射频微波技术课程设计

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微波技术课程设计

微波技术课程设计

微波技术课程设计引言微波技术是一门涉及电磁波在微波频段的传输和应用的学科。

它在通信、雷达、无线电频谱分析等领域有着广泛的应用。

本文将介绍微波技术课程设计的相关内容,包括课程设计目标、内容安排、实验方案以及评估方法。

课程设计目标微波技术课程设计旨在培养学生对微波技术的理论基础和实践应用能力。

具体目标如下:1.理解微波技术的基本原理和概念;2.掌握微波器件和电路的设计方法;3.学会使用仿真工具进行微波系统分析和优化;4.能够独立完成一个小型微波系统的设计与实现。

课程内容安排本课程设计分为理论学习和实验项目两部分。

理论学习1.微波频段概述:介绍微波频段的定义、特点以及应用领域。

2.微波器件与电路:讲解常见的微波器件(如天线、滤波器、功率放大器等)和电路(如微波集成电路)的设计原理和性能指标。

3.微波传输线理论:介绍微波传输线的特性参数、传输线模型以及常见的微波传输线类型。

4.微波系统分析与优化:介绍微波系统的分析方法,包括S参数测量、噪声系数测量等,并讲解如何使用仿真工具进行系统优化。

实验项目1.微波器件测试:学生将使用测试仪器对不同类型的微波器件进行性能测试,包括频率响应、增益、带宽等指标。

2.微带天线设计:学生将根据给定的频率要求和天线类型,设计并制作一个微带天线,并进行性能测试和优化。

3.微波功率放大器设计:学生将设计一个微波功率放大器电路,并通过仿真工具进行性能分析和优化。

最后,学生需要制作并测试该功率放大器的实际性能。

实验方案实验设备与软件1.高频信号发生器:用于产生不同频率的高频信号。

2.高频功率计:用于测量高频信号的功率。

3.网络分析仪:用于测量S参数以及其他高频电路的性能。

4.仿真软件:如ADS、CST等,用于进行微波系统的仿真和优化。

实验步骤1.实验项目一:微波器件测试–准备不同类型的微波器件样品;–连接相应的测试仪器,测量器件的频率响应、增益、带宽等指标;–分析并比较不同器件的性能。

Genesys射频微波电路设计与仿真课程设计

Genesys射频微波电路设计与仿真课程设计

Genesys射频微波电路设计与仿真课程设计一、背景随着科技的不断进步和发展,射频微波电路在通信、雷达、天文、电子等领域的应用越来越广泛。

因此,射频微波电路设计与仿真技术得到了广泛关注。

为培养更多能从事射频微波电路设计与仿真工作的专业人才,本文将介绍一门名为“Genesys射频微波电路设计与仿真”的课程设计。

二、设计目标本课程设计的目标是让学生了解射频微波电路的基本概念、设计方法和仿真工具,能够独立设计并仿真射频微波电路,具备一定的实践能力。

三、设计内容本课程设计分为两个部分:理论学习和实践项目。

1. 理论学习在理论学习部分,学生将了解射频微波电路的基本概念、设计流程和方法、以及仿真工具的使用方法。

具体内容如下:•射频微波电路基础知识:介绍射频微波电路的基本概念、分类和应用。

•设计流程和方法:介绍射频微波电路的设计流程和方法,包括需求分析、电路结构设计、元器件选型和布局布线等。

•射频微波电路设计软件:介绍目前常用的射频微波电路仿真软件,包括ADS和Genesys等。

讲解软件的使用方法及仿真流程。

2. 实践项目在实践项目部分,学生将通过具体的设计与仿真任务,检验自己的学习成果,并获得实践能力的提升。

具体内容如下:•变频放大器设计与仿真:学生需要使用Genesys进行变频放大器的设计与仿真。

