1、實驗七微帶貼片天線的設計與仿真一、實驗目的設計一個微帶貼片天線2.查看并分析該微帶貼片天線的二實驗設備裝有HFSS 13.0軟件的筆記本電腦一臺三、實驗原理傳輸線模分析法求微帶貼片天線的輻射原理如下圖所示：f niutruiLn設輻射元的長為L，寬為s介質基片的厚度為h?，F將輻射元、介質基片和接地板視 為一段長為L的微帶傳輸線，在傳輸線的兩端斷開形成開路，根據微帶傳輸線的理論，由 于基片厚度hOptionsHFSS Options 中講 D叩 licate Boundaries with geometry 復選框選中。將求解類型設置為激勵求解類型：（1）在菜單欄中點擊HFSSSolution

2、Type。在彈出的Solution Type窗口中選擇 Driven Modal。點擊OK按鈕。設置模型單位在菜單欄中點擊3D ModelerUnits。在設置單位窗口中選擇：mm。創建微帶天線模型創建 Ground Plane。創建矩形模型，起始點的坐標：X： -45, Y： -45, Z： 0.0；長、寬：dX： 90，dY： 90， dZ： 0.0為Ground Plane設置理想金屬邊界，將理想邊界命名為PerfE_Ground。建立介質基片。創建長方體模型Substrate，長方體的起始點位置坐標：X： -22.5，Y： -22.5，Z： 0.0； 長方體X、Y、Z三個方向的尺寸：d

3、X： 45, dY： 45, dZ： 5；將材料設置為RogersR04003， 將顏色設置為綠色。建立Patcho在介質基片上創建貼片天線。創建矩形Patch，起始點的坐標：X： -16, Y： -16, Z： 5； 長、寬：dX： 32, dY： 32, dZ： 0.0,將顏色設置為黃色。為Patch設置理想金屬邊界，將理想邊界命名為PerfE_Patcho創建切角Cut。創建供貼片天線相減的切角時，首先在坐標原點處創建三角形，然后將其移動到方形貼 片的頂點處。在坐標輸入欄中輸入點的坐標：X： 0，Y： 0，Z： 5在坐標輸入欄中輸入點的坐標：X： 5，Y： 0，Z： 5在坐標輸入欄中輸入

4、點的坐標：X： 0，Y： 5，Z： 5在坐標輸入欄中輸入點的坐標：X： 0，Y： 0，Z： 5在對話窗口中選擇Cut，在菜單欄中點擊EditArrangeMove。在坐標輸入欄中輸入點的坐標：X： 0，Y： 0，Z： 0按在坐標輸入欄中輸入坐標：dX： -16，dY： -16，dZ： 0兩個切角呈中心對稱，可以通過旋轉復制創建另一個切角。在菜單欄中點擊 EditDuplicateAround Axis。將軸設置為 Z 軸，旋轉角度為 180deg， Total 為 2用Patch將切角減去，在Subtract窗口中做以下設置：Blank Parts:PatchTool Parts:Cut， C

5、ut-1創建探針Pin，并將材料設置為peco圓柱中心點的坐標：X： 0.0，Y： 8.0，Z： 0.0；圓柱半徑：dX： 0.0，dY： 0.5, dZ： 0； 圓柱的高度：dX： 0.0，dY： 0.0，dZ： 5.0創建端口面Porto圓心點的坐標：X： 0.0，Y： 8.0，Z： 0.0；半徑：dX： 0.0，dY： 1.5，dZ： 0.0(10 )用 Ground Plane 將 port 減去。利用Ctrl鍵選擇Ground Plane和Port；在Subtract窗口中做以下設置：Blank Parts:Ground PlaneTool Parts:Port(11)創建 Airo

6、創建長方體模型，長方體的起始點位置坐標：X： -80, Y： -80, Z： -35；長方體X、Y、Z三個方向的尺寸：dX： 160, dY： 160, dZ： 70；在輻射邊界窗口中，將輻射邊界命名為 Radio保存工程在菜單欄中點擊FileSave As,在彈出的窗口中將該工程的命名為shiyan7,并選擇路徑 保存。設置端口激勵將該端口命名為pi,在 Modes標簽中的Integration Line中點擊None,選擇New Line, 在坐標欄中輸入：X： 0.0, Y： 9.5, Z： 0.0;dX： 0.0, dY： -1.0, dZ： 0.0設置優化變量添加工程變量。在菜單欄中

