通信系统天线综合课程设计 精品.docx

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通信系统天线综合课程设计精品

JIANGSUUNIVERSITY

通信系统天线综合课程设计

学院名称：

专业班级：

学生姓名：

学生学号：

1、课程设计目的

通过综合课程设计，在学习EDA仿真软件HFSS使用方法的基础上，掌握常见通信系统天线的仿真设计方法。

2、课程设计内容：

以“通信系统天线”课程课件“Ch4.1偶极和单极天线”、“Ch4.2常用振子天线和馈电技术”、“Ch5宽带天线_c”、“Ch6移动系统常用天线_c”为参考资料，分别仿真偶极子天线、UHFprobe振子天线、共面波导馈电领结天线和同轴馈电贴片天线，并对天线进行分析。

三、设计步骤及仿真结果

天线设计实例1：

偶极子天线

1）设计步骤

打开HFSS并保存一个新项目

打开File选项（alt+F）,单击Saveas。

输入项目名hfss_dipole。

一.Step1创建模型

1、创建振子1

（1）选择cylinder图标

（2）输入参数：

切换到参数设置区（在工作区的右下角），设置圆柱体的基坐标为（x=0mm,y=0mm,z=1.25mm）;按下Enter键后输入半径和长度：

dx=2.5mm,dy=0mm,dz=73.75mm。

（3）设置振子1的名称和材料

在对象列表中双击cylinder1，

弹出如下属性窗口。

设置名称：

将Name改为“pole1”。

设置材料：

单击Material的Value，在如下对话框中输入“pec”并确定。

2、创建振子2

（1）选择cylinder图标

（2）输入参数：

切换到参数设置区，设置圆柱体的基坐标为（x=0mm,y=0mm,z=-1.25mm）;按下Enter键后输入半径和长度：

dx=2.5mm,dy=0mm,dz=-73.75mm。

注意此时坐标的选取。

（3）设置名称和材料

设置名称为“pole2”，材料同为“pec”。

设置完毕，如下图所示。

3、创建空气腔（规定计算的区域）

（1）选择box图标

（2）输入参数：

切换到参数设置区，设置长方体的基坐标为（x=-115mm,y=-115mm,z=-185mm）;按下Enter键后输入三边的长度：

dx=230mm,dy=230mm,dz=370mm。

（3）设置名称和材料

双击对象列表中的“Box1”，设置名称为“air”，材料为“vacuum”，透明度Transparent为0.9。

同时按下ctrl和D键（ctrl+D），将视图调整一下。

二.Step2设定边界条件

1、将air设置成辐射边界条件；

在对象列表中选中air,单击鼠标右键，进入AssignBoundary选项，点击Raditation选项。

并此边界命名为air。

3.Step3设置激励

1、绘制激励所在的矩形

（1）在绘图区域中切换为yz平面。

（2）绘制矩形

选择rectangle图标

切换到参数设置区，设置长方形的基坐标为（x=0mm,y=-2.5mm,z=-1.25mm）;按下Enter键后输入长度：

x方向0mm,y方向5mm,z方向2.5mm。

3）更改名称

把矩形名称更改为“port1”。

2、添加激励

在对象列表中，右键单击“port1”，按下图所示添加激励“LumpedPort”。

四.Step4设定求解的参数

1、选择一种求解方式

（1）在HFSS菜单上，点击SolutionType选项。

（2）选择源激励方式，在SolutionType对话框中选中DrivenMode项。

2、添加求解设置

（1）在项目管理列表中，右键单击Analysis。

（2）选择AddSolutionSetup。

（3）设置求解频率为“0.9GHz”。

3、添加扫频设置

（1）在项目管理列表中，右键单击Analysis-Setup1。

（2）选择AddSweep。

（3）设置扫频类型为“Fast”，起止频率为“0.5GHz”-“1.5GHz”，取样点数101点。

4、添加远场设置

（1）在项目管理列表中，右键单击Radiation。

（2）选择InsertFarFieldSetup->InfiniteSphere。

（3）设置Phi：

0-360°，Theta：

-180-180°。

2）仿真结果及分析

五.Step5求解

1、在项目管理列表中，右键选择Analysis-Setup1。

2、选择Analyze选项。

可以看出已经收敛。

六.Step6后处理

1、S参数

定义S11<-10dB的频率范围为天线的频带范围

如该天线的带宽为0.85~0.95GHz

2、方向图

天线设计实例2：

UHFprobe振子天线

1）设计步骤

一.创建项目

1、加入一个新的HFSS设计

（1）在Project菜单，点击insertHFSSDesign选项。

2、选择一种求解方式

（1）在HFSS菜单上，点击SolutionType选项.

（2）选择源激励方式，在SolutionType对话框中选中DrivenTerminal项。

3、设置设计使用的长度单位

（1）在3DModeler菜单上，点击Units选项.