在此项目中,主要涉及到的设计与仿真内容有:输入输出匹配电路设计、输出功率及效率的调整、干扰与抑制等方面。

•射频滤波器设计与仿真:学生需要使用Genesys进行射频滤波器的设计与仿真。

在此项目中,主要涉及到的设计与仿真内容有:通带、截止频率和带宽的确定、丢失耗损和插入损耗的测量等方面。

四、教学方法本课程设计采取以“实践能力”为重点的教学方法,强调学生学以致用、理论联系实践。

具体方法如下:•理论讲解:老师在讲解理论知识时,将结合实际应用,给学生更好的理解和认识。

•实验设计:老师会设计一些任务,让学生在实践中学会应用理论知识。

射频电路课程设计或者微波电路课程设计报告——波导微带转换电路设计报告

射频电路课程设计或者微波电路课程设计报告——波导微带转换电路设计报告

波导到微带转换电路一、技术指标要求:工作频率:26.5~40GHz输入/输出驻波比:<1.2插入损耗:<1.0dB二、理论分析:现在波导到微带的转换电路一般采用E面或H面插入探针的办法实现。

本设计做的是H面探针的模型仿真。

仿真模型如下图1所示:矩形波导的主模是TE模,电场在宽边的中心处达到最大值,所以将微带探针从10宽边中心插入波导,这样波导中的场将在探针上尽可能大的激励起电流。

探针附近被激励起的高次模存储无功功率的局部场,使接头具有电抗性质。

由于探针过渡具有容性电抗,一段具有感性电抗的高阻线被串联在探针过渡器后面,以消除容性电抗。

通过仿真发现对转换电路影响较大的参量有6个,分别是:探针长度L1,探针宽度W1,开口面大小(宽d,高h),高阻抗线长度L2,高阻抗线宽度W2,短路面离探针的距离D。

由于短路面为电壁,所以在短路面的四分之一波长处的电场有最大值,设计时将D取为四分之一波长。

三、设计过程:本设计中心频率取工作的两边界和的一半大约为33GHZ,工作频段为26.5GHz 到40GHz。

确定矩形波导尺寸、基板的材料和尺寸以及微带金属条带的初始尺寸并建立模型。

此处采用WR-28标准矩形波导,尺寸为7.112mm*3.556mm,基板材料选用Rogers5880型基片,厚度为0.254mm,相对介电常数为2.2,微带金属条带厚度为0.05mm,通过阻抗软件计算得出50欧姆微带线在33GHZ的宽度为0.75mm。

波导开口面的大小对电路的性能有一定的影响,为了抑制高次模又较好的实现匹配这里取开口面宽边d为1.8mm高h为1mm。

探针的尺寸先设置初始值在通过HFSS仿真优化得出长度L1=1.79mm,宽度W1=0.8mm,厚度取0.05mm。

高阻抗线长度L2=0.5mm,宽度W2=0.3mm,厚度取0.05mm。

短路面至探针的距离经计算得D=2.28mm。

整个波导的长度取为13.28mm。

四、设计结果及存在问题分析:从下图S21的曲线图可以看出在26.5GHZ-40GHZ频段S21的大小都小于0.065Db,信号能很好的传输满足插损要求。

微波技术课程设计

微波技术课程设计

微波技术课程设计一、课程设计背景微波技术是电子信息工程专业中的重要课程之一,也是现代通信领域的核心技术。

在该领域中,微波技术被广泛应用于无线通信、雷达探测、卫星通信等方面。

因此,对于学习该专业的学生来说,深入了解微波技术是十分必要的。

二、课程设计目标本次微波技术课程设计旨在帮助学生深入了解微波技术的基本原理和应用,并通过实践操作提高其实际操作能力,具体目标如下:1. 理解微波技术的基本原理和特性;2. 掌握常见微波器件的工作原理及其应用;3. 学会使用仿真软件进行电路仿真和优化;4. 能够独立完成简单微波电路设计和制作,并进行测试。

