实验四半波偶极子天线设计

（一）实验目的

1.对半波偶极子天线有个大概的了解

2.对HFSS软件的参数设计认识。

（二）实验内容

1.通过学习HFSS软件以及天线PPT的课件知识，对半波偶极子天线有了初步的了解，建立的半波偶极子天线模型如下：

SH的扫频分析图如下：

该天线的回波损耗SH<=-10dB时BW=（3.25-2.775）/3=0.15833

电压驻波比VSWR

Smith圆图

输入阻抗

半波偶极子天线XZ面增益方向图

XY面增益方向图

三维增益方向图

三．实验总结

1.根据天线的课件以及老师学教的知识，我学会了对半波偶极子天线的设计。

2.其实HFSS软件很有用，以后多学习一下。

基于HFSS矩形微带贴片天线的仿真设计报告

.. .. .. 矩形微带贴片天线的仿真设计实验目的：运用HFSS的仿真能力对矩形微带天线进行仿真实验容：矩形微带天线仿真：工作频率7.55GHz 天线结构尺寸如表所示：名称起点尺寸类型材料 Sub -14.05，-16，0 28.1，32，0.794 Box Rogers 5880 （tm）GND -14.05，-16，-0.05 28.1，32，0.05 Box pec Patch -6.225，-8，0.794 12.45 , 16, 0.05 Box pec MSLine -3.1125，-8，0.794 2.49 , -8 , 0.05 Box pec Port -3.1125，-16，-0.05 2.49 ,0, 0.894 Rectangle Air -40，-40，-20 80，80，40 Box Vacumn 一、新建文件、重命名、保存、环境设置。（1）、菜单栏File>>save as,输入0841，点击保存。（2）. 设置激励终端求解方式：菜单栏HFSS>Solution type>Driven Termin ，点击OK。

（3）、设置模型单位：3D Modeler>Units选择mm ，点击OK。（4）、菜单栏Tools>>Options>>Modeler Options,勾选”Edit properties of new pri”, 点击OK。二、建立微带天线模型 (1)、插入模型设计（2）、重命名

输入0841 (3)点击创建GND,起始点：x:-14.05，y:-16，z:-0.05，dx:28.1,dy:32,dz:0.05 修改名称为GND, 修改材料属性为 pec， (4)介质基片：点击，：x:-14.05，y:-16，z:0。dx: 28.1，dy: 32，dz: 0.794，修改名称为Sub，修改材料属性为Rogers RT/Duriod 5880，修改颜色为绿色，透明度0.4。

宽带印刷偶极子天线设计

宽带印刷偶极子天线设计何庆强何海丹 (中国西南电子技术研究所，成都610036) 摘要：构建了一个宽带印刷偶极子天线，基于等效电路模型进行分析，给出了一套完整的设计计算公式。采用该方法进行设计，可一次成功，不必进行参数扫描和优化。给出的例子所得天线带宽达到54.15%，优于最新的国内外报道。关键词：偶极子，巴伦，等效电路，宽带 Design of a Broadband Printed Dipole Antenna He Qingqiang He Haidan (Southwest China Institute of Electronic Technology, Chengdu 610036) Abstract: A broadband printed dipole antenna is created. Based on the analysis of equivalent circuit model, a perfect designing calculated process is given. Applying the proposed method, the dipole design can be successful once time and doesn’t need parameter tune and optimization. The designed dipole obtains a 54.15% bandwidth and has a better wideband characteristic compared with recent reports. Keywords: Dipole; Balun; Equivalent circuit; Broadband 1 引言印刷巴伦偶极子天线最早研究起源于1974年[1]。最近几年的研究表明：通过快速的单元模型分析计算，天线带宽可以达到18%[2]；通过采用V形地平面，天线带宽可以达到33%以上[3]；通过神经网络参数优化，天线的带宽可以达到40%[4]；采用等效电路优化结合周期性加载原理，印刷偶极子天线的带宽可以达到47.8%[5]。在这篇文章里，我们基于等效电路模型进行分析，计算出了偶极子天线的物理参数尺寸。采用该方法进行设计，可一次成功，无须参数优化，所得天线的带宽可达54.15%，优于文献[1-5]给出的设计结果。2 等效电路模型分析与设计图1给出了偶极子天线的几何结构及其参数。图中实线部分为天线结构示意图，该天线印刷在厚度为h，介电常数为 r ε的介质板上。印刷振子辐射臂长为L t，宽为L w；振子的下底长为L H，宽为L d。在振子的中间，刻有一纵向长槽，长为L ab，宽为S w。该天线采用标准的50欧SMA馈电。

天线理论与设计基本概念

基本电振子(赫兹偶极子) 电基本振子是一段长度l远小于波长, 电流I等幅同相的直线电流元i(t)=I cosωt, 它是线天线的基本组成部分, 任意线天线均可看成是由一系列电基本振子构成的。立体角：定义：立体角是以圆锥体的顶点为球心，半径为1的球面被锥面所截得的面积来度量的，度量单位称为“立体弧度”。和平面角的定义类似。在平面上我们定义一段弧微分S与其矢量半径r的比值为其对应的圆心角记作dθ=ds/r；所以整个圆周对应的圆心角就是2π；与此类似，定义立体角为曲面上面积微元ds与其矢量半径的二次方的比值为此面微元对应的立体角记作dΩ=ds/r^2；由此可得，闭合球面的立体角都是4π。单位：steradian->sr=stereos+radian 球坐标系中计算：dΩ= ds /R2= ds=sin θ *d θ* dφ (sr) 辐射强度定义：给定方向上单位立体角辐射的功率。计算：物理意义：反应在给定方向上辐射的大小辐射功率：定义：辐射效率定义：天线的输入功率仅有一部分转换为辐射功率，其余被天线及其附近结构所吸收。辐射效率定义为天线的辐射功率与净输入功率之比。其中：为辐射电阻，为损耗电阻。场强方向图：定义：在固定距离r=r0的球面上，辐射电场强度随着角坐标的相对变化(函数)图形为场强方向图。方向图函数

