哈爾濱工業大學畢業設計（論文）第2章微帶天線的基本理論與方法2.1微帶天線的基本理論微帶天線是由貼片貼在地板上，附加形成的一種天線模式，而且他通過同軸反饋和背帶線，反饋兩種模式形成不同的激勵電磁場而且在地板與導體之間相應的縫隙中能夠產生一定的輻射。更多的電磁波體現在該縫隙之間。介質的幾片一個表面上貼著一塊輻射的貼片是最基礎的設計模型。如下圖2-1所示。圖2-1微帶天線模型以上是關于微帶天線的定義，那么微帶天線的原理如下：2.2微帶天線的輻射原理圖2-2最簡單的矩形貼片模型圖2-3矩形貼片的線元圖和輻射測試圖微帶天線本身通過縫隙形成的輻射狀態，而且對其輻射產生的效益我們通常將其定義為導體邊緣與導體邊緣與外邊緣產生的輻射范圍。而且該種范圍可通過圖2-2所示來說明。一些簡單的矩形貼片上利用相應的模型計算半波場而貼片長度約等于半波長。寬度用W來表示。而厚度則是為h用來表示介質基片輻射過程產生的輻射單元在介質基片和家地板之間進行不斷的生成電磁波。背帶傳輸線模型在電阻為λg/2的長度下英雄傳說而且在傳輸的兩個通過整體的線路呈現的看路狀態為斷路。因為λg/2還沒有任何情況下整體的設計方案是沿著三維立體方向的y方向和正方向進行不斷延展。在整體的主動模式控制下電源主要是為了傳輸時供應電在整體的電場結構方向上根據傳輸導線電廠能夠從圖中看出波長的貼片方向存在著電場的分布。從2-3看出并為之改變。且對于輻射效應產生的根本問題是根據電磁引發的貼片周圍電路斷路現象。而在斷路端口方向上對于電場能夠分解Y方向和Z方向兩個。貼片長度為λg/2時可以進行更好的傳輸。因為兩個方向上在整體的軸分量上呈現相反的方向。在電池的產生過程中就可以與產生原廠的正面效應產生互相抵消的效果。于是最終的結果都呈現在y軸分量上。實驗結果也體現了合場強增加在整體的輻射效應上垂直方向上的z軸表現得更為明顯。且結果也能得出相應的結論就是電場分布的平面可以無限大擴展，在整體的電路兩端根據電磁量的分配形成的分量距離為為λg/2，地板上以空間輻射模型輻射出來的空隙在兩個縫隙上產生的不同寬度基于厚度尺寸大小為h，x軸的尺寸為W，如上圖2-3所展示，戒指層面上的電場方向主要呈現的是x軸與y軸方向上的不斷延續。而且在兩個方向上隨著方向的改變形成的輻射效果與微帶天線產生的效果等同。2.3微帶天線的饋電方式無線電磁波的傳播初入口是微帶天線具有的特點而且通過反饋的模式在與發射機末端形成回路。整體的接收與發射之間通過鏈接的形式實現回路的反轉，而且對于端口的鏈接最線是整個接收的渠道，在發射機信息方面連接著整個電路的重要通道。農場的虧電方式可以按照相應的形式劃分，主要分為微帶線饋電方式，電磁耦合配電方式和同軸線饋電方式，對其三種中的定義猶如以下幾點：1.微帶線饋電側方饋電也成為微帶線饋電通過線傳輸的方式來實現反饋而且該方式具有的優點就是制作簡便能通過更加簡便的方法把貼片單元進行雕刻更好地與底線結合。它的缺點就是所作用的面積很大，在組抗配置電路上不能因為體積優勢獲得人們的青睞。在微帶天線與天線同處平面上微帶天線所產生的反饋環節對自身的輻射效應會在一些方向的效果上產生一定的干擾。而且整體的測試環節也比較困難。同軸線的過濾方式采驗的是本身激勵方法，但是增加激勵就會導致天線的體積過大。2.同軸線饋電背饋電也叫做同軸線饋電，在整體的實際應用中相對于其他配電方式應用的范圍很廣。而且本次文章也采用該種方式進行研究。這種饋電的方式在微帶貼片上有很多的優點，一般是通過虧電點的位置來隨意擺放，并且能夠更好地調節來達到更好的匹配效果。且對于接地基板下面同酬線的安放問題一般是處于兩個基地板的側面。這樣的話就可以讓天線的碎片單元減少惡化。在虧電的位置上對于所需要的操作進行進一步的分析一般通過添加電阻的方式形成微貸的線反饋。而且在整體操作過程中就可以減少微帶天線的體積。通州縣的饋電方式，因為一些基層效果不理想，產生的設計結構不能達到預期效果。整體的焊接上也比較困難。更多方式上因為焊接不均勻產生的輻射效果不理想，從而降低整體的效應。3.