三、课程设计内容1. 微波器件原理及应用主要介绍常见微波器件(如方向耦合器、功分器、滤波器等)的工作原理和应用场景,并通过实验验证其性能。

2. 微波传输线与阻抗匹配介绍微波传输线的类型和特点,以及阻抗匹配的原理和方法,并通过仿真软件进行电路仿真验证。

3. 微波功率放大器设计学习微波功率放大器的基本原理和设计方法,通过仿真软件进行电路仿真和优化,并进行实际制作与测试。

4. 微波射频信号发生器设计学习微波射频信号发生器的基本原理和设计方法,通过仿真软件进行电路仿真和优化,并进行实际制作与测试。

四、课程设计步骤1. 理论学习首先,学生需要通过教材、课堂讲解等方式对微波技术的基本原理、常见器件及其应用等方面进行深入了解。

2. 仿真实验在掌握一定的理论知识后,学生需要使用相关仿真软件(如ADS、HFSS等)对所学内容进行电路仿真,并对结果进行分析和优化。

3. 实际操作在完成一定数量的电路仿真后,学生需要根据所学知识独立完成简单微波电路的设计、制作与测试。

在此过程中,需要注意安全问题及仪器操作规范。

五、课程评估方式1. 实验报告学生需要根据实验内容编写实验报告,包括电路设计思路、仿真结果及分析、实际制作过程和测试结果等内容。

2. 实验成果展示学生需要将所制作的电路进行展示,并对其性能进行说明。

射频微波电路综合课程设计带通滤波器实验报告(模板)

射频微波电路综合课程设计带通滤波器实验报告(模板)

射频微‎波电路‎综合课‎程设计‎带通滤‎波器实‎验报告‎射频‎微波电‎路综合‎课程设‎计带通‎滤波器‎实验报‎告‎‎‎‎篇一‎:‎‎‎射频电‎路课程‎设计‎摘要‎滤波‎电路的‎综合设‎计是相‎当复杂‎的,需‎要好多‎理论知‎识和数‎学知识‎做铺垫‎,我们‎知道用‎于无线‎的模拟‎电路是‎在吉赫‎兹频段‎,高性‎能计算‎机、工‎作站,‎当然还‎有作为‎这方面‎例子的‎个人计‎算机,‎他们所‎使用电‎路的时‎钟频率‎不断的‎增加。

‎全球定‎位系统‎载波频‎率在1‎22‎ 7‎.60‎m hz‎~15‎7‎5.‎42m‎h z范‎围,而‎此次课‎程设计‎主要向‎大家介‎绍最大‎平滑巴‎特沃兹‎微波电‎路和等‎波纹契‎比学夫‎微波电‎路设计‎方法。

‎当微波‎电路工‎作在射‎频的低‎端频段‎,可以‎使用集‎总参数‎的元件‎进行设‎计,利‎用集总‎参数的‎电感和‎电容,‎按照一‎定的设‎计规则‎选取合‎适的电‎路和元‎件的参‎数,就‎可以实‎现归一‎化低通‎滤波电‎路的设‎计。

然‎后通过‎利用频‎率变换‎就可以‎低通微‎波电路‎、高通‎微波电‎路、带‎通微波‎电路和‎带阻微‎波电路‎的设计‎。

关‎键字:‎‎滤波‎电路‎平滑巴‎特沃兹‎微波电‎路等‎波纹契‎比学夫‎微波电‎路一‎引言‎通过‎对射频‎设计电‎路的学‎习,我‎们知道‎无线通‎信的快‎速发展‎,更紧‎凑的滤‎波器和‎混频器‎电路正‎在被设‎计和使‎用。

通‎常这些‎电路的‎工作频‎率高于‎1Gh‎z。

毫‎无疑问‎这种趋‎势将会‎继续下‎去,因‎此不仅‎要有独‎特性能‎的技术‎装置,‎而且要‎学会对‎高频电‎路中遇‎到的问‎题进行‎分析,‎我们知‎道随着‎频率的‎升高以‎及其相‎应的电‎磁波的‎波长变‎得可与‎分立电‎路元件‎的尺寸‎相比拟‎时,电‎阻、电‎容和电‎感这些‎元件的‎电响应‎就开始‎偏离他‎们的理‎想频率‎特性,‎下面将‎简单的‎向大家‎介绍一‎下本次‎滤波电‎路的设‎计方法‎,以及‎如何对‎其进行‎归一化‎。

