Sniffer天线的ADS仿真及参数影响

Sniffer天线的ADS仿真及参数影响
Sniffer天线的ADS仿真及参数影响

Sniffer天线的ADS仿真及参数影响

随着国际上民用无线通讯技术的发展,WI-FI、Bluetooth、Zigbee等主要使用ISM2.4GHz 频段的芯片大量上市,因为芯片本身的集成度非常高,只需要很少的外围器件,整机厂商往往只需要模仿芯片厂商提供的标准设计就可以完成产品,技术门槛变得很低,甚至有些厂家连基本的RF仪器都不配备就可大量生产。像TI的CC2530这款Zigbee芯片,外围的射频部分只有用LC组成的balun及PCB天线,而且TI都提供了相关参数,所以很多厂家都只需要按“标准设计”来仿制,并不配备矢量网络分析仪来调测。

TI的技术资料中,对2.4GHz天线提供了两种标准设计,一种为Inverted-F型PCB天线,另一种为所占面积更小的Meanered Inverted-F型PCB天线,都提供了相关尺寸数据,以方便用户使用。其中后面一种,是TI提供的接入电脑USB口的Zigbee协议探测器中使用的,被称为sniffer,所以也被称为sniffer天线。为了解其性能,试着使用Agilent公司的Advanced Design System进行仿真计算。

1.理想情况下sniffer天线仿真:

Sniffer天线占用面积大约为16X6,其外形如图:

在ADS软件中,要先建立一个项目,填入sniffer,软件会形成一个sniffer_prj命名的文件夹,包括networks、data、emds_dsn、mom_dsn、substrates、synthesis、verification等子文件夹;软件还自动打开一个Schematic界面,可供输入电路原理图,因为是PCB天线仿真,不需要输入原理图,只是用上面的菜单Layout=>Generate/Update Layout,打开Layout界面;使用工具栏(Toolbar)上的Insert Rectangle工具,按TI公司文档AN043上的尺寸画出上图的PCB天线。天线是画在cond层,而下面的敷铜则是cond和cond2层都有,并在hole层加上通孔连接两层,并放置port。

在仿真前要设置Substate,菜单Momentum=>Substate=>Create/Modify,打开设置界面,其中包括Substrate Layers和Layout Layers两个界面。Substrate Layers中,最上面的FreeSpace 不变,表示上面为自由空间;因为PCB天线是使用FR4基板,所以下面一层按FR4的参数设置(包括基板厚度参数);最下层的GND改为open,参数按FreeSpace设置,名称改为Air。

Layout Layers中,要设置cond、cond2和hole的相关参数,形成如图的5层结构,其中cond 为双面覆铜板上面一层的铜箔层,cond2为下面一层的铜箔层,有通孔穿过FR4基板连接两层。这样,Substrate参数就设置完成了,然后进行仿真。

菜单Momentum=>Simulation=>S-parameters,打开界面,设置扫描范围为2~3GHz,然后仿真。仿真时间比较长,往往需要十分钟以上,甚至可能花半个多小时,根据参数设置不同而有差别,最终结果为S参数。因为天线为单端口微波网络,所以只有S11参数,不过为复数,包括实部和虚部,显示形式为幅度和相角;下面还有阻抗圆图(即smith图),看阻抗匹配情况更直观一些。这是仿真后的结果:

由上图可以看出,sniffer天线的S11参数还是很好的,中心频率在2.44GHz,其反射系数为-19dB,转换为VSWR约为1.25。小功率天线,一般用VSWR<2测定带宽(即反射系数小于-9.5dB),图中显示为133MHz,相对带宽约5.5%,已超过2.4~2.5GHz的频段范围,带宽足够。

如果按VSWR<1.5来测定天线带宽,即反射系数小于-14dB,sniffer天线有70MHz带宽,相对带宽约2.9%,大多数情况下带宽也足够,像Zigbee带宽只有5MHz,如果调整得当,已远远超过其要求,会有很好的效果。

菜单Momentum=>Post-Processing=>Radiation Parttern,打开界面,可以设定辐射场的仿真图形参数,得到如下结果:

可以看出,sniffer天线的空间辐射场大致为球形,但因为天线的不对称特性,球有些变形,最大辐射点并不在0度上,而是偏到34度,但幅度变化并不大,如果从3D图上看起来就更明显了。

