实验一：微带天线的设计与仿真
微带贴片天线设计实验
微波技术与天线实验报告姓名张思洋学号411109060103 实验日期2014.04.11 实验名称微带贴片天线设计实验实验类型设计性实验目的1、熟悉并掌握HFSS设计微带天线的操作步骤及工作流程。
2、掌握ISM频段微带贴片天线的设计方法。
实验内容使用HFSS进行微带贴片天线的设计实现，创建设计模型，进行求解设置，设置求解频率为 2.45GHz，同时添加 1.5-3.5GHz的扫频设置，分析天线在1.5-3.5GHz频段内的电压驻波比，并运行仿真计算。
将谐振频率落在2.45GHz频点上。
最后进行相关的数据后处理。
实验原理微带天线是当今无线通信领域中广泛应用的一种天线，具有质量轻、体积小、易于制造等特点，本实验的ISM频段微带贴片天线是工作在2.45GHz，采用同轴线馈电的一种简单的微带天线。
微带天线的基本参数：工作频率 2.45GHz，介质板相对介电常数3.38，介质层厚度5mm，矩形贴片宽度41.4mm，辐射缝隙长度2.34mm,矩形贴片长度31mm，参考地长宽为61.8mm*71.4mm，同轴线馈点坐标（9.5，0）。
要求设计的天线最大增益大于7dB。
前后比大于5dB。
实验步骤及结果一、新建HFSS工程1.新建一个名为MSAntenna.hfss的工程文件。
2.将求解类型设置为Driven Model二、创建微带天线模型1.将模型的默认长度设置为毫米mm2.创建参考地在Z=0的XOY面上创建一个顶点位于（-45mm,-45mm）,大小为90mm*90mm的矩形面作为参考面，并把它命名为GND,并为其分配理想导体边界条件。
然后将此边界命名为PerfE_GND3.创建介质板层创建一个80mm*80mm*5mm的长方体作为介质板层，介质板层位于参考地面上，顶点坐标为（-40，-40，0），介质的材料为R04003。
4.创建微带贴片在z=5的XOY面上创建一个顶点坐标为（-15.5mm，-20.7mm，5mm），大小为31.0mm*41.4mm的矩形面作为微带贴片，命名为Patch，并为其分配理想导体边界条件。
微带天线仿真设计(5)汇总
太原理工大学现代科技学院微波技术与天线课程设计设计题目：微带天线仿真设计（5）专业班级学号姓名指导老师专业班级 学号 姓名 成绩 设计题目：微带天线仿真设计（5） 一、设计目的： 通过仿真了解微带天线设计 二、设计原理： 1、微带天线的结构 微带天线是由一块厚度远小于波长的介质板（成为介质基片）和（用印刷电路或微波集成技术）覆盖在他的两面上的金属片构成的，其中完全覆盖介质板一片称为接触板，而尺寸可以和波长想比拟的另一片称为辐射元。
微带天线的馈电方式分为两种，如图所示。
一种是侧面馈电，也就是馈电网络与辐射元刻制在同一表面；另一种是底馈，就是以同轴线的外导体直接与接地板相连，内导体穿过接地板和介质基片与辐射元相接。
微带天线的馈电 （a ）侧馈 （b ）底馈 2、微带天线的辐射原理 用传输线模分析法介绍矩形微带天线的辐射原理。
矩形贴片天线如图： ……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………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。
微带天线设计实验报告hsff
微带天线设计实验报告hsff1. 引言微带天线是指一种在非导体衬底上，厚度远小于工作波长的金属片片状天线。
由于其结构简单、易于实现和与尺寸成正比的频率调谐特性，微带天线在无线通信系统、雷达系统、卫星通信系统等领域都有广泛应用。
本实验旨在设计一种基于微带天线的无线通信系统。
2. 设计原理微带天线的设计基于微带线的传输线理论和天线理论，通过调整微带天线的几何结构，可以实现对特定频率信号的发送和接收。
在本实验中，我们需要设计一种工作频率为2.4 GHz的微带天线。
微带天线主要由导体衬底、金属贴片和喇叭线组成。
导体衬底可以是介电材料，如玻璃纤维板、陶瓷板等，也可以是金属材料。
金属贴片是微带天线的辐射元件，其几何形状和尺寸决定了天线的频率特性。
喇叭线用于连接导体衬底和金属贴片，起到提供电信号的功能。
3. 设计步骤根据微带天线的设计原理和工作频率要求，我们可以按照以下步骤来设计微带天线：步骤一：确定导体衬底材料和尺寸根据设计要求选择合适的导体衬底材料，一般可选用介电常数在2到12之间的材料。
确定导体衬底的尺寸，以便适应工作频率。
步骤二：计算金属贴片的尺寸根据所选导体衬底的材料和尺寸，计算金属贴片的尺寸。
一般来说，金属贴片的长度和宽度与工作波长有关，且与导体衬底的介电常数相关。
步骤三：确定喇叭线的结构根据所选导体衬底的材料和尺寸，设计合适的喇叭线结构。
喇叭线的长度、宽度和厚度都会影响微带天线的频率调谐特性。
步骤四：制作微带天线样品根据设计得到的尺寸参数，使用相应的工艺方法制作微带天线样品。