作图二维平面图：○1极坐标图○2直角坐标图功率方向图：在固定距离r=r0的球面上，波印廷矢量的r分量随着角坐标的相对变化(函数关系)图形为功率方向图。方向图函数记为按方向图特征的天线分类各向同性天线：天线向各个方向均匀辐射。方向性天线：天线在某些方向的辐射比其他方向的辐射强得多全向天线：天线在某个平面内的辐射为无方向性，在其正交面具有方向性波瓣：半功率波瓣宽度：定义：从方向图的原点过辐射强度是最大值一半(对应场强是最大值的)的点的矢量所夹的角度。（3dB波瓣宽度）。E面和H面的半功率波瓣宽度分别用2θHPE 和2θHPH表示。第一零陷波瓣宽度：定义：从方向图的原点与主瓣的根部相切的矢量所夹的角度。用2θ0表示副瓣电平（SLL）：定义：副瓣峰值与主瓣最大值之比。

矩形微带天线设计与分析

矩形微带天线设计与分析万聪，沈诚诚, 王一平 2011级通信2、4班沈诚诚：主要负责资料准备与整理王一平：主要负责论文的格式与后期资料扩充万聪：主要负责设计模型三人共同学习hfss软件设计模型，共同参与讨论编写论文，发扬团结合作的精神，克服所遇到问题，完成好老师布置的作业。摘要：微带天线以其体积小、重量轻、低剖面等独特的优点引起了相关领域的广泛重视，已经被广泛应用在1OOMHz—1OOGHz的宽广频域上的大量的无线电设备中。本文介绍了一种谐振频率为2.45GHz，天线输入阻抗为50Ω的使用同轴线馈电的矩形微带天线。本论文给出了详细的设计流程：根据理论经验公式初步计算出矩形微带天线的尺寸，然后在HFSS里建模仿真，根据仿真结果反复调整天线的尺寸，直到仿真结果中天线的中心频率不再偏离2.44GHz为止。微带天线固有的缺陷是窄带性，它的窄带性主要是受尺寸的影响，在不改变天线中心频率的前提下，通过理论经验公式与仿真软件的结合，给出了微带天线比较合理的尺寸。通过HFSS 13.0软件对该天线进行仿真、优化，最终得到最佳性能。关键词：微带天线、谐振频率、HFSS

Abstract: the microstrip antenna has attracted wide attention from related fields with the advantages of small volume, light weight, low profile, unique, a lot of radio equipment has been widely applied in broad frequency range 1OOMHz - 1OOGHz of the. This paper introduces a 2.45GHz resonant frequency, input impedance of the antenna for the rectangular microstrip antenna using a 50 ohm coaxial feed. This paper gives a detailed design process: according to the theory of empirical formula calculated the size of rectangular microstrip antenna, then modeling and Simulation in HFSS, repeated adjustment according to the simulation results of the antenna size, until the simulation results in the center frequency antenna can not depart from the 2.44GHz to stop. The inherent defects of microstrip antenna is narrow, narrow band it is mainly affected by the size, in the premise of not changing the antenna center frequency, through a combination of theoretical formula and simulation software, the reasonable size of microstrip antenna. The antenna is simulated by HFSS 13 software, optimization, and ultimately get the best performance. Keywords: microstrip antenna, resonant frequency, HFSS

900MHz同轴馈电矩形微带天线设计与HFSS仿真

900MHz 同轴馈电矩形微带天线设计与HFSS 仿真微带天线它是在一块厚度远小于工作波长的介质基片的一面敷以金属辐射片、一面敷以金属薄层做接地板而成。辐射片可以根据不同的要求设计成各种形状。微带天线馈电有多种馈电方式，如微带线馈电、同轴线馈电、耦合馈电和缝隙馈电等。其中，最常用的是微带线馈电和同轴线馈电两种馈电方式。同轴线馈电又称背馈，它是将同轴插座安装在接地板上，同轴线内的导体穿过介质基片接在辐射贴片上。若寻取正确的馈电点位置，就可以获得良好的匹配。 1 矩形微带天线的特性参数 1.1 微带辐射贴片尺寸估算设计微带天线的第一步是选择合适的介质基片，假设介质的介电常数为r ε，对于工作频率f 的矩形微带天线，可以用下式设计出高效率辐射贴片的宽度ω，即为： 2 1 )2 1(2-+=r f c εω（1）式中，c 是光速，8 10*3=c 。辐射贴片的长度一般取为 2 e λ，e λ是介质内的导波波长，即为： e e f c ελ= （2）式中，e ε是有效介电常数，即为： 2 1 )121(2 1 2 1 -+-+ += ω εεεh r r e （3）考虑到边缘缩短效应后，实际上的辐射单元长度L 应为： L f c L e ?-= 22ε（4）式中，L ?是等效辐射缝隙长度，即为： ) 8.0)(258.0() 264.0)(3.0(412.0+-++=?h h h L e e ωεωε（5）