射频微波实验报告

射频微波实验报告

一、实验目的1. 理解射频微波的基本原理和关键技术。

2. 掌握射频微波元件的特性参数测量方法。

3. 熟悉射频微波系统的搭建和调试技术。

4. 提高对射频微波电路设计和分析能力。

二、实验原理射频微波技术是现代通信、雷达、遥感等领域的重要技术。

本实验主要涉及以下原理:1. 射频微波传输线:了解射频微波传输线的种类、特性及其在射频微波系统中的应用。

2. 射频微波元件:掌握射频微波元件(如衰减器、隔离器、滤波器等)的工作原理和特性参数。

3. 射频微波系统:了解射频微波系统的组成、工作原理和调试方法。

三、实验内容1. 射频微波传输线测量:使用矢量网络分析仪测量微带传输线的特性参数(S参数)。

2. 射频微波元件测量:测量衰减器、隔离器和滤波器的特性参数(如插入损耗、隔离度、带宽等)。

3. 射频微波系统搭建:搭建一个简单的射频微波系统,并进行调试。

四、实验步骤1. 实验一:射频微波传输线测量(1)准备实验设备:矢量网络分析仪、微带传输线、测试夹具等。

(2)设置测试参数:起始频率、终止频率、步进频率等。

(3)连接设备:将矢量网络分析仪、微带传输线和测试夹具连接好。

(4)进行测试:启动矢量网络分析仪,进行S参数测量。

(5)分析结果:根据测量结果,分析微带传输线的特性参数。

2. 实验二:射频微波元件测量(1)准备实验设备:矢量网络分析仪、衰减器、隔离器、滤波器等。

(2)设置测试参数:起始频率、终止频率、步进频率等。

(3)连接设备:将矢量网络分析仪、射频微波元件连接好。

(4)进行测试:启动矢量网络分析仪,进行特性参数测量。

(5)分析结果:根据测量结果,分析射频微波元件的特性。

3. 实验三:射频微波系统搭建(1)设计系统方案:根据实验要求,设计射频微波系统方案。

(2)搭建系统:按照设计方案,搭建射频微波系统。

(3)调试系统:对系统进行调试,确保系统正常工作。

(4)测试系统:对系统进行测试,验证系统性能。

五、实验结果与分析1. 射频微波传输线测量结果:测量得到微带传输线的S参数,分析其特性参数。

微波技术与微波电路课程设计

微波技术与微波电路课程设计一、课程设计背景微波技术与微波电路是通信工程、电子信息科学与技术等专业中的重要基础课程。

该门课程主要涉及微波信号传输原理、微波器件与电路设计、微波天线设计等方面内容。

本门课程的课程设计,旨在帮助学生进一步掌握微波电路的设计和实现技术,并通过实际操作锻炼学生的实验能力和综合实践能力。

二、课程设计内容本次课程设计的主要内容是设计一个微波混频器电路。

所谓混频器,是指将两个不同频率的信号输入混合后得到一个新的信号。

混频器是微波电路中的常用部件,用于频率加减、倍频、相位检测等多种应用。

具体设计要求如下:1.设计一个基带频率为10MHz的信号源,并将其输入至混频器中。

2.设计一个本振频率在1GHz~2GHz范围内的信号源,并将其输入至混频器中。

3.将混频器的输出信号通过频率分析仪进行频谱分析,并进行功率检测。

4.设计合适的滤波电路,滤除杂散频率和噪声。

5.对于设计的混频器电路,进行仿真验证和实际测试,并对测试结果进行分析。

6.撰写实验报告,详细记录电路设计、仿真、测试过程、测试结果和分析。

三、课程设计实施1. 信号源设计在信号源的设计中,可以采用阻抗匹配技术、电容调整技术等手段,使信号源的输出可靠、稳定。

具体的设计方法和设计参数可以根据课本和实验指导书进行参考。

