox节点，打开Command选项卡，在该选项卡中设置长方形的顶点坐标和尺寸。

在Position文本框中输入顶点位置坐标（Point,-Sub_l/2,-1mm）,在XSize，YSize文本框中分别输入长方形的宽，长：

Strip_w,Length

（4）为StripFeed设置边界。

选择StripFeed,在菜单栏中选择HFSS>

在理想边界设置窗口中，将理想边界命名为PerfE_S，点击OK

3.2.3.3.5绘制Feed

（1）选择ZX平面，

点菜单栏中的Draw按钮，选择Rectangl。

（2）在属性（Property）窗口中选择Attribute标签，将该长方体的名字改为Feed,设置其透明度为0.6。

在Position文本框中输入顶点位置坐标（Point,-Sub_l/2,-1mm）,在XSize，ZSize文本框中分别输入长方形的宽，长：

Strip_w,1mm.

（4）设置集总端口激励，）选中操作历史树StripFeed，然后单击鼠标右键，选择AssignExcitation>

LumpedPort,打开LumpedPort对话框，在Name文本框中输入端口名称P1,在Resistance，Reactance文本框中分别输入在50ohm，0ohm。

然后单击下一步，打开Modes对话框。

在IntegrationLine中单击None，在其下拉菜单中选择NewLine，划积分线。

如图3.2.3.5

图3.2.3.5完成后的集总端口

3.2.3.3.6.添加AirBox

（2）在属性（Property）窗口中选择Attribute标签，将该长方体的名字改为Air,在Material中将材料设置为vacuum，设置其透明度为0.9。

（3）双击操作历史树Air下的CreateBox节点，打开Command选项卡，在该选项卡中设置长方体的顶点坐标和尺寸。

在Position文本框中输入顶点位置坐标（-b/2,-a/2,-c/2）,在XSize，YSize，和Zsize文本框中分别输入长方体的宽，长，高：

b,a,c。

（4）创立辐射边界，选中Air，右击选择AssignBoundary>

Radition命令，保持默认设置不变。

3.2.3.4求解设置

模型建完后，设置中心频率和扫描频率，点击HFSS>

Analysissetup>

addfrequencysweep、选择AddSolutionSetup,将频率设置为3GHz。

设置扫描频率，将start设置为1GHz，stop设置为10GHz，stepsize设置为1GHz，设置完成后，点击HFSS>

validation>

check检查错误，确认没有错误后，再点击HFSS>

analyzeall，开始仿真。

3.2.3.5设计检查和运行仿真计算

3.2.3.5.1右击Results节点，在弹出的菜单中CreateModalSolutionDataReport>

RectangularPlot命令，在Quantity选中S（P1,P1）,在Func