（2）选择长度单位，在SetModelUnits对话框中选中in项。

4、设置材料

（1）在3DModeler的材料选框中选择Select

（2）输入cooper并选中

二.构造模型

1、建立物理模型

（1）画圆柱体

在Draw菜单中，点击Cylinder选项

（2）输入圆柱体参数。

按下Tab键切换到参数设置区（在工作区的右下角），圆柱体坐标基点圆心坐标:

：

X=0,Y=0,Z=0;半径：

dX=0.31,dY=0,dZ=0高度：

dX=0,dY=0,dZ=5（3）设置圆柱体属性

单击Attribute页，在Attribute页我们可以为圆柱体设置名称、材料、颜色、透明度等参数。

这里，我们把这个圆柱体命名为ring_inner。

设置完毕后，同时按下ctrl和D键（ctrl+D），将视图调整一下。

（4）继续画圆柱体

在Draw菜单中，点击Cylinder选项

（5）输入圆柱体参数。

按下Tab键切换到参数设置区（在工作区的右下角），圆柱体坐标基点圆心坐标:

：

X=0,Y=0,Z=0;半径：

dX=0.37,dY=0,dZ=0高度：

dX=0,dY=0,dZ=5（6）设置圆柱体属性

单击Attribute页，在Attribute页我们可以为这个圆柱体命名为ring_1。

（7）在操作历史树中利用ctrl键先选中ring_1,再选中ring_inner；在3DModeler菜单上，点击Boolean选项,再选择Subtract项。

设置参数BlankParts:

ring_1ToolParts:

ring_inner

（8）创建ring2

选中ring_1，在Edit菜单中选中Copy，再选Paste。

在ring_2中改变半径为0.5

把ring_1的半径改为0.435

（9）画长方体。

在Draw菜单中，点击Box选项；

（10）输入参数。

按下Tab键切换到参数设置区（在工作区的右下角），设置长方体的基坐标（x=-0.1,y=-0.31,z=5）;按下Enter键后输入三边长度：

x方向0.2,y方向-4.69,z方向-0.065。

注意：

在设置时不要在绘图区中点击鼠标。

（11）设置长方体属性

单击Attribute页，在Attribute页我们可以为长方体设置名称、材料、颜色、透明度等参数。

这里，我们把这个长方体命名为Arm_1。

设置完毕后，同时按下ctrl和D键（ctrl+D），将视图调整一下。

（12）选择所有部件，在3DModeler菜单上，点击Boolean选项,再选择Unite项。

（13）继续画圆柱体

在Draw菜单中，点击Cylinder选项

（14）输入圆柱体参数。

按下Tab键切换到参数设置区（在工作区的右下角），圆柱体坐标基点圆心坐标:

：

X=0,Y=0,Z=0;半径：

dX=0.1,dY=0,dZ=0高度：

dX=0,dY=0,dZ=5.1（15）设置圆柱体属性

单击Attribute页，在Attribute页我们可以为这个圆柱体命名为center_pin。

（16）继续画长方体。

在Draw菜单中，点击Box选项；

（17）输入参数。

按下Tab键切换到参数设置区（在工作区的右下角），设置长方体的基坐标（x=-0.1,y=-0,z=5.1）;按下Enter键后输入三边长度：

x方向0.2,y方向5,z方向-0.065。

注意：

在设置时不要在绘图区中点击鼠标。

（18）设置长方体属性

单击Attribute页，在Attribute页我们把这个长方体命名为Arm_2。

（19）继续画圆柱体

在Draw菜单中，点击Cylinder选项

（20）输入圆柱体参数。

按下Tab键切换到参数设置区（在工作区的右下角），圆柱体坐标基点圆心坐标:

：

X=0,Y=1,Z=0;半径：

dX=0.0625,dY=0,dZ=0高度：

dX=0,dY=0,dZ=5.1

（21）设置圆柱体属性

单击Attribute页，在Attribute页我们可以为这个圆柱体命名为pin。

（22）选择Arm_2,center_pin,pin，在3DModeler菜单上，点击Boolean选项,再选择Unite项。

（23）画圆形。

在Draw菜单中，点击Circle选项

（24）输入圆形参数。

按下Tab键切换到参数设置区（在工作区的右下角），设置圆形的圆形基坐标为（x=0,y=8,z=0）;按下Enter键后输入三边长度：

x方向0.31,y方向0,z方向0。

注意：

在设置时不要在绘图区中点击鼠标。

（25）输入圆形属性。

单击Attribute页，在Attribute页我们把这个圆形命名为p1。

（26）更改材料为vacuum

（27）继续画长方体。

在Draw菜单中，点击Box选项；

（28）输入参数。

按下Tab键切换到参数设置区（在工作区的右下角），设置长方体的基坐（x=-5,y=-10,z=0）;按下Enter键后输入三边长度：

x方向10,y方向20,z方向12。

注意：

在设置时不要在绘图区中点击鼠标。

（29）设置长方体属性

单击Attribute页，在Attribute页我们把这个长方体命名为Air。

（30）将air设置成辐射边界条件；

在操作历史树中选中air,单击鼠标右键，进入AssignBoundary选项，点击Raditation选项。

此时HFSS系统提示你为此边界命名，我们把此边界命名为Rad1。

（31）在操作历史树中选中p1,单击鼠标右键，进入AssignExcitation选项，点击Waveport选项。

点击积分线（IntegrationLine）下的None选项并下拉，选择NewLine，会出现CreateLine消息框。

按下Tab键切换到参数设置区（在工作区的右下角