2. 混频器电路设计通常混频器电路的设计需要考虑其工作频段、转换损耗、隔离度、IP3点等指标。

在设计中,需要采用合适的电路结构,如双平衡混频器、均衡混频器等,以达到较好的性能指标。

3. 滤波电路设计滤波电路的设计目的是去除混频器输出信号中的噪声和杂散频率,使输出信号纯净。

在滤波电路的设计中,需要选择合适的滤波器类型和参数,并通过实验验证其性能。

4. 仿真和测试在完成混频器电路的设计和滤波器的设计后,需要进行仿真和测试。

通过仿真和测试可以检验设计的电路是否合理和达到了预期的性能指标。

5. 实验报告撰写实验报告应详细记录电路设计、仿真、测试过程、测试结果和分析,包括电路图、电路参数、仿真软件截图、实验过程照片等内容。

安大射频电路与微波工程课表

安大射频电路与微波工程课表
摘要:
一、引言
二、课程基本信息
1.课程名称
2.课程性质
3.学分
4.学时
三、课程内容安排
1.课程目标
2.课程大纲
四、教学方法和考核方式
1.教学方法
2.考核方式
五、课程教材与参考书
六、课程教师简介
七、课程实践与实验
八、课程成果展示与交流
九、课程总结与展望
正文:
一、引言
射频电路与微波技术在我国电子信息领域占有重要地位,随着科技的飞速发展,射频电路与微波工程技术在各行各业中的应用日益广泛。

安大开设的射频电路与微波工程课程,旨在培养具备射频电路与微波工程技术知识和实际操作能力的高级人才。

二、课程基本信息
1.课程名称:射频电路与微波工程
2.课程性质:专业必修课
3.学分:3学分
4.学时:48学时
三、课程内容安排
1.课程目标:培养学生掌握射频电路与微波工程的基本原理、基本方法和实际应用,具备分析和解决射频电路与微波工程问题的能力。

2.课程大纲:
(1) 射频电路基础
(2) 微波传输线与微波元件
(3) 微波网络分析与设计
(4) 微波集成技术与器件
(5) 微波工程应用
四、教学方法和考核方式
1.教学方法:理论教学、实验教学、课程设计与实践相结合。

2.考核方式:课程论文、实验报告、课程设计、期末考试。

五、课程教材与参考书
1.教材:《射频电路与微波工程》,作者:张三,出版社:电子工业出版社。

2.参考书:《微波工程》,作者:李四,出版社:清华大学出版社。

微波与射频技术课程设计

微波与射频技术课程设计一、设计背景微波与射频技术作为无线电领域中的重要方向,一直受到广泛关注。

近年来,随着5G和物联网的发展,对于微波与射频技术的需求也越来越大。

在此背景下,本课程设计旨在通过对微波与射频技术的学习,让学生了解该领域的基本知识和应用技术,并通过实验,让学生掌握基本的实验技能,为今后的学习和工作打下坚实的基础。

二、设计目标本课程设计的主要目标如下:1.让学生了解微波与射频技术的基本知识,包括微波与射频的概念、特性、信号传输和调制等相关知识。

2.让学生了解微波与射频技术在通信、雷达、卫星等领域的应用。

3.通过实验,让学生掌握微波与射频技术相关的实验技能,并运用所学知识解决实际问题。

三、教学内容本课程设计主要包括以下内容:1. 微波与射频技术基础知识1.微波与射频的概念和基本特性2.微波与射频信号的传输和调制3.微波与射频技术在通信、雷达、卫星等领域的应用2. 微波与射频技术实验1.微波和射频信号的产生和处理2.微波和射频信号的测量和分析3.微波和射频信号的调制和解调四、教学方法本课程设计采用理论教学与实验相结合的方式,其中理论教学以讲解课件和示例演示为主,实验教学则以实验操作和实验报告为主。

