平面缝隙天线.docx
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平面缝隙天线
实验报告
（2012/2013学年第一学期）
课程名称
课程设计
实验名称
平面缝隙天线
实验时间
2012/2013学年第一学期
指导单位
电子科学与工程
指导教师
黄晓东
学生姓名
季明新
班级学号
B09020423
学院（系）
电子科学与工程学院
专业
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
长度
Sub_l
80
宽度
Sub_w
50
馈线
馈点
Point
0
长度
Length
50
宽度
Strip_w
3
缝隙
长度
Cut_l
36
宽度
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
（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Cut,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（-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>Select>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
（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>Boundaries>Assign>PerfectE。
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。
（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，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
（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
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