螺旋天线的仿真设计微波课设要点Word格式.docx

1、装订线专业班级 学号 姓名 成绩 一、设计题目 螺旋天线的仿真设计 二、设计目的 （1）熟悉Asof HFSS软件的使用。 （2）学会螺旋天线的仿真设计方法。 （）完成螺旋天线的仿真设计，并查看S参数以及场分布。 三、实验原理 螺旋天线（hlianena）是一种具有螺旋形状的天线。它由导电性能良好的金属螺旋线组成，通常用同轴线馈电,同轴线的心线和螺旋线的一端相连接,同轴线的外导体则和接地的金属网（或板）相连接，该版即为接地板。螺旋天线的辐射方向与螺旋线圆周长有关。当螺旋线的圆周长比一个波长小很多时,辐射最强的方向垂直于螺旋轴;当螺旋线圆周长为一个波长的数量级时，最强辐射出现在螺旋旋轴方向上。

2、四、设计要求 设计一个右手圆极化螺旋天线,要求工作频率为4,分析其远区场辐射特性以及S曲线。本设计参数为：螺旋天线的中心频率 f=H , 75mm； 装订线 螺旋导体的半径 d=015=11.25mm； 螺旋线导线的半径 a=.5mm; 螺距 =05=18,75m; 圈数 N=; 轴向长度 lN; 五、设计仿真步骤 在HSS建立的模型中，关键是画出螺旋线模型。画螺旋线,现说明螺旋线模型的创建。 1、建立新的工程 运行HFSS,点击菜单栏中的ProjectInert fs Dessg，建立一个新的工程。 2、设置求解类型 （1）在菜单栏中点击HFSoluton Tp。 （2）在弹出的ot e窗口

3、中 （a）选择Drivn Modal 。 （b）点击K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 odelrUits。 （）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、设置模型的默认材料 在工具栏中设置模型的下拉菜单中点击Selct，在设置材料窗口中选择cppr（铜）材料，点击OK按钮（确定）确认。 5、创建螺旋天线模型 （1）创建螺旋线ei。 在菜单中点击DaCcl,输入圆的中心坐标。X：125 :0 Z:0 ,按回车键结束。输入圆的半径dX:0.5 d:0 d:0 按回车键结束输入。在特性（Poperties）窗口中

4、将Axis改为Y。点击确认。在历史操作树中选中该circle。在菜单键点击DrawHeix，在右下角的输入栏中 输入： Y:0Z:-7.5，按回车键结束输入；在右下角的输入栏中输入d:0 dY:dZ；5;按回车键；在弹出的Heix窗口中，TunDirections：RihtHnd Pit:185（mm） us:3; adius cage err:0点击OK。在特性窗口中选择Atibute标签,将名字改为Helx。 （2）建立螺旋天线与同轴线相连的连接杆ing。 在菜单中点击DawCylider,创建圆柱模型。输入坐标为X:.25,Y：0 ；,按回车键结束输入。输入半径dX:05 dY:0dZ：

5、0,按回车键结束输入，输入圆柱长度X; dY: dZ：,按回车键结束输入。在特性窗口中选择Atrbut选项卡，将名字改为ring，点击确定。 （）创建球体phre1。 为了把elix和ring连接起来，创建一个球体phre1,点击DawSphere,输入球心坐标X:2:0 Z:0；按回车键结束输入。输入球体半径，dX:0. dY:0 dZ:0;在特性（Property）窗口中选择Attribute标签,将该圆柱的名字改为pere1。 （）将Hi、rig和pere结合起来。在菜单栏中点击EdtSelectBy Nam，在弹出的窗口中利用Ctr键选择ring，Hlx和Sphe。在菜单栏中点击3od

6、elerBooleUnite。点击OK结束。形成的模型如下图2所示。 图2、螺旋线模型6、建立同轴线馈线。 （）在菜单栏中点击DrawCyer,创建圆柱模型。在坐标栏中输入圆柱中心点的坐标:X: 1.25，Y：0,Z:3按回车键结束输入。在坐标栏中输入圆柱半径：dX:4,dY:0，dZ：按回车键结束输入。在坐标输入栏中输入圆柱的长度：d:0，Y：，Z：-7按回车键结束输入。在特性（Proer）窗口中选择Atibut标签，将该圆柱的名字改为rng。 （2）在菜单栏中点击DrawCylidr，创建圆柱模型。在坐标栏中输入圆柱中心点的坐标：:11.25,Y：，：-3按回车键结束输入。在坐标栏中输入圆