辐射场像一个苹果,被基板分成两半,上下是对称的,这是近场的情况。菜单FEM=> Simulation=>S-parameters进行仿真,然后FEM=>Post-Processing=>Compute Far Fields进行计算,这个过程耗时比较长,需要耐心等待。完成后,菜单FEM=>Post-Processing=>

Visualization可以显示远场的3D图形:

从上图可以看出,sniffer天线远场辐射接近全向天线,但有两个方向辐射比较弱,一个是馈电点方向,这里有较大的敷地,对信号的辐射有影响;还有一处是在天线左上角,对Inverted-F 形式的天线,这里有一个用于阻抗匹配的支节,这里也是对辐射有影响的地方,但比敷地处的影响要小。

2.PCB加工的板厚误差对天线特性的影响:

以上的仿真,是在特定FR4基板厚度状况下得到的,在此厚度下,0.5mm宽的微带线阻抗为50Ohm。实际在PCB板厂加工时,总会有厚度偏差,需要仿真在厚度变化情况下对天线特性的影响,这里主要考虑对S11的影响。

上图是基板厚度为-10%偏差时S11的特性曲线,对照前面的理想状况下的S11曲线,可以看出:中心频率由2.44GHz变为2.47GHz,增大了约1.3%,而反射系数变为-19.7dB,带宽变化也不大。可见,天线总体性能变化不大,有些性能略有改善。

上图是基板厚度增大10%的S11特性曲线,此时中心频率由2.44GHz变为2.42GHz,降低了0.8%,反射系数变为-18.1dB,带宽基本没变化。因此,设计良好的sniffer天线在PCB加工的厚度误差在±10%之间变化时,可以认为对天线性能基本没有影响。但因为sniffer天

线的相对带宽较窄(约5.5%),如果是使用较宽频带的WI-FI,已接近VSWR<2.0的频带边缘了,但对频带窄的Zigbee基本没有影响。如果PCB厚度偏差较大,比如到±20%,可以得到如下曲线:

可见,PCB厚度在±20%以内变化时,中心频率偏差加大到2%左右,虽然带宽变化并不大,但因为其相对带宽只有5.5%,这些偏差已足以让使用较宽频带的部分信道出现劣化。上述结果只是考虑了基板厚度偏差的部分影响,并没有考虑对馈电的微带线阻抗影响的部分,如果考虑了造成的阻抗失配,影响会更大一些,但对窄带的Zigbee信号的影响可以忽略不计。

3.基板厚度对sniffer天线性能的影响:

因为是民用的无线通信,特别是珠三角等地加工生产的,往往成本是非常重要的考虑因素,也是市场竞争的主要优势,因此一般使用价廉的FR4双面基板制作。但上述仿真使用的基板厚度值,在双面板中一般不会使用,因为太薄而强度不够,需要加工为4层板,增加了成本。常用的双面FR4基板最薄的为0.6mm,设定厚度值进行仿真,得到如下曲线:

可见,其中心频率变为2.25GHz,此时反射系数为-14.8dB,VSWR约为1.44,而VSWR<2.0的频带变为2.2~2.3GHz,相对带宽为4.2%。阻抗圆图为:

可见,此时天线中心频率点已明显偏离了阻抗圆图的中心点。因为在厚度0.6mm基板上已很难做出50Ohm的微带线,所以馈电微带的阻抗失配是必然的,如果考虑这种因素,得到曲线:

这时,中心频率点为2.2GHz,反射系数为-12.7dB,VSWR约为1.6,而VSWR<2.0的频带变为2.16~2.26GHz,相对带宽为4.2%。可以看出,虽然反射系数与带宽都有劣化趋势,但最主要的问题是中心频率的偏离,使整个通频带已不在2.4~2.5GHz的ISM频带上,而在ISM 2.4GHz上的反射系数增加到-3~-2dB,VSWR到了可怕的6~9,已失去原来天线的设计性能。

上图为基板厚度为1mm并考虑馈电线阻抗失配的仿真结果,其中心频率变为2.04GHz,已经不再是2.4GHz频段的天线了。仿真结果显示,基板厚度越厚,其中心频率越低,而中心频率处的反射系数及带宽也有一定劣化,但还在容许范围之内。如果能通过一些设计参数的调整,使中心频率移回2.4GHz频带,还是可以作为这个频段的天线使用的,只是发射性能有所降低。

所以,适当调整参数的sniffer天线其实也可以用较厚的双面板实现,当然也要能接受其性能的降低。

4.导电层对sniffer天线性能的影响:

天线一般是放置在PCB的一侧,贴近非金属外壳,周围近处应避免有导电的金属物,特别是下层不要敷地层。但一些结构设计中,周边往往被设计为各种接插件等金属物体,只能把无线发射模块放在PCB中间架高使用,那么怎样的高度才会不影响天线的性能呢?