電磁耦合饋電這種饋電方式在設計結構上不需要進行接觸，而是通過一些電磁耦合的方式形成虧電在微帶天線的貼片安裝上位于同一個表面層次它具有的特點就是電磁耦合饋電貼近方式的饋電可以形成自身的饋電電線。而且也能通過圓形來形成相應的耦合效應。在天線之間的電磁波性質設計方面可以更好地進行層與層之間的連接問題。很大程度上因為交大的寬帶產生更多的駐波比。而且在配電電線上增加諧音的技術來優化阻抗。2.4微帶天線的分析方法微帶天線的工作，最基本的問題就是解決了空間上的電磁場。了解在立體空間上所產生的方向效應而且通過增議的方式對輸入組抗的相關特性指標進行一定規劃并符合設計要求。微帶天線的理論分析大致可以將其分為三大類。而且最容易的模型理論是在傳輸線的封面上進行研討的大多數是通過舉行的微帶天線用更多的微帶貼片。在要求上有更高的空腹模型理論通過更加有效的方法，讓任何形狀的貼片都能夠適應于這種局限性，而且波長遠遠大于h的情況下。計算復雜的全國理論在最嚴格的情況下計算數值分析。在微帶天線的結構基礎上通過傳輸問題更好的解析。很多微帶天線都是可以通過全波理論進行試驗，而且根據模型精度和激勵的限制，在整體的設置上也會受到諸多的阻礙。從數學角度來看，微在天線對于整體的結構體現的是一維方向上的傳輸饋電方向，而且到二維時整體的設計又大了，難度甚至對于三維的變化計算量也會隨著設計難度的增加而加大。2.5微帶天線的極化電磁波極化的方向也是電場中矢量的方向通過空間上的一點將其進行電磁波的極化。順著方向形成的傳播方向，在整個空間過程中形成一定的軌跡，該方向是隨著時間變化而逐漸形成的形成的北京一般有圓形橢形和直線行，并且將它們分別要做直線型極化原型極化和橢圓形極化。

微波天線的極化是可以通過電磁波的極化來進行一定的確定根據最大方向產生的增益狀況來確定發射電磁波的極化程度，而且通過微博天線的終端接收電磁波的強度在最大范圍內能夠影響到電磁波的極化。微波天線通過極化的方向將其分為很多種，一般在線性極化和圓極化天線中運用的最多。而且在傳播過程中本身的極化方向不會受到旋轉電波的變化，而變化，電場中的大小也不會隨之而改變，這種變化的圓極化稱為圓極化波。通過終端方向獲得的最大功率來得到電磁波的最大范圍，而且通過方向入射得到電磁波的極化角度。根據不同電線，所產生的極化劃分將其分為限行幾化和圓形極化而且現如今船舶的旋轉電波往往根據旋轉方向被列為橢圓形極化。在微博添加的終端通過最大功率的傳輸過程上整體的傳輸能夠按照順時針或逆時針的方向進行不斷傳導。微波天線在接收信號的過程中根據計劃特性在相應的接受方面上利用垂直波作為接收條件通過十旋極化特性，接收到不同的計劃，本而且現現接收計劃特性，在整體的極化方向上，因為不就會產生不同的極化損失，根據不同方向上的正交和船舶極化方向上帶來的能量，可以讓更多天線在任何能量過程中都無法接收到波的來源，也會與接收天線極化產生距離。2.6微帶天線的電路參數在天線從桉樹的角度上來看，主要是將微帶天線看做成一個可并聯的結構通過某種電器可性來反映某種電路元件在傳輸時所表現出來的特征，而且具體的參數為長度是L，寬為W，特性阻抗是z：1.輸入阻抗饋電點隨著微帶天線的方向上進行不斷的設置而且在整體的設置，在整體的方向上規定虧電點的電壓和電流呈現的是正相關的關系，在整體的微帶天線設計方面通過虧電系統而形成的天線與微帶天線之間的波導形成的電路模型相連接。一般情況下，在整個設計的過程中，對于最大說功率和最大輸入功率應當按照技術指標去設計。前者最大傳輸功率的傳輸一般是無反射的匹配方式。而后者最大輸入功率則是通過共輒的匹配方式達到。在兩種功率設計的同時先要做的是確認阻抗。而在匹配方式上也要合理地選取該電路所適合的工作環境。2.輻射阻抗等離磁場的情況下，在很多方向上的參數通過平均波印延計算電磁輻射的總功率pr，即（2-1）其中I0是電流的時間峰值。該公式主要為了反映天線在整體的結構過程中輻射能力是通過輻射元器件實現的，而且阻抗的存在，在一定程度上影響了輻射效率。3.