在理论教学中,教师将介绍微波与射频技术的基本知识、应用领域和发展趋势,以及相关的研究方法和重要成果。

通过讲解课件和示例演示,让学生理解微波与射频技术的相关概念和原理。

在实验教学中,教师将根据教学内容,设计不同的实验项目,让学生根据实验指导书进行实验操作,并撰写实验报告。

通过实验,让学生掌握微波与射频技术的基本实验技能,同时也锻炼学生的实验能力和动手能力。

五、教学评价本课程设计将采用多种评价方式,包括作业、实验报告、课堂测验等方式。

在作业方面,教师将根据教学内容设计不同类型的作业,要求学生根据所学知识进行分析和解答。

在实验报告方面,教师将根据实验指导书和实验要求,要求学生按照规定的格式和要求撰写实验报告,并对实验过程和结果进行分析和总结。

微波技术基础修订版教学设计

微波技术基础修订版教学设计一、课程背景微波技术是一门独立的学科,其在通信、雷达、导航等领域具有广泛的应用。

本课程旨在让学生从理论认识微波技术到应用实践中掌握该领域的相关知识。

二、教学目标1.掌握微波技术的基本概念、原理、特点及其在通信、雷达、导航等领域中的应用。

2.熟悉微波电路的设计方法和基本系统的组成。

3.深入了解微波射频器件的特性、制作工艺和测试方法。

4.掌握微波天线的基本概念、特点和设计方法。

5.能够独立完成一个简单的微波电路设计和测试实验。

三、教学内容第一讲微波天线和传输线理论基础1.微波信号的基本特性。

2.微波天线的基本理论和特点。

3.传输线的基本理论和应用。

4.实验:基本传输线参数的测试。

第二讲微波导波管和铁氧体元器件1.微波导波管的基本原理和性能。

2.铁氧体元器件的基本结构和特性。

3.微波开关和滤波器的设计和实现。

4.实验:微波导波管和铁氧体元器件的特性测量。

第三讲微波功率放大器和混频器1.微波功率放大器和混频器的基本原理和实现方法。

2.微波功率放大器和混频器的组成和工作原理。

3.微波混频器的设计和实现。

4.实验:微波功率放大器和混频器的特性测量。

第四讲微波射频器件和调制解调技术1.微波射频器件的制作工艺和特性。

2.微波射频调制解调技术的基本原理和应用。

3.实验:微波射频器件的制作和调制解调实验。

四、教学方法本课程采用理论讲授和实验实践相结合的方式,采用小组讨论、课堂互动等教学方法,强调学生的参与和自主学习。

理论讲解中重点讲解微波技术的基本概念、原理和特点;实验部分强调实践能力的培养,学生需按照实验指导书进行实验操作,重点是实验数据的处理和结果分析。

五、考核方式本课程的考核方式采用闭卷笔试和实验报告相结合的方式,笔试占50%的成绩,实验报告占50%的成绩。

六、教材及参考书目1.《微波技术导论》,周立功,电子工业出版社。

2.《微波射频技术基础》,刘秀峰,中国科学技术出版社。

3.《微波通信》,张俊华,中国电力出版社。

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射频微波技术课程设计专业班级:学号:学生姓名:指导教师:年月日设计题目:圆极化微带天线仿真设计一、内容摘要微带天线(microstrip antenna)在一个薄介质基片上,一面附上金属薄层作为接地板,另一面用光刻腐蚀方法制成一定形状的金属贴片,利用微带线或同轴探针对贴片馈电构成的天线。

微带天线分2 种:①贴片形状是一细长带条,则为微带振子天线。

②贴片是一个面积单元时,则为微带天线。

如果把接地板刻出缝隙,而在介质基片的另一面印制出微带线时,缝隙馈电,则构成微带缝隙天线。

二、设计任务及指标:设计一种谐振频率为920MHz的圆极化贴片天线,利用Ansoft公司的HFSS13.0对其进行建模并对其进行仿真分析天线的远区辐射场特性并进行一系列优化。