7、柱半径:dX：3.95,Y：,d:0按回车键结束输入。,d：0,dZ:在特性（roperty）窗口中选择Attrute标签,将该圆柱的名字改为ringi。 （）在菜单栏中点击ielectB Nme,在弹出的窗口中利用Ctl键选择rinut，ingin。在菜单栏中点击3DmoeerBolnSbtra,在Sbtrat窗口中作如下设置：Blank Prts：ringout，Tol Pats:ringin,lone toolobjcsoreubtract复选框不选。点击OK结束设置。（4）创建内导体ringeter。在菜单栏中点击DrawClder，创建圆柱模型。11.25,Y:d：0.5，dY:0,

8、:在坐标输入栏中输入圆柱的长度:X：0,d：0,：按回车键结束输入。在特性（Propty）窗口中选择triut标签,将该圆柱的名字改为ringene。 （5）在菜单栏中点击ditSelctBy ae，在弹出的窗口中利用Crl键选择Helix和ingnter。在菜单栏中点击3Dmodeleroleanie。点击结束。 7、建立接地板（1）在菜单栏中点击 DrawCircl，创建圆模型。在坐标输入栏中输入圆中心坐标:1125，Y:0，Z:3 按回车键结束输入。在坐输入栏中输入圆的半径：d:3.5,dy:0,:在特性（prpery）窗口中选择 tribute 标签,将圆柱的名字修改为 grunpae

9、2在菜单栏中点击Dawcle,创建圆模型。1. Y:_ 按回车键结束输入。在坐输入栏中输入圆的半径:X:1，d:0,dz: 按回车键结束输入。（3）在菜单栏中点击 editseectbynae，在弹出的窗口中利用 crl 键选择grundpanecircle,在菜单栏中点击3Ddleooleansbstrct,在 sustra 窗口中 作如 下 设 置 ： blankpts:grundplantopart:circlec ooobjcts beoresubac 复选框不选。点击K 结束设置。、创建辐射边界 （）设置默认材料。 在工具栏中设置模型的默认材料为真空（acuun）。 （2）创建Ar。

10、在菜单栏中点击DrawCylder,创建圆柱模型。11.2,Y：,Z:-1按回车键结束输入。0,dY：0,：1按回车键结束输入。在特性（Proert）窗口中选择Attribue标签,将该圆柱的名字改为Ar，按确定键结束。在D模型窗口中以合适大小显示（可用Ctl+D操作）。（3）设置辐射边界。在菜单栏中点击EditSlcBy Nme,在弹出的窗口中选择Ar，点击OK按钮。在菜单栏中点击HSSBunariesRain。在辐射边界窗口中,将辐射边界命名为Ra1,点击K结束。 、创建波端口 同轴线采用波端口激励，首先要创建波端口面，并将其设置为波端口。（1）创建端口圆面模型,在菜单栏中点击DCrcle

11、。在坐标栏中输入圆心点的坐标:,Z：-10按回车键结束输入。在坐标栏中输入圆半径：:3.95,d：0，d:在特性（Prpert）窗口中选择Atriute标签,将该圆柱的名字改为p1。（2）设置波端口。SeeBy Name,在弹出的窗口中选择1，在菜单栏中点击HFSxcainsAssigumed Pot。在mpedPort窗口中Genea标签中,将该端口命名为ave。在Modes标签中设置积分线,在ntegration Li中点击Noe,选择New Lin,在坐标栏中输入X:15.2,Y：-3.45，dY:0。点击Next直至结束。 1、辐射场角度设置 在菜单栏中点击HSRaditonIner

