微波技术与天线课程设计微带天线仿真设计（三角形贴片设计）.doc

太原理工大学 微波技术与天线课程设计 设计题目：微带天线仿真设计（三角形贴片设计）学生姓名 凌天 学 号 专业班级 电信0801班 同 组 人 一、设计题目：微带天线仿真设计（三角形贴片设计）二、设计目的：通过仿真了解微带天线设计。三、设计原理：矩形贴片是微带贴片天线最基本的模型，本设计就是基于微带贴片天线基础理论以及熟练掌握HFSS10仿真软件基础上，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. 设置模型单位将创建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、创建微带天线模型（1）创建地板GroundPlane。在菜单栏中点击Draw>Rectangle,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：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模型以合适的大小显示（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：dX：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。在介质基片上创建贴片天线。在菜单栏中点击Draw>Rectangle,创建矩形模型。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）创建切角。创建供贴片天线相减的切角时，首先在坐标原点处创建三角形，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建另一个切角。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按钮结束设置。这样三角形贴片就建成了。（8）创建探针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；按回车键结束输入。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将模型调整至合适大小。（9）创建端口面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按钮结束设置。5、创建辐射边界创建Air，在菜单栏中点击Draw>Box,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：-80，Y：-80，Z：-35；按回车键结束输入。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、设置端口激励在菜单栏中点击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按钮直至结束。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。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结束。（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：由主菜单选HFSS/Validation Check对设计进行确认，如图2.4。方法二：在菜单栏直接点即可。图5 确认设计如图5所示均打勾即可，点Close结束。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。 点击菜单栏HFSS>Result>Create Report。在创建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。在创建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、设计仿真结果方形贴片1、方形贴片模型图2、2D辐射远场方向图可知主瓣宽度大概为110度3、S参数（反射系数）4、左旋圆极化5、右旋圆极化三角形贴片1、三角形贴片模型图2、2D辐射远场方向图可知主瓣宽度大概为120度3、S参数（反射系数）4、左旋圆极化5、右旋圆极化三角形再切角贴片1、三角形再切角贴片模型图2、2D辐射远场方向图可知主瓣宽度大概为90度3、S参数（反射系数）4、左旋圆极化5、右旋圆极化六 、总结这次微波天线课程设计，使我对微波天线有了一定的感性认识。微波天线本是一门很空洞抽象的课程，不过在这次的仿真后，微波变得直观明了了一些。这个软件很强大，通过画模型，计算模型，感受计算后出来的图形带来的直观感受，能使微波由以前课本上一堆一堆的公式和计算变成了直接的结果，计算机求解真的很方便。总之，我又学会了一个强大软件的一些普通操作，并且自己根据教材独立完成了设计，很充实。