其实,这种三维结构的电磁场性能仿真并不是ADS软件的强项,但通过Substate的设置,加入Closed的GND层,也可以仿真出这种情况的影响。

通过设置air层的厚度,也就是天线到地层的距离,可以得到相应的结果。这是50mm的情况:

与理想情况下的sniffer天线的S11曲线对比,基本没有多少变化,可以认为基本没有影响。但如果看其3D图,就能看出明显的变化了:

因为设置了无限大的地平面,电磁场无法向下面辐射,只能向上方反射。相应的2D曲线也

出现了相应变化:

虽然空间辐射场的形状出现了很大的变化,但距离地平面50mm的天线的S11却基本没有差别。但如果设置不同的距离值,就会发现其中的不同,而变化的起始点大约在20~25mm距离。下面分别是距离为25mm和20mm的S11仿真曲线,从中可以看出:25mm时,其中心频率变为2.4GHz,降低约1.6%,而反射系数和带宽变化还不大;而20mm时,中心频率基本还是2.4GHz,但反射系数则变为-13dB,带宽变为只有90MHz,性能劣化就很明显了。

如果再设置距离为10mm,则S11曲线变为:

天线的中心频率基本没有变化,但反射系数只有-6dB,VSWR约为3,原设计的天线性能就很差了,大部分能量将无法发射出去。可见,25mm大约为基本不影响天线性能的距离,如果一个产品使用金属底盘,那么为了保证天线性能,天线距此至少应有25mm距离,否则不能保证天线的设计性能。

当然,这种仿真是以无限大的地为参照的,有限面积的金属体的影响需要用其他的3D电磁场仿真软件才能得到更准确的结果,或者以矢量网络分析仪实测。

5.Sniffer天线的性能评价:

由以上仿真结果可以看出,sniffer天线是一种占用面积非常小的2.4GHz频段天线,只有16X6mm,如果使用得当,是可以发挥其独特的优势的,所以TI公司会在其资料中重点给

予推介。但是,TI公司并没有给出相应的使用条件说明,完全按尺寸Layout的天线也并不一定能达到原设计的效果,更不是像一些人认为的只有这样的外形的天线才适合2.4GHz使用。如图是按单极阵子加阻抗匹配支节设计的直臂天线,占用面积约25X5mm:

仿真出的天线增益为11dBm(馈电为1V时),带宽有188MHz,相对带宽7.8%;而相同馈电情况下sniffer天线增益只有7.6dBm,带宽为133MHz,相对带宽约5.5%。Meanered天线,也常被称为蛇形天线,是以弯折的天线臂来代替直臂,以减小天线占用的面积,但也因此在平行的折臂中出现了反向电流,在引起的辐射场中相互叠加抵消,使其场强比直臂情况下减弱,引起天线增益及发射效率的降低,这是减小尺寸的代价。

(注:以上结果只是使用ADS仿真得到的,因为条件所限,并没有使用网络分析仪验证。)仿真及制作:dwenzhao QQ:1608288659

实验七 微带贴片天线的设计与仿真

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基于HFSS矩形微带贴片天线的仿真设计报告

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(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。

实验一:微带天线的设计与仿真

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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 。 2、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<