2. 同轴馈电矩形微带天线设计在使用同轴馈电时，在阻抗匹配方面，在主模10TM 工作模式下，馈电点在矩形辐射贴片长度L 方向边缘处（x=±L/2）的输入阻抗最高，约为100Ω-400Ω。馈电点在宽度ω方向的位移对输入阻抗的影响很小。但在宽度方向上偏离中心位置时，会激发n TM 1模式，增加天线的交叉极化辐射。因此，宽度方向上馈电点的位置一般取在中心点。由下式可以近似计算出输入阻抗为50Ω时的馈电点的位置： )1 1(2 1re L L ξ- = （6）式中， 2 1 )121(21 2 1 )(-+-+ += L h L r r re εεξ（7） 3. 设计要求使用HFSS 设计中心频率为915MHz 的矩形微带天线，并给出天线参数。介质基片采用厚度为1.6mm 的RF4环氧树脂板，天线馈电方式采用50Ω同轴线馈电。 x 图1 同轴馈电俯视图天线初始尺寸的计算：辐射贴片宽度：mm 77.99=ω 辐射贴片长度：mm L 89.77= 50Ω匹配点初始位置1L ，计算出初始位置后，然后再使用HFSS 的参数扫描分析和优化设计功能，分析给出50Ω匹配点的实际位置即可，mm L 91.191=。

半波偶极子天线的HFSS仿真设计

天线原理与设计华中科技大学半波偶极子天线的HFSS仿真设计一、实验目的 1、学会简单搭建天线仿真环境的方法，主要是熟悉HFSS软件的使用方法； 2、了解利用HFSS仿真软件设计和仿真天线的原理、过程和方法； 3、通过天线的仿真，了解天线的主要性能参数，如驻波比特性、smith圆图特性、方向图特性等； 4、通过对半波偶极子天线的仿真，学会对其他类型天线仿真的方法；二、实验仪器 1、装有windows系统的PC一台 2、HFSS13.0软件 3、截图软件三、实验原理 1、首先明白一点：半波偶极子天线就是对称阵子天线。图1 对称振子对称结构及坐标 2、对称振子是中间馈电，其两臂由两段等长导线构成的振子天线。一臂的导线半径为a，长度为l。两臂之间的间隙很小，理论上可以忽略不计，所以振子的总长度L=2l。对称振子的长度与波长相比拟，本身已可以构成实用天线。 3、在计算天线的辐射场时，经过实践证实天线上的电流可以近似认为是按正弦律分布。取图1的坐标，并忽略振子损耗，则其电流分布可以表示为：式中，Im为天线上波腹点的电流；k=w/c为相移常数、根据正弦分布的特点，对称振子的末端为电流的波节点；电流分布关于振子的中心点对称；超过半波长就会出现反相电流。 4、在分析计算对称振子的辐射场时，可以把对称振子看成是由无数个电流I(z)、长度为dz的电流元件串联而成。利用线性媒介中电磁场的叠加原理，对称振子的辐射场是这些电流元辐射场之矢量和。

图2 对称振子辐射场的计算如图2 所示，电流元I(z)所产生的辐射场为其中 5、方向函数四、实验步骤 1、设计变量设置求解类型为Driven Model 类型，并设置长度单位为毫米。提前定义对称阵子天线的基本参数并初始化 2、创建偶极子天线模型，即圆柱形的天线模型。其中偶极子天线的另外一个臂是通过坐标轴复制来实现的。 3、设置端口激励半波偶极子天线由中心位置馈电，在偶极子天线中心位置创建一个平行于YZ面的矩形面作为激励端口平面。 4、设置辐射边界条件要在HFSS中计算分析天线的辐射场，则必须设置辐射边界条件。这里创建一个沿Z轴放置的圆柱模型，材质为空气。把圆柱体的表面设置为辐射边界条件。 5、外加激励求解设置分析的半波偶极子天线的中心频率在3G Hz，同时添加2.5 G Hz ~3.5 G Hz频段内的扫频设置，扫频类型为快速扫频。

汽车天线设计指南(设计手册)

AAAA公司汽车天线设计指南工程部编制 2003年2月16日

前言为便于公司产品设计人员设计、开发汽车天线时，在材料选择、连接方法、产品结构、配合公差和功能/性能方面，借鉴公司同类产品的经验，降低成本、减少失误，提高新产品的开发速度和质量，编制本设计指南，供公司设计人员设计、开发新产品时参考。编者：

一、汽车天线的类型：根据汽车天线的按装位置和结构分为： 1. 前窗隐藏式天线：这类天线按装在前窗的左侧上方，天线座按前窗的倾斜角度设置天线杆的倾斜角度，天线杆可全部缩进线座上的天线杆护管内。天线杆大多数是φ 2.5-3mm的不锈钢丝，也有部分是二节拉杆式的。这类天线设计开发时，除考虑性能/功能、连接方法符合常规汽车天线的技术要求外：（见常规汽车天线的技术要求）a．必须根据顾客车身天线按装孔的中心距、偏移角度和天线的倾斜角度及车壳弧度，设计天线座的按装孔中心距、偏移角度、天线的倾斜角度和天线座底面弧度。保证天线的可装配性。 b．根据整车厂的装配要求，线座垫片和线座的装配连接方法，必须设计为卡口装配，避免垫片和线座分离影响装配速度。 c．选用合格的线座注塑材料，避免天线座开裂和老化（常用PP/PA）。 d．根据顾客的要求，选择合适的同轴电缆线，使天线的阻抗很好地与收音机的输出阻抗匹配。 2．前窗拉杆式天线：这类天线按装在汽车前窗左侧下方，基本上都是拉杆式的，天线座与车身的接触面积很小，用自攻螺钉按装不需考虑

