.
XX理工大学
微波技术与天线课程设计
设计题目：微带天线仿真设计
学生XX 学 号 专业班级 指导教师
. .word.zl.
.
.
专业班级 设计名称 微波器件或天线设计 学生XX 设计周数 课程名称 指导教师 微波技术与天线课程设计 1.5周 . XX理工大学现代科技学院
.word.zl.
.
.
设计 任务 主要 设计 参数 1 熟悉HFSS仿真平台的使用 2 熟悉微带天线的工作原理与设计方法 3 在HFSS平台上完成如下仿真设计 题目一：三角形微带天线设计〔同轴馈〕，900MHz，1800MHz /2.4GHz， 4GHz /2.4GHz，5.8GHz 学号为1、6完成此题 题目二：三角形微带天线设计〔侧馈〕，900MHz，1800MHz /2.4GHz， 4GHz /2.4GHz，5.8GHz 学号为2、7完成此题 题目三：圆形微带天线设计〔同轴馈〕，900MHz，1800MHz /2.6GHz， 4GHz /2.4GHz，5.8GHz 学号为3、8完成此题 题目四：圆形微带天线设计〔侧馈〕，900MHz，1800MHz /2.6GHz， 4GHz /2.4GHz，5.8GHz 学号为4、9完成此题 题目五：半波偶极子天线设计，900MHz，1800MHz /2.6GHz， 4GHz /2.4GHz，5.8GHz 学号为5、0完成此题 4 结合同组其他同学的设计结果完成对于构造参数与性能之间关系的探讨 5 在1.5周内完成设计任务 1、 6. 5：分组、任务分配、任务理解 2、 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 3、 6. 7~6.9：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。 4、 6. 12：同组同学结果汇总及讨论 5、 6.13~6.14：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。 X学观，微波技术与天线，XX电子科技大学电，2008 李明洋，HFSS应用设计详解，人民邮电，2010 设计内容 设计要求 主要参考 资 料 学生提交 归档文件 1、相关知识及根本原理 2、参数归纳：材质、尺寸 3、软件仿真过程及结果分析 4、设计总结 课程设计任务书
注：课程设计完成后，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
展装订上交〔大X图纸不必装订〕
指导教师签名： 日期：
. .word.zl.
.
.
……………………………………装………………………………………订…………………………………………线……………………………………… 专业班级 学号 XX 成绩
一、设计题目
微带天线仿真设计〔圆形侧馈〕
二、设计目的
1.理解和掌握微带天线的设计原理
2.选定微带天线的参数：工作频率、介质基片厚度、贴片模型及馈电点位置。 3.创立工程并根据设计尺寸参数指标绘制微带天线HFSS模型。
4.保存工程后设定边界条件、求解扫描频率，生成S参数曲线和方向图。 5.观察比照不同尺寸参数的微带天线的仿真结果，并分析它们对性能的影响。
三、设计原理
矩形贴片是微带贴片天线最根本的模型，本设计就是基于微带贴片天线根底理论以及熟练掌握HFSS10仿真软件根底上，设计一个右手圆极化矩形贴片天线，其工作频率为2.45GHz，分析其远区辐射场特性以及S曲线。
矩形贴片天线示意图
四、贴片天线仿真步骤
1、建立新的工程
. .word.zl.
.
.
运行HFSS，点击菜单栏中的Project>Insert 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HFSS>Solution 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
将创立模型中的单位设置为毫米。 〔1〕在菜单栏中点击3D Modeler>Units。 〔2〕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、创立微带天线模型
〔1〕创立地板GroundPlane。在菜单栏中点击Draw>Rectangle,创立矩形模型。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：0按回车键。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Edit>Select>By Name。在对话框中选择GroundPlane，点击OK确认。在菜单栏中点击HFSS>Boundaries>Assign>Perfect 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模型以适宜的大小显示〔可以用Ctrl+D来操作〕。
〔3〕建立介质基片。在菜单栏中点击Draw>Box或者在工具栏中点击按钮
，创立长方体模型。
……………………………………装………………………………………订…………………………………………线……………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。按回车键完毕输入。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：dX：45，dY：45，dZ：5按回车键完毕输入。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〕建立贴片Patch。在介质基片上创立贴片天线。在菜单栏中点击Draw>Rectangle,创立矩形模型。在坐标输入栏中输入起始点的坐标：X：-16，Y：-16，Z：5按回车键。在坐标输入栏中输入长、宽：dX：32，dY：32，dZ：0按回车键。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。
〔5〕为Patch设置理想金属边界。在菜单栏中点击Edit>Select>By Name。在对话框中选择Patch，点击OK确认。在菜单栏中点击HFSS>Boundaries>Assign>Perfect E。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。
〔6〕创立切角。创立供贴片天线相减的切角时，首先在坐标原点处创立三角形，然后将其移动到方形贴片的顶点处。在菜单栏中点击Draw>Line。在坐标输入栏中输入点的坐标：X：0，Y：0，Z：5按回
. .word.zl.
.
.