微带天线仿真设计(5)讲解

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设辐射元的长为L,宽为ω,介质基片的厚度为h。现将辐射元、介质基片和接地板视为一段长为L的微带传输线,在传输线的两端断开形成开路,根据微带传输线的理论,由于基片厚度h<<λ,场沿h方向均匀分布。在最简单的情况下,场沿宽度ω方向也没有变化,而仅在长度方向(L≈λ/2)有变化。在开路两端的电场均可以分解为相对于接地板的垂直分量和水平分量,两垂直分量方向相反,水平分量方向相同,因而在垂直于接地板的方向,两水平分量电场所产生的远区场同向叠加,而两垂直分量所产生的场反相相消。因此,两开路端的水平分量可以等效为无限大平面上同相激励的两个缝隙,缝的电场方向与长边垂直,并沿长边ω均匀分布。缝的宽度△L≈h,长度为ω,两缝间距为L≈λ/2。这就是说,微带天线的辐射可以等效为有两个缝隙所组成的二元阵列。 经过查阅资料,可以知道微带天线的波瓣较宽,方向系数较低,这正是微带天线的缺点,除此之外,微带天线的缺点还有频带窄、损耗大、交叉极化大、单个微带天线的功率容量小等.在这个课设中,借助EDA仿真软件Ansoft HFSS进行设计和仿真。Ansoft公司推出的基于电磁场有限元方法(FEM)的分析微波工程问题的三维电磁仿真软件,Ansoft HFSS 以其无与伦比的仿真精度和可靠性,快捷的仿真速度,方便易用的操作界面,稳定成熟的自适应网格剖分技术,使其成为高频结构设计的首选工具和行业标准,并已广泛应用于航

HFSS矩形微带贴片天线的仿真设计报告

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(2) 介质基片:点击 :比,:x:0, y:0 , z:0。dx: , dy: 32 , dz:-, 修改名称为Sub,修改 材料属性为 Rogers RT/Duriod 5880,修改颜色为绿色 点击OK (3) 建立天线模型patch , 点击^已,x:,y: 8, z:0 ,dx: ,dy: 16 ,dz: 命名为patch ,点击OK (4) 建立天线模型微带线 MSLine 点击’硏,x:,y: 0, ,z: 0 , dx: ,dy: 8 ,dz:, 命名为MSLine,材料pec,透明度 选中 Patch 和 MSLine,点击 Modeler>Boolean>Unite (5) 、建立端口。创建供设置端口用的矩形,该矩形连接馈线与地 Modeler>Grid Plane>XZ ,或者设置回厂刁冈 习 点击 e ,创建Port 。命名为port 双击 Port 下方 CreatRectangle 输入:起始点:x: ,y: 0,z:-,尺寸:dx: ,dy: 0 ,dz: (6) 、创建 Air 。 点击1 ,x:-5 ,y:-5 ,z:, dx:, dy:42, dz: 修改名字为Air ,透明度. 三、设置边界条件和端口激励。 (1)设置理想金属边界:选择 GND 右击Assign Boundaries>>Pefect E 将理想边界命名为:PerfE_GND ,点击OK (2)、设置边界条件:选择 Port ,点击 Assign Boundaries>>Pefect E 在对话框中将其命名为 PerfE_Patch ,点击0K ,透明度。 修改名称为GND,修改材料属性为pec ,

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:

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基于ADS的微带缝隙天线的仿真设计

课程设计说明书 题目:基于ADS的微带缝隙天线的仿真设计 学院(系): 年级专业: 学号: 学生姓名: 指导教师: 教师职称:

基于ADS的微带缝隙天线的仿真设计 摘要:通信系统的发展带来了天线行业的勃勃生机,在众多的天线类型中微带天线已成为当前研究的前沿之一,具有广阔的前景与实用意义。特别是微带缝隙天线,以其重量轻、剖面薄、平面结构且易与载体共形,馈电网络可与天线结构一起制成等优点已经引起天线工作者的广泛关注。本文就设计一个中心频率工作为880MHz,相对带宽为B=5%,介质板厚度h=1.6mm,损耗角正切tanδ=0.0018,介电常数为Er=2.3的微带缝隙天线展开研究以及仿真和优化。 关键词:ADS;微带缝隙天线;仿真设计; Design of microstrip slot antenna based on ADS simulation Abstract: Communication system development has brought the antenna the vitality of the industry, in many types of antenna microstrip antenna has become one of the forefront of current research, has broad prospects and practical significance. Microstrip slot antenna, in particular, with its light weight, thin section, flat structure and easy with conformal carrier, feeding the advantages of network can be made with the antenna structure has caused extensive concern of antenna workers. In this paper, the design of a work center frequency is 880 MHZ, relative bandwidth is B = 5%, medium plate thickness h = 1.6 mm, loss tangent tan delta = 0.0018, the dielectric constant of Er = 2.3 microstrip slot antenna study and simulation and optimization. Key words: ADS; Microstrip slot antenna. The simulation design; 学习目的 1. 学习射频电路的理论知识;