线座的底面弧度，只需考虑支架的中心高符合天线按装要求。这类天线设计时除选择好外壳和支架的材料外，其它只要能满足常规汽车天线的技术要求。 3．前后侧板式隐藏天线：这类天线按装在汽车上的前后侧板上，按装时只要拧紧线座上的螺母和支架上的螺钉。这类天线设计时除需考虑满足常规汽车天线的技术要求外： a．必须考虑饰配件和基座与车身接触部位的弧面和车身弧面吻合。 b．必须考虑天线杆缩进护管内的终点位置，确保天线缩进天线护管后，天线帽堵住线座正极管口。 4．车顶天线：这类天线一般都是轿车天线，按装在汽车顶棚的前侧/后侧。按装方法都是用固定在天线基座/斜座上的螺栓插进车壳孔内用螺母固定。定位方法有两种，一种是基座螺栓根部□14.7mm的方身定位，另一种是基座上除螺栓外，还在一定的距离内设置了一柱子和车身上的两个孔对应来固定天线的方向。这类天线设计时除考虑满足常规汽车天线的技术要求外：a．按顾客车身按装孔的形状，设计基座螺栓的结构或螺栓与定位柱之间的距离。

矩形微带天线设计

班级：姓名：学号：指导教师：徐维成绩：电子与信息工程学院信息与通信工程系

1微带天线简介微带天线的概念首先是有Deschaps 于1953年提出来的，经过20年左右的发展，Munson 和Howell 于20世纪70年代初期造出了实际的微带天线。微带天线由于具有质量轻、体积小，易于制造等优点，现今已经广泛应用于个人无线通信中。假设矩形贴片的有效长度设为L e ，则有 L e =λg /2 式中，λg 表示导波波长，有 λg =λ0/ε 式中，λ0表示自由空间波长；εe 表示有效介电常数，且 εe =21)121(2121-+-++w h εε 式中，εr 表示介质的相对介电常数；h 表示介质厚度；w 表示微带贴片的宽度。因此，可计算出矩形贴片的实际长度L ，有 L=L e -2ΔL=λ0/e ε-2ΔL=2102-e f c εΔL 式中，c 表示真空中的光速；f 0表示天线的工作频率；ΔL 表示等效的辐射缝隙的长度，且有 ΔL=0.412h ()()()() 8.0264.0258.03.0++-+h W h W εε 矩形贴片的宽度W 可以由下式计算， W=21 2102-??? ??+εf c 对于同轴线馈电的微带贴片天线，在确定了贴片长度L 和宽度W 之后，还需要确定同轴线馈点的位置，馈点的位置会影响天线的输入阻抗。在微波应用中通常是使用50Ω的标准阻抗，因此需要确定馈点的位置使天线的输入阻抗等于50Ω.对于如图所示的同轴线馈电的微带贴片天线，坐标原点位于贴片的中心以（x f ，y f ）表示馈点的位置坐标。

对于TM 10模式，在W 方向上的电场强度不变，因此理论上的W 方向上的任一点都可以作为馈点，为了避免激发TM 1n 模式，在W 方向上的馈点的位置一般取在中心点，即 y f =0 在L 方向上电场有λg /2的改变，因此在长度L 方向上，从中心点到两侧，阻抗逐渐变大；输入阻抗等于50Ω时的馈点可以由下式计算， x f =) (2L L ξ 式中， )121(2121 21)(l h L +--++=εεξ 上述分析都是基于参考地平面是无限大的基础上的，然而实际设计中，参考地都是有限面积的，理论分析证明来了当参考地平面比微带贴片大出6h 的距离时，计算结果就可以达到足够的准确，因此设计中参考地的长度L GND 和宽度W GND 只需要满足以下条件即可， L GND ≥L+6h W GND ≥W+6h 2设计指标和天线结构参数计算我这次设计的矩形微带天线工作于ISM 频段，其中心频率为 2.45GHz ；无线局域网（WLAN ）、蓝牙、ZigBee 的无线网络均可以工作在该频段上。选用的介质板材为Rogers R04003，其相对介电常数εr =3.38，厚度h=5mm ；天线使用同轴线馈电。微带天线的三个关键参数如下：工作频率f 0=2.45GHz ；介质板材的相对介电常数εr =3.38；介质厚到h=5mm 。 1.矩形贴片的宽度W 把c=3.0×108 m/s ，f0=2.45GHz ，εr =3.38带入，可以计算出微带天线矩形贴片的宽度，即 W=0.0414m=41.4mm

印刷偶极子天线FSS仿真研究报告

印刷偶极子天线设计及振子长度对天线特性影响的研究温州大学愚公 2012年10月20日一、所用仪器 1、装有windows XP系统的PC一台 2、HFSS10.0仿真软件二、操作步骤 1、设计变量设置求解类型为Driven Model 类型，并设置长度单位为毫米。定义对称偶极子天线的基本参数并初始化，如下表。 2、创建印刷偶极子天线模型如图。其中另外一个臂是通过坐标轴复制来实现的。过程省略。