天線效率能量轉換的器件在是設計上主要體現的就是天線而且他能實現自由空間的不斷轉換在電路方向上通過電磁波的能量轉化為傳播過程中所需要的能量在整體的效率問題，通過能量轉化而提高了整體的工作狀態。微帶天線的效率計算公式如下：其中，Pr輻射功率；Pc損耗功率，這里一般指的是貼片；Pd損耗功率，通常指介質板；Psur波損耗功率，一般指的是表面上的損耗。2.7微帶天線的輻射性參數終端開路這樣的微帶線路作為整體的輻射器在輻射參數要求上也要滿足相應的設計需求。主要要求的參數有以下幾種：1.方向圖從理論上來看微波，天線是一個成具有方向性的貼近，而且不同方向上帶來的輻射功率也不同，根據密度的狀態在整體接收和傳入方面產生電磁波的響應也不同。2.頻帶寬度據系統的建議對于中心處的頻率方向上美術更加滿足，要求的模型在人們設計過程中頻率應該遠離中心處設置。而且電性能的效果就會因為距離的問題有所降低。現如今在電線能下降到們所需要的數值，被稱為寬度（這里一般用3dB）。3.3dB的波束寬度、第一個零點的波束寬度3dB的波數寬度在最大程度上形成了方向上的功率效應而且在平面之內也可以形成一定的圖像，在整體的輻射效果強度撞到所需要的范圍之間時，所形成的方向夾角寬度。這里我們的最大值一般設置為一和二。平面之類的寬度可以通過計算公式來進行一一化解。并且對θ求解得到。這里的Rm（θ）和R（θ）都是歸一化值。（2-2）4.E面、E面的方向圖、H面和H面的方向圖首要知道的就是E面和H面這兩個概念在兩個方向上形成的方向圖都是極化天線無關而與線級化有關。在電磁場方向的參數問題通過最大的輻射量形成的表面一般被叫做E面的方向圖。而且該坐標系中相應的曲線圖設置的角度為φ=90或者180′時的(Rθ)曲線圖。其中這兩個角度形成的最大輻射方向我呈現的表面被叫做H面。H面上的在特定的坐標系中當φ=90或者270°時的R（θ）曲線圖。5.波瓣圖相乘原理不是單元不能滿足具體的指標在整體的輻射狀況下，根據輻射的要求考慮更多現如今形成陣列的問題在單元要求狀態下能夠按照波瓣圖通腸道原理將其進行設置定義而且具體滿足的是在陣列相同的位置產生幅度相同而給予不同的數值乘積。2.8HFSS簡介課程設計的微帶天線使用的v帶結構是同軸線饋電方式而且在整體的軟件仿真上通過HFSS工程你行模擬驅動在整體的輻射長區域上進行數據計算，而且通過輻射邊界表面和pml邊界表面相應參數設置可以更加保證整體的設計能夠在穩定的參數范圍下計算更加準確。輻射源在整體的設置上，要距離輻射邊界更遠一般采取的是四分之一個波長。對于輻射饋電產生的信號在輸入和輸出端口上設置模型內部的同軸饋線信號以更好地為整體形成激勵方式。這種激勵方式被稱為集總端口激勵。運行HFSS并新建工程：啟動HFSS軟件。HFSS運行后，會自動新建一個工程文件，選擇主菜單【File】→【SaveAs】命令并保存為MSAntenna.hfss；，同時建立子名稱HFSSDesign1，在單的選擇命令窗口上【Rename】，重新命名Patch。日志求解類型并且根據驅動模型將當前的主菜單欄進行一定的選擇。【HFSS】→【SolutionType】，打開如圖1.2所示的SolutionType對話框，選中DrivenModal單選按鈕，然后單擊OK按鈕，退出對話框，完成設置。設置創建模型的默認長度根據長度設置相應的單位為毫米。在整體的命令窗口上建立相應的菜單欄。【Modeler】→【Units】命令，打開“模型長度單位設置”對話框。在該對話框中，Selectunits項選擇毫米單位（mm），退出模型建立過程中擇【Tools】→【Options】→【ModelerOptions】命令，打開3DModelerOptions對話框，單擊對話框Drawing選項卡，選中Drawing選項卡界面的Editpropertiesofnewprimitive復選框，然后單擊“確定”按鈕，退出對話框，完成設置。2.9本章小結本章主要對微帶天線的基本知識作了概述。首先介紹了微帶天線模型，從中了解了微帶天線的原理，通過矩形貼片模型、矩形貼片的線元圖和輻射測試圖對微帶天線的輻射原理進一步分析，通過三種饋電方式的優缺點來選擇最佳的饋電方式。結合著電路參數、輻射性參數設計更好的分析方法，最后對操作軟件HFSS進行簡要闡述。