矩形微带贴片天线设计及仿真

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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

微带天线仿真设计(圆形侧馈)

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 学生姓名 学号 专业班级 指导教师

太原理工大学现代科技学院 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 行装订上交(大张图纸不必装订) 指导教师签名: 日期: 专业班级 学生姓名 课程名称 微波技术与天线课程设计 设计名称 微波器件或天线设计 设计周数 1.5周 指导教师 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结构参数与性能之间关系的探讨 5 在1.5周内完成设计任务 设计内容 设计要求 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。 主要参考 资 料 刘学观,微波技术与天线,西安电子科技大学电出版社,2008 李明洋,HFSS 应用设计详解,人民邮电出版社,2010 学生提交 归档文件 1、相关知识及基本原理 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

微带天线仿真设计

… 设计一、微带天线仿真设计 三角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,设计一个三角形贴片天线,其工作频率为,分析其远区辐射场特性以及S曲线。 一.设计目的与要求 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.创建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.观察对比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— 二.实验原理 如下图所示,用传输线模分析法介绍它的辐射原理。。 设辐射元的长为L,宽为ω,介质基片的厚度为h。现将辐射元、介质基片和接地板视为一段长为L的微带传输线,在传输线的两端断开形成开路,根据微带传输线的理论,由于基片厚度h<<λ,场沿h方向均匀分布。在最简单的情况下,场沿宽度ω方向也没有变化,而仅在长度方向(L≈λ/2)有变化。 在开路两端的电场均可以分解为相对于接地板的垂直分量和水平分量,两垂直分量方向相反,水平分量方向相同,因而在垂直于接地板的方向,两水平分量电场所产生的远区场同向叠加,而两垂直分量所产生的场反相相消。因此,两开路端的水平分量可以等效为无限大平面上同相激励的两个缝隙,缝的电场方向与长边垂直,并沿长边ω均匀分布。缝的宽度△L≈h,长度为ω,两缝间距为L≈λ/2。这就是说,微带天线的辐射可以等效为有两个缝隙所组成的二元阵列。

矩形贴片天线示意图 三.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。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。 (2)为GroundPlane设置理想金属边界。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)。

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 实验内容: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。

(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。 点击OK

微带天线仿真设计

设计一、微带天线仿真设计 三角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,设计一个三角形贴片天线,其工作频率为2.45GHz,分析其远区辐射场特性以及S曲线。 一.设计目的与要求 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.创建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.观察对比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二.实验原理 如下图所示,用传输线模分析法介绍它的辐射原理。。 设辐射元的长为L,宽为ω,介质基片的厚度为h。现将辐射元、介质基片和接地板视为一段长为L的微带传输线,在传输线的两端断开形成开路,根据微带传输线的理论,由于基片厚度h<<λ,场沿h方向均匀分布。在最简单的情况下,场沿宽度ω方向也没有变化,而仅在长度方向(L≈λ/2)有变化。 在开路两端的电场均可以分解为相对于接地板的垂直分量和水平分量,两垂直分量方向相反,水平分量方向相同,因而在垂直于接地板的方向,两水平分量电场所产生的远区场同向叠加,而两垂直分量所产生的场反相相消。因此,两开路端的水平分量可以等效为无限大平面上同相激励的两个缝隙,缝的电场方向与长边垂直,并沿长边ω均匀分布。缝的宽度△L≈h,长度为ω,两缝间距为L ≈λ/2。这就是说,微带天线的辐射可以等效为有两个缝隙所组成的二元阵列。

矩形贴片天线示意图 三.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。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。 (2)为GroundPlane设置理想金属边界。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。起始点位置坐标:X: -22.5,Y:-22.5,Z:0。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。将材料设置为Rogers R04003。 (4)建立贴片Patch。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。 (5)为Patch设置理想金属边界。 (6)创建切角。输入点的坐标:X:0,Y:0,Z:5;X:5,Y:0,Z:5;X:0,Y:5,Z:5;X:0,Y:0,Z:5。在对话窗口中选择Cut。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:-16,dY:-16,dZ:0。两个切角呈中心对称,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Z轴,旋转角度为180 deg,Total为2。 (7)用Patch将切角减去。