3、设置端口激励印刷偶极子天线由中心位置馈电。 4、设置辐射边界条件要在HFSS中计算分析天线的辐射场，则必须设置辐射边界条件。这里创建一个长方体设置为辐射边界条件。 5、外加激励求解设置设计的印刷偶极子天线的中心频率在2.45G Hz，同时添加2.0G Hz ~3.0G Hz频段内的扫频设置，扫频类型为快速扫频。三、实验结果 1、回波损耗S11 回波损耗回波损耗是电缆链路由于阻抗不匹配所产生的反射，是一对线自身的反射，是天线设计需要关注的参数之一。HFSS10.0的设置方法与HSFF13有较大区别，具体步骤如下面三个图所示：

其余各项结果的输出基本类似。以下不再赘述。

图中所示是在2G Hz ~3 G Hz频段内的回波损耗，设计的印刷偶极子天线中心频率约为2.45G Hz。 2、电压驻波比VSWR 电压驻波比VSWR,是指驻波的电压峰值与电压谷值之比。由图可以看到在2.45GHz附近时，电压驻波比约为1.1，说明此处接近行波，传输特性比较理想。 3、smith圆图史密斯圆图是一种计算阻抗、反射系数等参量的简便图解方法。采用双线性变换，

矩形微带天线

一.微带天线简介微带天线的概念首先是有Deschaps于1953年提出来的，经过20年左右的发展，Munson和Howell于20世纪70年代初期造出了实际的微带天线。微带天线由于具有质量轻、体积小，易于制造等优点，现今已经广泛应用于个人无线通信中。上图是一个简单的微带贴片天线的结构，由辐射元、介质层和参考地三部分组成。与天线性能相关的参数包括辐射元的长度L、辐射元的宽度W、介质层的厚度h、介质的相对介点常数ε和损耗正切tanδ、介质的长度LG和宽度WG。图中所示的天线是采用微带线来馈电的，本次我要设计的矩形微带贴片天线采用的是同轴线馈电，也就是将同轴线接头的内芯线穿过参考地和介质层与辐射元相连接。对于矩形贴片微带天线，理论分析时采用传输线模型来分析其性能。矩形贴片微

带天线的工作模式是TM 10模，意味着电场在长度L 方向上有λg /2的改变，而在宽度W 方向上保持不变，如图所示，在长度方向上可以看成有两个终端开路的缝隙辐射出电磁能量，在宽度方向的边缘由于终端开路，所以电压值最大电流值最小。从图中可以看出微带线边缘的电场可以分解成垂直参考地的分量和平行于参考地的分量两部分，两个边缘的垂直电场分量大小相等、方向相反，平行电场分量大小相等、方向相反；因此，远区辐射电场垂直分量相互抵消，辐射电场平行于天线表面。假设矩形贴片的有效长度设为L e ，则有 L e =λg /2 式中，λg 表示导波波长，有 λg =λ0/ε 式中，λ0表示自由空间波长；εe 表示有效介电常数，且 εe =21)121(2121-+-++w h εε 式中，εr 表示介质的相对介电常数；h 表示介质厚度；w 表示微带贴片的宽度。因此，可计算出矩形贴片的实际长度L ，有 L=L e -2ΔL=λ0/e ε-2ΔL= 2102-e f c εΔL 式中，c 表示真空中的光速；f 0表示 ΔL 表示等效的辐射缝隙的长度，且有 ΔL=0.412h ()()()() 8.0264.0258.03.0++-+h W h W εε 矩形贴片的宽度W 可以由下式计算， W=21 2102-??? ??+εf c 对于同轴线馈电的微带贴片天线，在确定了贴片长度L 和宽度W 之后，还需要确定同轴线馈点的位置，馈点的位置会影响天线的输入阻抗。在微波应用中通常是使用50Ω的标准阻抗，因此需要确定馈点的位置使天线的输入阻抗等于50Ω. 对于如图所示的同轴线馈电的微带贴片天线，坐标原点位于贴片的中心以（x f ，y f ）表示馈点的位置坐标。

CST-偶极子相控阵天线的仿真及优化

实验报告学生：学号：指导教师：实验地点：实验时间：一、实验室名称：二、实验项目名称：微波工程CAD实验三、实验学时：20 四、实验原理： CST仿真软件是基于有限积分法，将整个计算区域离散化并进行数值计算，模拟各种实际器件得出场分布及其各种参数的特性曲线，最后可根据实际要求对所得结果进行优化，得出最优化下的器件尺寸参数。本次实验利用CST对偶极子相控阵天线及微带到波导转换模型进行了仿真模拟，以此来掌握CST的应用。五、实验目的：了解并掌握CST仿真软件的基本操作，学习利用CST仿真软件进行一些简单的工程设计。六、实验容：第一题偶极子相控阵天线的仿真与优化：①偶极子天线尺寸如下图，在4~12GHz的频率围，请优化单个偶极子天线的工作频率谐振在f0=8GHz，待优化的变量Lambda初值取为29mm，绘出在该工作频率点的方向图；②将该单个天线在x和y方向分别以Lambda/4作为空间间隙、以90度作为相位间隙，扩展成一个2*2的相控阵天线阵，请使用三种方法计算该天线阵的方向图；③对结果进行比较、分析和讨论。