7、點擊 ProjectProject Variables在 Project Variables 標簽中選擇 Value。點擊Add添加工程變量$planeSize,其值設為90mm。繼續添加如下的工程變量：$patchSize:32mm$subSize:45mm$subHeight:5mm$cutSize:5mm$feedLocation:8mm設置優化變量。在操作歷史樹中展開Ground Plane,雙擊Create Rectangle，將如下參數改變Position:-$planeSize/2, -$planeSize/2, 0mmXSize:$planeSizeYSize:$planeSi

8、ze展開Patch,雙擊Create Rectangle，將原尺寸改為：Position:-$patchSize/2, -$patchSize/2, $subHeightXSize:$patchSizeYSize:$patchSize展開Port,雙擊Create Circle，在彈出的對話窗口中將圓心改為：Center Position： 0mm, $feedLocation, 0mm展開Substrate,雙擊Create Box，在對話窗口中將原尺寸改為：Position:-$subSize/2, -$subSize/2, 0mm XSize:$subSize YSize:$subSiz

9、eZSize:$subHeight展開Pin,雙擊Create Cylinder,在彈出的對話窗口中將原尺寸改為：Center Position： 0mm, $feedLocation, 0mmHeight： $subHeight展開Patch,進而展開Subtract中的Cut,雙擊第一個Create Line,對對話框做以下修 改：Point1： 0mm, 0mm, $subHeightPoint2:$cutSize, 0mm, $subHeight雙擊第二個Create Line,在彈出的對話框中做以下修改：Pointl： $cutSize, 0mm, $subHeightPoint2:

10、0mm, $cutSize, $subHeight雙擊Move,在彈出的對話框中做以下修改：Movevector:-$patchSize/2, -$patchSize/2, 0mm求解設置設置求解頻率。在求解設置窗口中做以下設置：Solution Frequency:2.45GHzMaximum Number of Passes:15Maximum Delta Sper Pass:0.02設置掃頻。在掃頻設置窗口中做以下設置：Sweep Type:FastFrequency Setup Type:Linear CountStart:2.0GHzStop:3.0GHzCount:101將Save

11、 Field復選框選中設置無限大球面在Infinite Sphere標簽中做以下設置：Phi:Start:0deg， Stop:0deg， Step:10degTheta:Start:0deg， Stop:0deg， Step:10deg求解該工程點擊 HFSSAnalyze All天線尺寸優化(1)優化軸比。選中待優化變量$cutSize和$patchSize。將優化變量的范圍分別設置為5mm, 6mm 和 29mm, 32mm添加輸出變量cost，點擊Report Type下拉菜單，選擇Far Fields,在Solution中選擇 Setup1:Last Adaptive,然后做如下設置

12、：Category： Axial RatioQuantity： Axial Ratio ValueFunction： log點擊Insert Quantity Into Expression,并在表達式前冠以“ 10*”，最后的表達式為 10*log(Axial Ratio Value】在Goals標簽中點擊Add按鈕，添加優化目標。在Calculation中點擊下拉菜單，選 擇 cost，在 Condition 中選擇=，設置 Goal 為0, 0。在菜單欄中點擊 HFSSAnalyze，進行優化設計，最后得到圓極化天線的尺寸$patchSize=30.1540923411285mm, $c

13、utSize=5.2566939545119mm。六、實驗結果仿真圖如下:xr Pisi2駐波比信息曲線如下：.IIIII1!iIII!IIIJ? beF-JtJ-41? WJAI1MfeAHH由上圖可知，回波損耗在1.82dB左右，工作頻帶在2.40GHz-2.60 GHz 3D增益方向圖：cn(ILiainiot3i)7. W91E用咽 5. 9651 = +300 3. 901_1*300 1.2371E+QQ0 -8. 2a92E-Q01 -2.日9日能榆麗 -4.95M-9e*i3QI3 -7. 0109i=+300 -9. 0329= *300 -1, Ll4-7i=+G1 -i.

14、921iCt3Qi -1.52755+001 -1. 7?9e+Q01 -1/9403(5+01 -g. 1467e+001 -?.353le+4301 -2, SB*皿I由上圖可知該貼片天線輻射的最大方向為平面法向方向即正Z方向，增益達到7.5dB， 而且可以得到該方向的寬方向圖。七、問題思考及小結當頻率低于工作頻點時，優化天線的措施有：改變探針位置、探針半徑、貼片尺寸等， 均可以使其工作在頻點。對于矩形貼片可知：當探針在坐標軸上時，天線性能不是很理想； 當在對角線上時，天線的性能較理想，工作頻帶較在坐標軸的位置要窄，而且探針在對角線 上靠近中心的位置上，天線的性能更好。當改變探針半徑時，半徑減小，工作頻率變大。通 過調整可以使貼片工作在頻點。通過本次實驗，我進一步