12、ar FieldSetupInfintepher，在辐射远场对话窗中做一下设置：me：ff2d；Phi:（Sart：0，Stop:18,SteSize：90）；het:（Stt:0，top:36,S Size:10）。点击OK按钮。 1、求解设置 （）设置求解频率。在菜单栏中点击HFSSAnayss Stupdd oluion eup。在求解设置窗口中做一下设置：luton Freenc:;Maximu Nmber f Pases:15;aximun Delt r ass：.02；（）设置扫频。在菜单栏中点击SSnayistpddSeep。选择Seup，点击K按钮。在扫频窗口中做一下设置:Se

13、p p:Fast；Frequncy Setup ype:LinerCout；Sat:3GH，Sto：5HZ；Cont：201。将Save Field复选框选中,点击OK按钮确认，这一步操作为了将扫频中每一频点的场都保存下来。 2、确认设计 由主菜单选FSS/Vidtio Chc对设计进行确认，如图3。 图3 确认设计如图3所示均打勾即可,点Clse结束。 1、保存工程 在菜单栏中点击FeSve ,在弹出的窗口中将工程命名为hfsluoxan,并选择保存路径。1、求解该工程 在菜单栏点击HFSSAnlze。可能会花几个小时，耐心等待。 5、后处理操作 （1）S参数（反射系数）。 绘制该问题的反射

14、系数曲线,该问题为单端口问题，因此反射系数是S11。点击菜单栏HFRestCrea prt。在创建报告窗口中做以下选择：Reot Type:odal S Pramts；Diply ype：ecnge点击K按钮。在rac窗口中做以下设置：Sluion：et：weep；omai：Sp点击Y标签，选择:Categor：Sarmete;Quani:S（1，1）；uncn:d,然后点击A Tace按钮。点击Done按钮完成操作,绘制出反射系数曲线。 （2）2D辐射远场方向图。 在菜单栏点击HSFFResultCreatRepot。Repr Te:Fr Flds；Diplay Type:Radaon at

15、ern。点击K按钮。在Tr窗口中做以下设置:Solution：Stp1：LasAdptve;eometr：ff-2d。在Swee标签中,在e这一项点击第一个变量Ph,在下拉菜单中选择e。点击M标签，选择：Category：an；Quanty:Gai Ttal；unction： ，然后点击AddTrce按钮。点击Dne按钮完成操作，绘制出方向图。15、保存并推出HFSS 六、仿真结果 .反射系数S11曲线11越小，反射波越小，也就是天线辐射出去的能量越多。.2D辐射远场方向图主瓣宽度尽可能窄,以抑制干扰。旁瓣电频尽可能低，如果干扰方向恰与旁瓣最大方向相同,则接收噪声功率就会较高，也就是干扰较大。

16、3.3增益方向图.E面方向图5.H面方向图6.轴比图七.设计分析: 经过四分之一周期后，轴向辐射场由y方向变相为x方向，即矢量场旋转了90，但振幅不变。一次类推，经过一个周期的时间，电场矢量将连续地旋转360,从而形成了圆极化波。当d0.250.时,螺旋天线一周的周长接近一个波长,此时天线上的电流呈行波分布，则天线的辐射场呈圆极化波，其最大辐射方向沿轴线方向。由于在轴向辐射螺旋天线上电流接近纯行波分布，所以在一定的带宽内，其阻抗变化也不大，且基本接近纯电阻。另外,它仅在末端有很小的反射。由于反射回接地平面的场非常弱，因此接地平面的影响可以忽略,且对接地平面尺寸的要求也不严格,只要大于半波长即可，形状一般是金属圆盘。八、设计总结 这次微波技术与天线的螺旋天线的仿真设计中遇到了许多的问题，首先是没有具体的设计参数和步骤,其次是涉及许多的专业知识和实践经验等许多问题。但是通过老师及同学的热心帮助,和自己的不断努力和尝试，最后终于完成了实验，通过这次的课程设计,让我对这门课程的知识有了更深的认识，对我以后的学习有了很大的帮助。让我明白以后分析问题要更加全面，以及和实际情况的联系。 九.参考文献 刘学观，微波技术与天线,西安电子科技大学电出版社，2008。 顾继慧，微波技术,科学出版社,07。 李明洋,HFSS应用设计详解，人民邮电出版社，2010。