……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………车键。在坐标输入栏输入点的坐标：X：-16，Y：0，Z：5按回车键。在坐标输入栏中输入点的坐标：X：0，Y：32，Z：5按回车键。在坐标输入栏中输入点的坐标：X：0，Y：0，Z：5按回车键。在特性〔Porperty〕窗口中选择Attribute标签，将名字修改为Cut。在菜单栏点击Edit>Select>By Name。在对话窗口中选择Cut ,点击OK按钮。在菜单栏中点击Edit>Arrange>Move。在坐标输入栏中输入点的坐标：X：0，Y：0，Z：0。按回车键。在坐标输入栏输入坐标：dX：16，dY：-16，dZ：0。按回车键。可以通过旋转复制创立另一个切角。在菜单栏中点击Edit>Duplicate>Around Axis。将轴设置为Y轴，旋转角度为180 deg，点击确认键。将切角的名字改为Cut_1。在菜单栏点击Edit>Select>By Name。在对话窗口中选择Cut_1 ,点击OK按钮。在菜单栏中点击Edit>Arrange>Move。在坐标输入栏中输入点的坐标：X：0，Y：0，Z：0; dX=0, dY=0, dZ=5; 按回车键。
〔7〕用Patch将切角减去。在菜单栏中点击Edit>Select>By Name,在弹出的窗口中利用Ctrl键选择Patch、Cut和Cut_1。在菜单栏中点击3D Modelean >Boolean>Subtract,在Subtract窗口中做一下设置：Blank Parts：Patch；Tool Parts：Cut，Cut_1；Clone tool object before subtract 复选框不选。点击OK按钮完毕设置。这样三角形贴片就建成了。
〔8〕创立探针Pin。在菜单栏中点击Draw>Cylinder。在坐标输入栏中输入圆柱中心点的坐标：X：0，Y：8，Z：0按回车键。在坐标输入栏中输入圆柱半径：dX：0, dY：0.5，dZ：0按回车键。在坐标栏中输入圆柱的高度：dX：0，dY：0，dZ：5；按回车键完毕输入。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将模型调整至适宜大小。
〔9〕创立端口面Port。在菜单键中点击Draw>Circle。在坐标输入栏中输入圆心点的坐标：X：0，Y：8，Z：0按回车键。在坐标输入栏输入半径：dX：0，dY：1.5，dZ：0按回车键。在特性〔Property〕窗口中选择Attribute标签，将名字修改为Port。
〔10〕用GroundPlane 将Port减去。在菜单栏中点击Eidt>Select>By 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 Modeler>Boolean >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按钮完毕设置。 5、创立辐射边界
创立Air，在菜单栏中点击Draw>Box,创立长方体模型。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：-80，Y：-80，Z：-35；按回车键完毕输入。输入长方体的尺寸：dX：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。在菜单栏中点击Edit>Select>By Name 。在对话框中选择Air，点击OK确认。在菜单栏中点击HFSS>Boundaries>Radiation。在辐射边界窗口中，将辐射边界命名为Rad1，点击OK按钮。 6、设置端口鼓励
在菜单栏中点击Edit>Select>By Name，选中Port，在菜单栏中点击HFSS>Excitation>Assign>Lumped Port。在LumpedPort窗口的General标签中，将该端口命名为p1，点击Next。在Modes 标签中的Integration line zhong点击None，选择New Line，在坐标栏中输入：X：0，Y：9.5，Z：0；dX：0，dY：-1，dZ：0。按回车键，点击Next按钮直至完毕。 7、求解设置
为该问题设置求解频率及扫频X围
. .word.zl.
.
.
〔a〕设置求解频率。在菜单栏中点击HFSS>Analysis Setup>Add 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完毕。
〔b〕设置扫频。在菜单栏中点击HFSS>Analysis Setup>Add Sweep 。选择Setup1，点击OK确认。在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
在菜单栏中点击HFSS>Radiation>Insert Far Field Setup>Infinite Sphere。在Infinite Sphere标签中做以下设置：Phi：Start：0 deg，Stop：180deg，Step：90 deg；Theta：Start：0 deg，Stop：360 deg，Step：10 deg。点击OK确认。 9、确认设计
方法一：由主菜单项选择HFSS/Validation Check对设计进展确认，如图2.4。 方法二：在菜单栏直接点
即可。
……………………………………装………………………………………订…………………………………………线…………
图5 确认设计
如图5所示均打勾即可，点Close完毕。 10.、保存工程
在菜单栏中点击File>Save 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HFSS>Analyze。 12、后处理操作
〔1〕S参数〔反射系数〕。
绘制该问题的反射系数曲线，该问题为单端口问题，因此反射系数是11。 点击菜单栏HFSS>Result>Create Report。在创立报告窗口中做以下选择：Report Type：Modal S Parameters ；Display Type：Rectangle 点击OK按钮。在Trace窗口中做以下设置：Solution：Setup1:Sweep1； Domain：Sweep 点击Y标签，选择：Category：S parameter；Quantity：S〔p1，p1〕；Function：dB，然后点击Add Trace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HFSS>Result >Create Report。在创立报告对话框中做以下选择：Report Type：Far Fields；Display Type：Radiation Pattern。点击OK按钮。在Trace 窗口中做以下设置：Solution：Setup1：LastAdptive；Geometry：ff_2d。在Sweep标签中，在Name这一列中点击第一个变量Phi，在下拉菜单中选择The。点击Mag标签，选择：Category ：Gain；Quantity：GainTotal；Function：dB,点击Add Trace按钮。最后
. .word.zl.
s.
.
点击Done按钮完成操作，绘制出方向图。 13、保存并退出HFSS
五、设计仿真结果 圆形贴片
1、圆形贴片模型图
……………………………………装
……
…2、2D辐射远场方向图
………………………………订……………
…3、S参数〔反射系数〕
…………………………线…………………. ………….word.zl.
.
.
4、3D 远场图
……………………………………装………………………………………订……………………………………
六 、心得体会
经过此次课程设计，让我进一步了解了微带天线的构造与性能。另外根据指导书上详细的的指导我又熟悉了hfss软件的使用，并在这个过程中总结了几条心得：
1、调整馈电点时pin和port的位置要同步调整
2、需要什么形状的贴片时可以直接用划线的方式直接画出所需的形状，不必要用矩形再去截取，这样会方便很多。
另外，本次设计也存在诸多缺乏，最主要的还是相关知识有限不能很好的了解天线的工作原理，当然这次课程设计收获也是挺大的。
. .word.zl.
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容