第3章WLAN微帶天線的模型設計及仿真通過查找相應關于微帶天線的資料對國外的一些研究學者資料進行借鑒學習關于微帶天線的基本原理和操作軟件的使用方法在整體的操作過程中建立物理模型通過數據參數來設計微帶天線，將其設計出的結果通過軟件HFSS仿真的形式呈現。3.1物理模型實驗過程中做出基本假設對于傳輸線的方式一般可以將其分為兩種假設情況。第一種則是在傳輸帶由微電片和接地板組成的用來傳輸TEM波，而且傳輸的方向由饋電點決定波的方向。線段長度為≈g2，準TEM波的波長為ig°傳輸方向是駐波分布并且垂直方向為常數o(2)輻射縫是由豎線的兩個開口端組成。而且開口端的長度為w寬度為h通過相應的徑場設置開口端場強在v帶片兩端所延伸的面可以通過相應的口徑看到縫平面。3.2輻射原理波長的長度遠遠大于微帶天線中的尺寸而且在整個設計過程中采用的是共形設計，整個微帶天線的剖面比較低，在空氣帶動性方面可以保證優良的特性。微帶天線元可以看作是由傳輸線連接的兩個不設縫而且將其輻射縫的寬度用W1和W2分別定義。這兩種傳輸線為低特性阻抗服務。半個微帶波長的長度為L，即g/2。縫隙是由兩個地阻抗傳輸過程中形成的傳輸線路，而且在電場被分解的狀況下兩個狀態分別為En垂直于接地板和E1平行與接地板。因為L=G2，可以在垂直方向上獲得最大的輻射源也可以在水平方向上獲得更大的輻射量。這樣就使得垂直方向上和水平方向上可以相互抵消最終為零。縫平面面平行于接地面在水平電場的激勵過程中產生的裂縫為Ey并均勻分布。通過磁流等效效應得知的是電磁場Ey與x方向相同。磁流密度在單位矢量中是沿著這方向進行延展的。考慮到平面反射所帶來的磁場輻射原理根據其影響將其裂紋寬度h<s.且沿y向的y同樣是常數，所以裂縫輻射與磁流強度Im等效。3.3微帶天線的結構本次文章選用的微帶天線結構為矩形而且根據其結構特征和一些等效電路傳輸模式等等將其設計的電路圖其中社體的尺寸分別用參數LxW表示。Lx表示距離，一般指饋電點到近邊的長度；h為厚度（介質基片）；tan做為角度的正切值，表示為基板損耗角；特征阻抗豫劇傳輸線的特性表示為Zc；Is作為終端導納。1.特征阻抗Zc及等效介電常數zreAtwater歸納的公式如下:設，則:（3-1）（3-2）

在Wr=0.01-10，2=2-13時誤差<1%。本公式中應用的Wr在實際使用的過程中超出一定的范圍，而且通過實驗以來驗證此公式在整體的計算過程中產生的誤差很小，能夠給數據帶來更準確的驗證。實驗中的直流相對介電常數是給出的口死。

2.在開路微帶天線的等效長度公式上應用了對邊緣福特槽的等效應是通過其來計算邊緣輻射槽的等效延伸長度；在導納的計算過程中將邊緣輻射槽的等效來計算延伸長度。（3-3）（3-4）（3-5）（3-6）

（3-7）3.終端導納：邊緣福特槽特性通過終端導納進行一定的描述，并且可以用公式表示成為，公式中的邊緣長產生的等效容性電納用公式的為表示；為單一輻射槽輻射能里的等效電導。

對于可應用公式:（3-8）上式中（3-9）微帶天線尺寸的關系公式：（3-10）（3-11）

上式w和h為圖中己知的微帶天線尺寸參數，△為邊緣輻射槽的等效延伸長度，為材料的介電常數。3.4微帶天線的仿真微博天線在整體的設計上，具有很大的難度，而且涉及的參數越來越復雜，通過更高的電路指標設計出更多的電路尺寸，讓電路所存在的功能符合任務，要求在整體的設計周期上也要滿足任務也就是越短越好。