常用的制作方法包括化学腐蚀、电镀等。
步骤五：测试天线性能通过天线测试仪器对微带天线进行性能测试，包括频率响应、增益、辐射图形等参数的测量。
4. 实验结果与分析经过设计和制作，在实验中成功制作了一种工作频率为2.4 GHz的微带天线样品。
经测试，该微带天线样品的频率响应符合设计要求，在工作频率范围内具有良好的增益和辐射特性。
为了进一步优化微带天线的性能，我们对设计参数进行了微调，得到了更好的工作频率和辐射特性。
实验一：天线技术仿真
实验一：天线技术仿真【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Matlab软件的使用方法；2、了解对称振子基本原理；3、了解振子长度与波长的关系；4、通过天线的仿真，了解天线的方向图特性；【实验内容】1. 创建天线仿真模型；2. 分析天线的辐射场；3. 对天线的二维、三维方向图进行仿真；【实验仪器】1、装有windows系统的PC一台2、Matlab软件3、截图软件【实验原理及相关知识】1. 对称振子天线的辐射场对称振子天线是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线,特别是半波对称振子天线。
单个半波对称振子可单独使用或作为抛物面天线的馈源,也可采用多个半波对称振子组成各种天线阵。
图1 对称振子天线如图 1 所示，对称振子天线由两根长度均为的细导线构成。
由于中心馈电，所以在振子两臂上的电流是对称的，且呈正弦分布，并在上、下端点趋近于零，振子上的电流分布可表示为(1)式中为轴坐标的绝对值，为电流幅值，为振子长度的一半。
不同长度的对称振子上的电流分布如图2所示。
λ/2 3λ/4 λ 3λ/2图2 对称振子的电流如图 1 所示，在振子上距对称原点为处取一长度元，当 足够小时， 上流动的电流均匀分布且相位相同，可视为一个电偶极子，其远区辐射电场为'0'sin sin ()2jkRI dE jk l z edz Rθθλ-=- (2)为求得对称振子天线的辐射电场，可对式 (2) 进行积分运算，为保证积分能在简单的情况下进行，先对式 (2) 中变量进行分析。
式中的积分变量是 ，式中也随 变化，是 的函数，这样被积函数显得有点复杂，为此，可做些近似处理，在的情况下，射线与在振子附近可视为平行的射线，因此(3)在远区，由于和的值差别极小，因此在式 (2) 的分母中，可用 代替 ，但在相位项中 与 的微小差距将会引起较大的相位差，因此必须考虑式 (3) 给出的近似关系。
故式 (2) 变为(4)对式 (4) 进行积分得到利用积分公式得到对称振子天线的辐射电场(5)同理，可获得对称振子天线的辐射磁场(6)可见，对称振子天线的方向性函数为(7)(a)(b)(c) (d)图 3对称振子的方向图图 3 给出了四种不同长度的对称振子天线的方向图，可以看出当振子总长度小于1个波长时，天线的辐射场中没有副瓣。
微带天线的hfss仿真设计实验内容
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微波天线仿真设计实验
基于HFSS的微带天线仿真设计1 概述目前，在许多应用场合（如移动通信手机中）都需要体积小、重量轻的小型接收天线。
微带贴片天线代表一系列的小型天线，以其剖面低、重量轻的优点而成为人们的首选。
通过采用简单明了的传输线模型，建立微带线嵌入馈电贴片天线的精确模型并对之进行分析已成为可能。
另外，通过应用曲线拟合公式，也可以确定50Ohm输入阻抗所需的精确嵌入长度。
馈电机制在微带贴片天线设计中扮演了重要角色。
微带天线可以由同轴探针或嵌入的微带线来馈电，同轴探针馈电在有源天线应用中具有优势，而微带线馈电则是适合于开发高增益微带阵列天线。
在一个薄的介质基板上，一面覆上金属薄层作为接地板，另一面采用刻蚀地方法做出各种形状的贴片，利用微带或者同轴对贴片进行馈电，这就是最基本的微带贴片天线。
它在导体贴片和接地板之间激励起电磁场，并通过贴片与接地板的缝隙向外辐射。
天线分析的基础问题是求解天线周围空间建立的电磁场，进而得出方向图增益和输入阻抗等特性指标。
如下图1，图2所示。
图1 矩形微带天线开路段电场结构图2 场分布侧面图2 天线基础天线的性能直接影响着整个无线通信的性能，一般来说，表征天线性能的主要参数有方向特性、增益、输入阻抗、驻波比、极化特性等。
2.1 天线的极化方式所谓天线的极化，就是指天线辐射时形成的电场强度方向。
根据极化方向可分为垂直极化波和水平极化波。
(1) 水平极化波：当电场强度方向平行于地面形成的波。
由于电波的特性，决定了水平极化传播的信号在贴近地面时会在大地表面产生极化电流，极化电流因受大地阻抗影响产生热能而使电场信号迅速衰减。
(2) 垂直极化波：当电场强度方向垂直于地面形成的波。