进一步理解微带天线的特性与应用,掌握微波天线的工程设计方法和技巧,熟悉三维电磁场仿真工具HFSS,了解微波天线产品的系统概念,提高专业素质和工程实践能力。

(1)工作频段:900~1200MHz。

(2)基板FR4:H=1.5mm,Er=4.4,tand=0.02。

(3)驻波比小于1.5。

(4)轴比小于3dB。

(5)方向性系数高于3dB。

(6)极化方式RHCP。

三、设计原理:1.微带贴片天线的工作原理微带贴片天线是由介质基片、在基片一面上有任意平面形状的导电贴片和基片另一面上的地板所构成。

天线要解决的两个重要问题是阻抗特性和方向特性。

前者要解决天线与馈线的匹配问题;后者要解决定向辐射或定向接收问题,也就是要解决提高发射功率或接收机灵敏度的问题。

而不论是阻抗特性还是方向特性都必须首先求出天线在远区的电磁场分布,为此要求解满足天线边界条件的麦克斯韦方程组。

对于这样一个电磁场的边值问题,严格的数学求解是很困难的。

因此,经常采用工程近似的方法进行研究,即用某种初始场的近似分布代替真实的准确分布来计算辐射场。

微带天线的辐射机理实际上是高频的电磁泄漏。

一个微波电路如果不是被导体完全封闭,电路中的不连续处就会产生电磁辐射。

例如微带电路的开路端,结构尺寸的突变、折弯等不连续处也会产生电磁辐射(泄漏)。

当频率较低时,这些部分的电尺寸很小,因此泄漏也笑;但随着频率的增高,电尺寸增大,泄漏就大。

在经过特殊设计,即放大成贴片状,并使其工作在谐振状态,辐射就明显增强,辐射效率就大大提高,从而成为有效的天线。

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1.1微带天线的结构对于矩形贴片微带天线,理论分析时可以采用传输线模型来分析其性能。

矩形贴片微带天线的工总模式是TM10模,意味着电场在长度L 方向有λg/2的改变,而在宽度W 方向上保持不变,如图2(a )所示,在长度L 方向上可以看作成有两个终端开路的缝隙辐射出电磁能量,在宽度W 方向的边缘处由于终端开路,所以电压值最大电流值最小。

图1.2微带天线示意图微带天线的辐射可以用图2.1(a )所示的简单情况来说明。

假定介质基片厚度0h λ<<,可以认为电场沿微带结构的宽度W 与厚度h 方向没有变化,则贴片天线的电场结构可由图2.1(b )表示,电场仅沿约为半波长的贴片长度L 方向变化。

辐射基本上是由贴片开路边沿的边缘场引起的。

在两端的场相对于地板可以分解为法向分量和切向分量,因为贴片长近似为/2e λ,所以法向分量反相,由它们产生的远区场在正面方向上相互抵消。

平行于地板的切向分量同相,因此,合成场增强,从而使垂直于结构表面的方向上辐射场最强。

所以,贴片可以表示为相距/2e λ、同相激励的两个缝隙,如图2.1(c)所示。

图2.2给出了矩形微带天线H 面和E 面辐射方向图,由于接地板的存在天线主要向上半空间辐射。

图2.1 矩形微带天线图2.2 矩形微带天线方向图选择天线的工作频率c f 和介质基板后,根据施奈德经验公式(2.1),(2.2),(2.3),(2.4)可以计算出天线的长和宽。

具体过程如下:选择适当厚度的介质基片。

本实验选择介电常数为4.4厚度h 为1.5mm 的介质片。

介质基片参数r ε、tan δ和h 选定之后,由式(2.1)计算贴片矩形贴片天线的宽度W 。

121w 22r c c f -ε+⎛⎫=⎪⎝⎭(2.1) 对于工作于TM 01模的矩形微带贴片天线长度近似为λg /2,而介质内波长λg =λ0这里c ε为介质基片的有效介电常数,考虑到边缘效应,c ε 用施奈德等效介电常数e ε代替,用式(2.2)得到e ε。

()()121110122r r e h w εεε-+-⎛⎫=++⎪⎝⎭(2.2) 矩形微带贴片天线的长度L 在理论上近似为λg /2,但实际上由于边缘场的影响,在确定L 的尺寸时应从λg /2中减去2ΔL 。

ΔL 的值由式(2.3)计算()()()()0.3/0.2640.4120.258/0.8e e w h L h w h εε++∆=-+ (2.3)于是2L L =-∆ (2.4)2. 圆极化微带天线的基本知识圆极化微带天线包括两种形式:谐振微带贴片与行波微带线型天线。

谐振贴片辐射圆极化波的基本原理是:产生两个相互垂直的线极化电场分量,并使二者振幅相等,相位相差90°。

实现方法分为三类:单馈法,多馈法和多元法。

本次采用单馈法进行设计。

单馈法的产生机理是基于空腔模型理论,利用兼并分离单元产生的两个简并分析模工作。

设计关键为确定几何微扰,即选择简并模分离单元的位置和大小,以及恰当的馈点。

单馈法的优点是无需外加的相移网络和功率分配器,结构简单,成本低,适合小型化。

缺点是带宽窄,极化性能较差。

3. 设计过程(1)设计目标:工作频率920MHz 的圆极化微带贴片天线。

(2)采用单馈法(同轴馈电),矩形采用的是正方形。

(3)将h=1.5mm ,r ε=4.4,中心频率为920MHz ,经过公式2.1计算得到W 约等于99.23mm ,公式2.2计算得到e ε=4.28,公式2.3和2.4的计算可得L 约等于77.41mm 。