麥克斯韋方程組是用來為帶天線的計算理論而且通過電磁場理論進行相應參數的計算在最基礎的數值算法過程中通過一些時間數值和關鍵領域上的有限差分法，其中數值算法包括有有限元法，矩量法，差分法，邊界元法和傳輸線祛。3.5本章小結本章主要介紹了WLAN微帶天線的模型設計及仿真，選用最傳統物理模型作出假設，從輻射原理了解到微帶天線中的尺寸遠遠小于波長，剖面低才有利于共形設計，才保證優良的空氣動力特性。通過微帶天線的結構，根據相應的參數推導出特征阻抗Zc、邊緣輻射槽的等效延伸長度、終端導納、微帶天線尺寸相應的公式。最后對電路的尺寸越來越小電路指標要求越來越高，電路的功能越來越多，而設計周期越來越短進行了分析。第4章WLAN微帶天線的模型的設計檢查與運行仿真分析4.1H仿真軟件建模HFSS設置求解類型(DrivenModel)將其單位的設置一般為毫米，在操作軟件中按住Tool選項，HFSSOption菜單中選擇Duplicate，這種設置方法通常表示再復制一個圖形的同時將其周圍的邊界環境也可以一起復制，有著連帶的關系。（1）介質板的建立：180*160的尺寸，介電常數4.4，tan值為0.22。板材選擇為FR4（2）沒帶天線的模型圖包括建立子系統板，振子選擇有源和無源兩種。引向器為無源模式。還有通孔、微帶、空氣盒子等模型。完整的模型如圖4-1所示：圖4-1WLAN微帶天線的模型圖4.2仿真軟件設計檢查仿真軟件HFSS的主菜單欄中點擊【ValidationCheck】命令，此時會彈出一個頁面，并且對所涉及的參數進行檢查。任務1為4-2所示，任務2、任務3以此類推。此時，檢查結果的對話框會彈出并如圖4-3所示。根據顯示出的結果，我們知道該仿真軟件HFSS在設計參數方面上數據正確，而且顯示的結果完整。圖4-2創建任務圖4-3檢查結果顯示4.3查看天線諧振點天線信號端口的回波損耗的掃頻分析，結果可以通過天線諧振點進行查看。我們通常將這種回波損耗用S11表示。（1）點擊工程樹下的Results節點并右擊，此時彈出一個對話框。并且在相應的菜單欄中選擇【CreateModalSolutionDataReport】→【RectangularPlot】命令。此時對話框彈出的是報告設置窗口由圖4-4表示。（2）在該對話框中，確定左側Solution項選擇的是Setup1:Sweep1，Domain項選擇的是Sweep，右側X項選擇的是Freq；在右側的Category欄選中SParameter，Quantity欄選中S(P1，P1)，Function欄選中dB；然后單擊“NewReport”按鈕，吃完香油的參考后點擊關閉對話框”close”。圖4-4“報告設置”對話框（3）據上述結果，可以看出生成的圖形，如絲杠三所示而且回波損耗s11在整體的掃描曲線中呈現的赫茲范圍為1.5～3.5GHz。（4）如圖4-5中的回波損耗S11掃描曲線在整體的呈現過程中單擊工具欄標記最小值將其記錄為m1，并且根據圖中顯示的數據可以知道最小值當時的頻率2.45GHZ此時的回波損耗最小而且最小值約?16.693dB。圖4-5S11掃頻曲線4.4變量Length、Width掃描分析圖4-6不同Length對應的S11曲線圖從圖4-6的曲線中可以看出回波損耗的趨勢。當微波天線的寬度固定時整個諧振點隨著長度的減少而變變大從圖4-6的S11曲線報告可以看出，微帶天線的諧振頻點隨著微帶貼片長度Length的減小而變大。當Length=29.45mm，Width=41.4mm時，諧振頻點約為2.45GHz。當Length=79.32mm，Width=67.9mm時，諧振頻點約為5.0GHz。4.5查看駐波比圖4-7電壓駐波比報告圖在VSWR報告圖中，查看Length=29.45mm，Width=41.4mm的電壓駐波比曲線，在2.4GHz和2.5GHz位置做標記，可見在2.4～2.5GHz頻段，VSWR<1.7481。4.6本章小結本章是在前兩章分析概論后對整個模型的設計檢查與運行仿真分析，主要通過HFSS完成了H仿真軟件建模，然后對仿真軟件內部的參數進行數據檢查，首先確保可以正確創建任務，結果顯示OK。其次查看天線諧振點，主要是看看天線信號端口回波損耗（即S11）的掃頻曲線報告。，結果為S11在1.5～3.5GHz，單擊掃頻曲線最小值m1時，頻率2.45GHz時，S11最小，S11最小值約為?16.693dB，掃頻曲線生成。其次在變量Length、Width掃描分析中我們知道當微帶貼片的寬度固定時，