微带天线仿真设计

设计一、微带天线仿真设计 三角形贴片就是微带贴片天线最基本得模型,本设计就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,设计一个三角形贴片天线,其工作频率为2、45GHz,分析其远区辐射场特性以及S曲线。 一.设计目得与要求 1、理解与掌握微带天线得设计原理 2、选定微带天线得参数:工作频率、介质基片厚度、贴片模型及馈电点位置 3、创建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参数曲线与方向图 5、观察对比不同尺寸参数得微带天线得仿真结果,并分析它们对性能得影响 二.实验原理 如下图所示,用传输线模分析法介绍它得辐射原理。。 设辐射元得长为L,宽为ω,介质基片得厚度为h。现将辐射元、介质基片与接地板视为一段长为L得微带传输线,在传输线得两端断开形成开路,根据微带传输线得理论,由于基片厚度h<<λ,场沿h方向均匀分布。在最简单得情况下,场沿宽度ω方向也没有变化,而仅在长度方向(L≈λ/2)有变化。 在开路两端得电场均可以分解为相对于接地板得垂直分量与水平分量,两垂直分量方向相反,水平分量方向相同,因而在垂直于接地板得方向,两水平分量电场所产生得远区场同向叠加,而两垂直分量所产生得场反相相消。因此,两开路端得水平分量可以等效为无限大平面上同相激励得两个缝隙,缝得电场方向与长边垂直,并沿长边ω均匀分布。缝得宽度△L≈h,长度为ω,两缝间距为L≈λ/2。这就就是说,微带天线得辐射可以等效为有两个缝隙所组成得二元阵列。

矩形贴片天线示意图 三.贴片天线仿真步骤 1、建立新得工程 运行HFSS,点击菜单栏中得Project>Insert HFSS Dessign,建立一个新得工程。 2、设置求解类型 (1)在菜单栏中点击HFSS>Solution Type。 (2)在弹出得Solution Type窗口中 (a)选择Driven Modal。 (b)点击OK按钮。 3、设置模型单位 将创建模型中得单位设置为毫米。 (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。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。 (2)为GroundPlane设置理想金属边界。在3D模型窗口中将3D模型以合适得大小显示(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。起始点位置坐标:X: 22、5,Y:22、5,Z:0。输入各坐标时,可用Tab键来切换。输入长方体X、Y、Z三个方向得尺寸:dX:45,dY:45,dZ:5。将材料设置为Rogers R04003。 (4)建立贴片Patch。起始点得坐标: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。 (5)为Patch设置理想金属边界。 (6)创建切角。输入点得坐标:X:0,Y:0,Z:5;X:5,Y:0,Z:5; X:0,Y:5,Z:5;X:0,Y:0,Z:5。在对话窗口中选择Cut。在菜单栏中点击Edit>Arrange>Move。在坐标输入栏中输入点得坐标:X:0,Y:0,Z:0;dX:16,dY:16,dZ:0。两个切角呈中心对称,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Z轴,旋转角度为180 deg,Total为2。 (7)用Patch将切角减去。 (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

微带天线设计学习资料

班级:通信13-3班姓名:王亚飞 学号:1306030318 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

目录 1微带天线设计 (3) 1.1微带天线简介 (3) 1.2设计要求 (3) 1.3设计指标和天线几何结构参数计算 (4) 2 HFSS 设计和建模概述 (5) 2.1创建微带天线模型 (5) 2.1.1新建HFSS 工程 (5) 2.1.2建立模型 (6) 2.2相关条件设置 (14) 2.2.1设置激励端口 (14) 2.2.2添加和使用变量 (15) 2.2.3求解设置 (17) 3设计检查和运行仿真分析 (19) 3.1查看天线谐振点 (19) 3.1变量Length、Width扫描分析 (21) 3.2查看S11参数以及Smith圆图结果 (21) 3.3查看驻波比 (22) 3.4查看天线的三维增益方向图 (22) 3.5查看平面方向图 (23) 4总结体会 (23)