在实际的贴片天线中常采用正方形的形式,且实际仿真与理论计算之间的误差,所以初始的贴片尺寸设计为长宽均为80mm 的贴片。

(4)采用右旋圆极化,切角选用三角形。

切角的大小在设计过程中采用仿真的方法确定。

四、贴片天线仿真:1. 新建工程,按照给定材料要求创建三维模型。

模型包括以下几个部分: 介质板substrate ,其初始坐标(-100,-100,0),相对坐标(200,200,1.5) 底层金属ground_plane ,初始坐标(-100,-100,0),相对坐标(200,200,0) 金属贴片patch ,初始坐标(-40,-40,1.5),相对坐标(80,80,0)馈电点feed ,圆心坐标(0,20,0),相对坐标(0.5,0,1.5) 板上圆孔port ,圆心坐标(0,20,0),相对坐标(1.15,0,0) 贴片三角形(-18,-18,1.5)和(18,18,1.5)单位均为mm背景空间air 沿Z 轴空间范围为±2000,沿X ,Y 轴范围为±100图1.1在patch上切割三角形,最终结果如下图图1.22.设置几何变量设置几何形状尺寸变量(1)设置地板ground_plane的尺寸变量:将Position的(-100mm,-100mm,0mm) → (PlaneStart, PlaneStart,0)。

相对坐标(200,200,0)→ (PlaneSize,PlaneSize,0)。

(2)设置介质板substrate的尺寸变量:(-100,-100,0)→(SubStart,SubStart,0)(200,200,1.5)→(SubSize,SubSize,SubHight)(3)设置Patch尺寸变量:(-40,-40,1.5)→(PatchStart,PatchStart,SubHight)(80,80,0)→(PatchSize,PatchSize,0)(4)设置Feed尺寸变量(0,20,0)→(0,FeedLocation,0)Height→SubHight(5)设置Port尺寸变量(0,20,0)→(0,FeedLocation,0)(6)设置三角形尺寸变量(0,18,0)→(0,ChamSize,0)(18,0,0)→(ChamSize,0,0)3.设定三角形的位移变量展开patch/Subtract/polyline1/move,将Move Vector设置为(PatchStart,PatchStart,SubHight)4.设置变量之间的关系PlaneStart设为-PlaneSize/2,SubStart设为-SubSize/2,PatchStart设为-PatchSize/25.Substrate材料选择FR46.设置边界条件和激励源背景空间设定为”Radiation”边界条件,以模拟一个允许波进入空间辐射无限远的表面。

在操作历史树中复选" ground_plane "和"patch",点击鼠标右键选择Assign Boundary\Finite Conductivity。

出现对话框,不作改动,点击ok完成设置。

" Finite Conductivity "(有限电导边界)是一种电导率和磁导率均为频率函数的有耗材料,若选择"Perfect E"(理想电边界)会使模拟结果的S11较低。

为Port设置激励源在操作历史树中的sheets中选定Port点击右键选择”Assign Excitation\Lumped port”,在出现的对话框中将”name”设置为”port”,点击下一步。

在”Integration Line”中选择”New Line”,出现”Create Line”的对话框,输入起始坐标(0,21.15,0),激励源向量(0,-0.65,0),表示一个从feed的激励源向量。

这里需要说明的是”Wave Port”和”Lumped port”都是常用的激励源,前者属于整个平面的激发,后者属于某个点的激发。

而且因为设置的求解模式”Driven Modal”,所以需要CreateLIne 来画积分线。

7.解的设置在项目管理窗口中选中”Analysis”,选择”analysis solution setup”,在出现的对话框中设定”Solution Frequency”为920MHz,迭代次数Maximum Number of为20,Maximum delta S 为0.02,点击对话框中的option属性页,按照要求设置参数。

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