1、设计内容设计要求6.5:分组、任务分配、任务理解6.6:查阅参考资料,理论上熟悉所设计的器件的工作原理与特性,完成方案的设计6.96.12:熟悉仿真平台的使用,完成在平台上的建模,设置,结果提取与分析,以及验收。6.13:同组同学结果汇总及讨论6.16:设计说明书的撰写 在设计过程中,作为设计小组成员,每位同学要具有团队意识和合作精神,并最终独立完成自己的设计任务。主要参考资 料刘学观,微波技术与天线,西安电子科技大学电出版社,2012张钧,微带天线理论与工程,国防工业出版社,2008.李明洋,HFSS应用设计详解,人民邮电出版社,2010.学生提交归档文件设计说明书一份课程设计任务书注:课程
2、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的顺序进行指导教师签名: 日期: 2014/6/22 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
3、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: 设辐射元的长为L,宽为,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hInsert 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HFSSSolution 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 ModelerUnits。(2)
4、设置模型单位: (a)在设置单位窗口中选择:mm。4、创建微带天线模型 (1)创建地板GroundPlane。在菜单栏中点击DrawRectangle,创建矩形模型。在坐标输入栏中输入起始点的坐标:X:-45,Y:-45,Z:0按回车键。在坐标输入栏中输入长、宽:dX:90,dY:90,dZ: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EditSelectBy Name。在对话框中选择GroundPlane,点击OK确认。在菜单栏中点击HFSSBoundariesAssignP
5、erfect E。在理想边界设置窗口中,将理想边界命名为PerfE_Ground,点击OK确认。在3D模型窗口中将3D模型以合适的大小显示(可以用Ctrl+D来操作)。 (3)建立介质基片。Box或者在工具栏中点击按钮,创建长方体模型。在右下角的坐标输入栏中输入长方体的起始点位置坐标:X: -22.5,Y:-22.5,Z:0。按回车键结束输入。输入各坐标时,可用Tab键来切换。输入长方体X、Y、Z三个方向的尺寸:45,dY:45,dZ:5按回车键结束输入。在特性(Property)窗口中选择Attribute标签,将该名字修改为Substrate。点击Material选项后面的按钮,将材料设置
6、为Rogers R04003。点击Color后面的Edit按钮,将颜色设置为绿色,点击OK确认。(4) 在底板开槽。环形 外圆半径 r1=4mm h=2mm 内圆半径r2=2mm h=2mm 外圆半径r1=4mm h=2mm 内圆半径r2=1mm h=2mm 外圆半径r1=4mm h=4mm 内圆半径r2=1mm h=4mm(5)建立贴片Patch。在介质基片上创建贴片天线。-16,Y:-16,Z:5按回车键。32,dY:32,dZ:在特性(Property)窗口中选择Attribute标签,将该名字修改为Patch。点击Corlor后面的Edit按钮,将颜色设置为黄色,点击OK确认。(6)为
7、Patch设置理想金属边界。在对话框中选择Patch,点击OK确认。在理想边界设置窗口中,将理想边界命名为PerfE_Patch,点击OK确认。(7)创建探针Pin。Cylinder。在坐标输入栏中输入圆柱中心点的坐标:0,Y:-8,Z:0按回车。在坐标输入栏中输入圆柱半径:0, dY:0.5,dZ:0 按回车键。在坐标栏中输入圆柱的高度:0,dY:0,dZ:5;在特性(Porperty)窗口中选择Attributr标签,将该圆柱的名字修改为Pin。点击Material后面的按钮,将材料设置为pec。利用快捷键Ctrl+D将模型调整至合适大小。(8)创建端口面Port。在菜单键中点击DrawC
8、ircle。在坐标输入栏中输入圆心点的坐标:在坐标输入栏输入半径:1.5,dZ:在特性(Property)窗口中选择Attribute标签,将名字修改为Port。(9)用GroundPlane 将Port减去。在菜单栏中点击EidtBy Name,在弹出的窗口中利用Ctrl键选择GroundPlane和Port。在菜单栏中点击3D ModelerBoolean Subtract ,在Subtract窗口中做以下设置:Blank Parts:GroundPlane;Tool Parts:Port;选中Clone tool objects before subtract 复选框。点击OK按钮结束设
9、置。5、创建辐射边界 创建Air,在菜单栏中点击DrawBox,创建长方体模型。-80,Y:-80,Z:-35;输入长方体的尺寸:160,dY:160,dZ:70按回车键。在特性(Property)窗口中选择Attribute标签,将长方体的名字修改为Air。By Name 。在对话框中选择Air,点击OK确认。Radiation。在辐射边界窗口中,将辐射边界命名为Rad1,点击OK按钮。6、设置端口激励 By Name,选中Port,在菜单HFSSExcitationLumped Port。在LumpedPort窗口的General标签中,将该端口命名为p1,点击Next。在Modes 标签
10、中的Integration line zhong点击None,选择New Line,在坐标栏中输入:9.5,Z:0;-1,dZ:按回车键,点击Next按钮直至结束。 总透视结构图 7、求解设置 为该问题设置求解频率及扫频范围 (a)设置求解频率。Analysis SetupAdd Solution Setup。在求解设置窗口中做以下设置:Solution Frequency :2.45GHz;Maximun Number of Passes:15;Maximun Delta S per Pass :0.02。点击OK结束。(b)设置扫频。Add Sweep 。选择Setup1,点击OK确认。在
11、扫频窗口中做以下设置:Sweep Type:Fast;Frequency Setup Type:Linear Count;Start :2.0GHz;Stop:3.0GHz;Count:400;将Save Field复选框选中,点击OK确认。8、设置无限大球面 RadiationInsert Far Field SetupInfinite Sphere。在Infinite Sphere标签中做以下设置:Phi:Start:0 deg,Stop:180deg,Step:90 deg;Theta:360 deg,Step:10 deg。点击OK确认。9、确认设计 10.、保存工程 在菜单栏中点击F
12、ileSave As,在弹出的窗口中将工程命名为hfss_Patch,并选择保存路径。11、求解该工程 在菜单栏点击HFSSAnalyze。四、仿真图与分析 1.完整的结构透视图 2反射系数图原图改变环的大小后改变槽的高度后曲线在24GHz附近出现波谷,在2.37GHZ左右功率反射系数最大,达到-10.83dB说明在该频率匹配到最佳。3、方向图改变环的高度后、4、3D polar plot5. Data table五,小结 讨论了微带天线的设计原理,分析了不同形状对微带天线的性能影响。设计了在底板开槽的微带天线.利用HFSS软件建立天线模型,得出了天性特性的仿真曲线,与理论设计值吻合较好。说明了本设计的有效性。六.实验感想通过这次实验,我学会使用HFSS软件,了解天线最基本的模型,更加熟悉了微带天线理论基础。同时,在设计中也遇到了许多问题,这让我明白了熟能生巧这个道理,只有多加练习,才能更加熟练地掌握这门技术。七.主要参考文献 1)刘学观,郭惠萍.微波技术与天线.西安:西安电子科技大学出版社,2006 2)本课程的课程设计指导书 V2.0,2013
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