1微带天线设计 1.1微带天线简介 微带天线是近30年来逐渐发展起来的一类新型天线。早在1953年就提出了微带天线的概念,但并未引起工程界的重视。在50年代和60年代只有一些零星的研究,真正的发展和使用是在70年代。常用的一类微带天线是在一个薄介质基(如聚四氟乙烯玻璃纤维压层)上,一面附上金属薄层作为接地板,另一面用光刻腐蚀等方法作出一定形状的金属贴片,利用微带线和轴线探针对贴片馈电,这就构成了微带天线。当贴片是一面积单元时,称它为微带天线;若贴片是一细长带条则称其为微带振子天线。 图1.1 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εr 和损耗正切tan δ、介质层的长度LG 和宽度WG。图10.1 所示 的微带贴片天线是采用微带线来馈电的,本章将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。 图1. 1微带天线的结构 1.2设计要求 设计一个矩形微带天线,工作频率为2.45Ghz ,天线使用同轴线馈电。天线的中心频率为2.45GHz,因此设置HFSS 的求解频率(即自适应网格剖分频率)为2.45GHz,同时添加1.5~3.5GHz 的扫频设置,分析天线在1.5~3.5GHz 频段内的回波损耗或者电压驻波比。

hfss矩形微带贴片天线的仿真设计报告

基于HFSS 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 实验内容: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 0,0,0 28.1,32,-0.79 Box Rogers 5880 (tm)GND 0,0,-0.79 28.1,32,-0.05 Box pec Patch 7.03 , 8 , 0 12.45 , 16, 0.05 Box pec MSLine 10.13,0,-0.79 2.49 , 8 , 0.05 Box pec Port 10.13,0,-0.79 2.49 ,0, 0.89 Rectangle Air -5,-5,-5.79 38.1 , 42, 10.79 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Antenna,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)点击创建GND,起始点:x:0,y:0,z:-0.79,dx:28.1,dy:32,dz:-0.05 修改名称为GND, 修改材料属性为pec, (2) 介质基片:点击,:x:0,y:0,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。

设计实验 微带贴片天线设计

设计实验微带贴片天线的设计 一、实验目的 Fig. 1 微带贴片天线设计思路 1、通过HFSS仿真设计微带贴片天线,具体参数要求如下: ?工作频率为2.6GHz,使用材料为FR4(相对介电常数ε=4.4),厚度为1.6mm的双面覆铜板; ?辐射贴片采用夹角为180°的扇形贴片,利用50Ω的微带线进行馈电,用1/4波导微带匹配段对天线进行阻抗匹配; ?要求天线的血站频率在2.55GHz~2.65GHz范围内,且仿真参数S11在谐振频率出小于-13dB。 2、天线设计思路参考Fig.1,仿真成功后做出实物板。 二、实验原理 1、HFSS仿真设计流程: 建立模型→设置边界和激励(包括金属板、介质板和空气盒子)→建立优化→设置求解条件,并执行仿真→生成结果。 2、利用APPCAD计算微带线参数: 介质板厚度为1.6mm,FR4材料的相对介电常数ε=4.4,中心频

率为2.6GHz,根据APCAD计算,如图Fig.2所示,为使微带线馈电电阻为50.04Ω,微带线宽度应为W3=3.06mm,并且1/4波导微带匹配段的长度应为L=15.65mm. Fig. 2 扇形贴片天线参数计算 同时,金属板尺寸为100mm×75mm,可初步估计扇形半径 R=33mm,馈线长度L3=5mm,匹配段宽度W=1mm。根据以上参数可绘制如图Fig.3所示。 Fig. 3 扇形贴片天线参数和设计示意图 3、制板流程: 导出图形→打印胶片→PCB板打孔穿线→将胶片固定在PCB板上

进行曝光→显影→刻蚀→用酒精除去感光膜→焊接→测试。 三、仿真过程与分析 正面示意图 背面示意图 Fig. 4 微带贴片天线设计金属板示意图 1、建立模型(Fig.4)。 打开HFSS,绘制介质板,第一个点(-10,0,0),第二个点

HFSS 矩形微带贴片天线的仿真设计报告.

基于 HFSS 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 实验内容: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 0,0,0 28.1,32,-0.79 Box Rogers 5880 (tm)GND 0,0,-0.79 28.1,32,-0.05 Box pec Patch 7.03 , 8 , 0 12.45 , 16, 0.05 Box pec MSLine 10.13,0,-0.79 2.49 , 8 , 0.05 Box pec Port 10.13,0,-0.79 2.49 ,0, 0.89 Rectangle Air -5,-5,-5.79 38.1 , 42, 10.79 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Antenna,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)点击创建GND,起始点:x:0,y:0,z:-0.79,dx:28.1,dy:32,dz:-0.05 修改名称为GND, 修改材料属性为 pec, (2)介质基片:点击,:x:0,y:0,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。

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