第二题微带到波导转换的仿真与优化：在26~30GHz频率围优化下图微带到波导的转换，使全频带反射最小，并绘出中心频点28GHz的电场、磁场与表面电流的分布；微带是Duroid5880基片，介电常数2.2，基片厚0.254mm，金属层厚0.017mm，介质上的空气尺寸3*1*8mm，标准50欧姆微带线宽0.77mm；波导是Ka波段的BJ320波导，尺寸7.112*3.556*10mm；L 是微带基片底面到波导短路面距离，W0*L0是伸入波导中的微带探针的宽与长，W1*L1是第一段变阻线的宽与长，W2*L2是第二段变阻线的宽与长，7个待优化变量可取下图给的初值。七、实验器材（设备、元器件）：台式计算机；CST Design Environment 2009仿真软件；U盘（学生自备）。八、实验步骤：第一题：偶极子相控阵天线的仿真 a.单个偶极子天线模型单个偶极子天线方向图

天线设计

5. 2.4G PCB 天线设计本节主要讨论的是2.4G PCB 天线，如果不考虑成本及体积，可以选用其它天线，如贴片天线（小尺寸、中性能、中成本）或外置的鞭状天线（大尺寸、高性能、高成本），而PCB 天线是最低成本、中等尺寸，只要设计得当又能获得足够性能的天线。本节中包括三种天线： ◆ 超小型PIFA 天线：用于Nano Dongle 的PCB 天线，由于PCB 空间受限，最大增益会比其它几种天线小6dB 左右，即工作距离会短一半。由此天线及MCU 做成的完整板子大小为11mm*18mm 左右。 ◆ 正常PIFA 天线：用于Normal Module 的PCB 天线，所占PCB 空间最大，最大增益可以达到1.5dB ，如PCB 面积足够，建议用此天线。由此天线做成的RF Module 板子大小为15mm*18mm 左右。 ◆ 正常Wiggle 天线：用于Normal Module 的PCB 天线，所占PCB 空间比第二种稍小，增益也稍差1dB ，可以用于对体积稍有要求的无线终端，如对于空间比较紧凑的无线鼠标等设备。由此天线做成的RF Module 板子大小为13mm*18mm 左右。 5.1. 小尺寸Nano Dongle 用PIFA 天线设计天线具体尺寸如下图（板材为两层FR4,板厚0.6mm ）：其中天线线宽A ：0.15mm ；B ：0.25mm ；C ： 0.4mm 图表11 Nano Dongle PIFA 天线

天线性能S11如下，工作频段覆盖整个2.4G ISM 频段 : 图表12 Nano Dongle PIFA 天线S11 2D 和3D 增益如下，该天线最大增益只有－5dB 左右:

低交叉极化印刷偶极子阵列天线设计

S波段宽带低交叉极化印刷偶极子阵列天线设计作者：周占伟，杨仕文，聂在平作者单位：电子科技大学,四川成都,610054 相似文献(6条) 1.期刊论文周占伟.杨仕文.聂在平.ZHOU Zhan-wei.YANG Shi-wen.NIE Zai-ping S波段宽带低交叉极化印刷偶极子阵列天线的设计-电波科学学报2008,23(2) 设计出一种新型宽带低交叉极化印刷偶极子天线,该天线采用双层平面Balun 偶极子结构,不仅具有平面Balun偶极子的宽频带特性,同时也降低了天线交叉极化电平.使用该天线单元设计制作S波段16元线阵.测试结果表明,阵列天线工作带宽达到50%,交叉极化电平小于-43 dB.实验结果验证了该天线阵的宽带低交叉极化特性. 2.期刊论文陈辉.薛锋章.CHEN Hui.XUE Feng-zhang一种新颖的宽频带双极化印刷偶极子基站天线-重庆邮电大学学报（自然科学版）2011,23(1) 提出一种新颖的宽频带双极化印刷偶极子基站天线.该天线由梯形支撑结构、集成双倒L型馈电线和偶极子3部分组成,安装于底板上形成低剖面结构.仿真结果显示,1.63～2.8 GHz频段内,电压驻波比(voltage standing wave ratio,VSWR)小于1.5,隔离度小于-28 dB,交叉极化比小于-20 dB,最大增益约为11 dBi,具有较为稳定的方向图和增益.该天线适用于GSM 1800,CDMA 1900,IMT-2000,TD-CDMA,WLAN,WiMax等通信标准. 3.期刊论文陈盼.曹祥玉.高军.CHEN Pan.CAO Xiang-yu.GAO Jun一种宽频带低交叉极化伞形印刷振子阵列天线- 西安电子科技大学学报（自然科学版）2010,37(5) 为了增加天线带宽及降低交叉极化,采用中心balun馈电双层伞形印刷振子天线结构,设计了一种新型宽带阵列天线.仿真表明,天线单元相对阻抗带宽(驻波比小于等于2)为38 8%,交叉极化电平小于-45dB,前后比优于16 4dB.阵列天线带宽达到39 4%,H面交叉极化电平小于-48dB,增益达到16 2dB. 4.期刊论文王红星.刘锡国.刘敏.WANG Hong-xing.LIU Xi-guo.LIU Min一种新型低剖面、双频、双极化宽频带阵列天线的研究与设计-微波学报2006,22(6) 设计了一种结构新颖的双频、双极化基站阵列天线并进行了仿真和实验研究.双频阵列由采用新型印刷金属圆弧耦合馈电的圆环天线(低频)与交叉微带印刷振子(高频)嵌套构成.首次采用印刷金属圆弧耦合馈电拓宽了圆环天线带宽,并利用反相馈电技术提高了端口隔离度(＜-28dB)、加强了方位面方向图的对称性、降低了交叉极化电平;对在双频结构中受影响较大的高频阵元进行了相位误差分析;最后给出了整个双频阵列的实测结果,与仿真理论值吻合较好.该阵列天线具有宽频带(806～960MHz、1710～2170MHz)、低剖面(35mm)、高极化隔离、结构紧凑、方位面波瓣恒定(65±6°)等优点,适合用于双频基站系统或星载/舰载通信系统. 5.会议论文侯付平.徐金平Ka波段相控阵天线单元设计及扫描盲角分析2006 本文通过改进传统Vivaldi天线馈源结构,设计了一种Ka波段Vivaldi天线单元,具有结构紧凑、频带较宽、交叉极化小、波束宽的特点.为了研究由该Vivaldi天线单元所组成的相控阵天线的宽角扫描特性,利用有限元仿真软件结合周期性边界条件,给出了一种相控阵天线的扫描盲角分析方法.通过分析印刷偶极子相控阵天线的扫描盲角,并与文献结果相比对,验证了该方法的正确性.应用该方法对Vivaldi相控阵天线的扫描盲角进行了分析,仿真结果表明,本文设计的Vivaldi相控阵天线在E面和H面扫描±60°范围内没有出现扫描盲角,能实现±60°范围宽角扫描. 6.学位论文侯付平有源相控阵天线单元及阵列辐射特性研究2007 有源相控阵雷达已成为当今相控阵雷达发展的一个重要方向。随着数字与模拟集成电路技术及功率放大器件的快速发展，有源相控阵技术正由雷达向通信、电子战、定位、导航等领域发展，应用越来越广泛。在设计有源相控阵天线时，对天线单元及阵列的辐射特性进行分析研究是非常有必要的。本文在有源相控阵天线单元设计、相控阵天线扫描特性分析、计入互耦的天线阵方向图分析及部分单元失效分析等方面进行了以下研究： 1．根据有源相控阵对辐射单元的要求，通过对各种天线类型的仿真分析选定了有源相控阵天线的单元类型，即准八木天线。对准八木天线在频带宽度、波瓣特性、交叉极化及单元间互耦等方面进行了详细的分析，在此基础上对准八木天线的结构进行了适当改进，改进后的准八木天线有效地减小了H面斜相邻的两单元之间的互耦。 2．利用有限元仿真软件HFSS通过设置周期性边界条件对单个天线单元进行仿真就能得到该单元处于无限阵列环境中的有源反射系数随扫描角的变化规律。本文采用该方法对印刷偶极子相控阵进行了仿真，并将所得结果与文献中采用矩量法所得结果进行了比对，吻和很好，验证了该方法的正确性。采用这种方法对准八木天线和改进的准八木天线组成三角形栅格相控阵时的扫描特性进行了分析，发现它们的有效扫描范围较窄。本文对准八木天线和改进的准八木天线组阵时采取去除部分介质板和接地板的措施有效地拓展了阵列的扫描范围，使扫描范围增大了20°左右。 3. 对单元激励方向图方法进行了适当改进提出了一种近似的单元激励方向图方法，从而克服了单元激励方向图方法不适合于分析单元结构复杂的较大规模阵列的困难。采用近似的单元激励方向图方法对以偶极子为单元的矩形栅格矩形平面阵、三角形栅格六边形平面阵进行了分析，并与SuperNEc对整个阵列仿真所得结果进行了比较，验证了近似的单元激励方向图方法的准确性。采用近似的单元激励方向图方法计算了准八木天线六边形平面阵、改进的准八木天线六边形平面阵的方向图。采用遗传算法对六边形平面阵的激励分布进行了优化，使副瓣电平较低。采用遗传算法找出了哪些单元失效对六边形有源相控阵的副瓣性能恶化最厉害，并通过比较这些单元失效前后整个阵列的副瓣电平，从而评估部分单元失效对六边形有源相控阵天线副瓣性能的影响程度。本文链接：https://www.360docs.net/doc/e86067061.html,/Conference_6555120.aspx 授权使用：吉林大学(jldx)，授权号：0540b5d2-4588-4412-a2f8-9efc015aeb74 下载时间：2011年6月8日

矩形微带贴片天线设计及仿真

《现代电子电路》课程设计题目矩形微带天线的设计与仿真单位（院、系）：信息工程学院学科专业: 电子与通信工程学号：416114410159 姓名：曾永安时间：2011.4.25

矩形微带天线的设计与仿真学科专业：电子与通信工程学号：416114410159 姓名：曾永安指导老师：吴毅强摘要：本文介绍了一种谢振频率为2.45GHz，天线输入阻抗为50Ω的使用同轴线馈电的矩形微带天线。通过HFSS V10软件对该天线进行仿真、优化，最终得到最佳性能。关键词：HFSS，微带线，天线

Design and Simulation of Rectangular Microstrip Antenna Abstract:This paper introduces a rectangular microstrip antenna which works at resonance frequency of 2.45GHz and antenna input impedance of 50Ω and is fed by coaxial cable. The model of the antenna is set up a nd simulated by ANSOFT HFSS V10 ,and the optimal parameters of the microstrip antenna are obtained as well. Key words:HFSS,Microstrip,Antenna

1.引言微带天线的概念首先是由Deschamps于1953年提出来的，经过20多年的发展，Munson和Howell于20世纪70年代初期制造了实际的微带天线。微带天线结构简单,体积小,能与载体共形, 能和有源器件、电路等集成为统一的整体,已被大量应用于100MHz～100GHz宽频域上的无线电设备中, 特别是在飞行器和地面便携式设备中得到了广泛应用。微带天线的特征是: 比通常的微波天线有更多的物理参数, 可以有任意的几何形状和尺寸；能够提供50Ω输入阻抗,不需要匹配电路或变换器；比较容易精确制造, 可重复性较好；可通过耦合馈电, 天线和RF电路不需要物理连接；较易将发射和接收信号频段分开；辐射方向图具有各向同性。本文设计的矩形微带天线工作于ISM频段，其中心频率为2.45GHz；无线局域网、蓝牙、ZigBee等无线网络均可工作在该频段上。选用的介质板材为Rogers R04003，其相对介电常数εr=3.38,厚度h=5mm；天线使用同轴线馈电。 2.微带贴片天线理论分析图1是一个简单的微带贴片天线的结构，由辐射元、介质层和参考地三部分组成。与天线性能相关的参数包括辐射元的长度L、辐射元的宽度W、介质层的厚度h、介质的相对介电常数 r和损耗角正切tanδ、介质层的长度LG和宽度WG。图1所示的微带贴片天线采用微带线馈电，本文将要设计的矩形微带天线采用的是同轴线馈电，也就是将同轴线街头的内芯线穿过参考点和介质层与辐射元相连接。图1 微带天线的结构

天线CAD大作业微带天线设计

天线CAD大作业学院：电子工程学院专业：电子信息工程

微带天线设计一、设计要求：（1）工作频带1.1-1.2GHz ，带内增益≥4.0dBi ，VSWR ≤2:1。微波基板介电常数为r ε = 6，厚度H ≤5mm ，线极化。总结设计思路和过程，给出具体的天线结构参数和仿真结果，如VSWR 、方向图等。（2）拓展要求：检索文献，学习并理解微带天线实现圆极化的方法，尝试将上述天线设计成左旋圆极化天线，并给出轴比计算结果。二、设计步骤计算天线几何尺寸微带天线的基板介电常数为r ε= 6，厚度为 h=5mm,中心频率为 f=1.15GHz,s m /103c 8?=天线使用50Ω同轴线馈电，线极化，则（1）辐射切片的宽度2 1 )2 1(2-+=r f c w ε=69.72mm （2）有效介电常数2 1)12 1(2 1 2 1 r e - +-+ += w h r εεε=5.33 （3）辐射缝隙的长度) 8.0/)(258.0() 264.0/)(3.0(h 412.0+-++=?h w e h w e L εε=2.20 （4）辐射切片的长度L e f c L ?-=22ε=52.10mm （5）同轴线馈电的位置L1 21 )121(21 2 1)(re - +-++= L h r r L εεξ=5.20 )1 1(21re L L ξ-= =14.63mm 三、HFSS 设计（1）微带天线建模概述为了方便建模和后续的性能分析，在设计中定义一系列变量来表示微带天线的结构尺寸，变量的定义及天线的结构尺寸总结如下：

微带天线的HFSS设计模型如下：立体图俯视图模型的中心位于坐标原点，辐射切片的长度方向沿着x轴，宽度方向沿着y 轴。介质基片的大小是辐射切片的2倍，参考地和辐射切片使用理想导体来代替。对于馈电所用的50Ω同轴线，这用圆柱体模型来模拟。使用半径为0.6mm、坐标为（L1，0,0）；圆柱体顶部与辐射切片相接，底部与参考地相接，及其高度使用变量H表示；在与圆柱体相接的参考地面上需要挖一个半径为1.5mm的圆孔，作为信号输入输出端口，该端口的激励方式设置为集总端口激励，端口归一化阻抗为50Ω。模型建立好后，设置辐射边界条件。辐射边界表面距离辐射源通常需要大于1/4波长，1.15GHz时自由空间中1/4个波长约为65.22mm，用变量length 表示。（2） HFSS设计环境概述＊求解类型：模式驱动求解。＊建模操作 ①模型原型：长方体、圆柱体、矩形面、圆面。 ②模型操作：相减操作＊边界条件和激励 ①边界条件：理想导体边界、辐射边界。 ②端口激励：集总端口激励。＊求解设置：

用ADS设计微带天线

用ADS 设计微带天线一、原理本微带天线采用矩形微带贴片来进行设计。假设要设计一个在2.5GHz 附近工作的微带天线。我采用的介质基片， εr= 9.8, h=1.27mm 。理由是它的介电系数和厚度适中，在2.5GHz 附近能达到较高的天线效率。并且带宽相对较高。由公式：2 /1212-? ? ? ??+=r r f c W ε=25.82mm 贴片宽度经计算为25.82mm 。 2 /1121212 1-?? ? ?? +-+ += w h r r e εεε=8.889； ()()()()8.0/258.0264.0/3.0412.0+-++=?h w h w h l e e εε ?l=0.543mm ；可以得到矩形贴片长度为： l f c L e r ?-= 22ε=18.08mm 馈电点距上边角的距离z 计算如下： ) 2( cos 2 ) (cos 2)(5010 2 2z R z G z Y e r in ?===λεπβ 2 20 90W R r λ= （0λ<

计算结果：在这类介质板上，2.5GHz时候50Ω传输线的宽度为1.212mm。二、计算基于ADS系统的一个比较大的弱点：计算仿真速度慢。特别是在layout下的速度令人无法承受，所以先在sonnet下来进行初步快速仿真。判断计算值是否能符合事实。 sonnet中的仿真电路图如下：

S11图象如下：可见，按照公式计算出来的数据大致符合事实上模拟出来的结果。但是发现中心频率发生了偏移，这主要是由于公式中很多的近似引起的。主要的近似是下面公式引起 2 20 90W R r λ= （0λ<

实验四 半波偶极子天线设计