垂直极化方式则不易产生极化电流，从而避免了能量的大幅衰减，保证了信号的有效传播。
2.2 天线的增益天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力，它是选择基站天线最重要的参数之一。
一般来说，增益的提高主要依靠减小垂直面向辐射的波瓣宽度，而在水平面上保持全向的辐射性能。
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），第二个点相对坐标为（100，75，-1.6），建立尺寸为100mm×75mm×1.6mm的长方体。
●绘制正面图形：绘制馈线：第一个点（38.475，0，0），第二个点相对坐标（3.06，5，0），建立3.06mm×5mm的矩形馈线。
cst微带贴片天线仿真实验报告
cst微带贴片天线仿真实验报告介绍本实验旨在通过CST（Computer Simulation Technology）软件进行微带贴片天线的仿真实验。
微带贴片天线作为一种常见的天线类型，在无线通信和雷达系统中得到广泛应用。
本实验将对微带贴片天线进行设计、仿真和性能分析，为实际应用提供指导。
设计与建模1. 设计要求微带贴片天线作为一种通用天线，其设计要求取决于具体的应用场景。
本实验中，我们将设计一个工作频率为2.4GHz的微带贴片天线，用于无线局域网（WLAN）应用。
设计要求如下：•频率范围：2.4GHz±100MHz•阻抗匹配：输入阻抗为50Ω•带宽：达到-10dB带宽为100MHz以上•工作模式：偏振方向为垂直（竖直）2. 设计步骤步骤一：确定尺寸根据设计要求，我们选择基板材料为FR4，其相对介电常数为4.4。
根据微带贴片天线的理论公式，我们可以计算出电磁波在介质中的传播速度，从而确定天线尺寸。
步骤二：确定基本参数根据设计要求，我们选择天线的工作频率为2.4GHz，那么根据传播速度和波长的关系，我们可以确定天线的波长，进而计算出天线的长度。
步骤三：确定天线结构在确定了天线的尺寸和基本参数后，我们需要选择一种合适的天线结构。
常见的微带贴片天线结构包括直缝贴片天线、T型贴片天线和L型贴片天线等。
根据实验要求，我们选择了直缝贴片天线。
步骤四：优化设计通过CST软件进行仿真实验，我们可以对天线进行优化设计。
在仿真实验中，我们可以调整天线的尺寸、形状和位置等因素，以达到更好的性能指标。
通过多次仿真和优化设计，我们可以找到最佳的天线参数。
3. 建模与仿真步骤一：建模在CST软件中，我们可以通过绘制几何结构来建模天线。
根据前面的设计步骤，我们可以绘制出直缝贴片天线的几何形状。
在建模过程中，需要注意几何结构的精度和尺寸的一致性，以确保仿真结果的准确性。
步骤二：设定边界条件和材料属性在进行仿真之前，我们需要设定边界条件和材料属性。
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实验一：微带天线的设计与仿真一、实验步骤、仿真结果分析及优化1、原理分析：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 cW ε=25.82mm贴片宽度经计算为25.82mm 。
2/11212121-⎪⎭⎫ ⎝⎛+-++=w h r r e εεε=8.889；()()()()8.0/258.0264.0/3.0412.0+-++=∆h w h w hle e εε ∆l=0.543mm ；可以得到矩形贴片长度为：l f c L er ∆-=22ε=18.08mm馈电点距上边角的距离z 计算如下：)2(cos 2)(cos 2)(501022z R z Gz Y er in ⨯===λεπβ22090W R r λ=（0λ<<W 条件下）得到：z=8.5966mm利用ADS 自带的计算传输线的软件LineCalc 来计算传输线的宽度，设置如下：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22090W R r λ=（0λ<<W 条件下）因为计算的时候没有符合0λ<<W 的条件（W=25.82mm ，而λ0＝120mm ，相对之下，它们间的差距不是非常大），因此会引起和事实的不符。
由于较为符合设想的结果，下面是本人利用ADS 软件来进行天线的计算： 首先，打开一个layout 文件，设定其单位如下：然后打开Momentum/Substrate/Create/Modify，参数设置如下：再设置Metallization Layers上参数如下；原始图画如下：各个参数定义如图，经过仿真，得到如下图象：得到了和sonnet仿真类似的图象，此时在2.5GHz下，S11=Z0(3.118+j4.771)然后进行远区场的模拟（在2.5GHz时候）：主要的功率增益，方向性系数和效率图如下：在0度的时候，天线增益为4.142dB，方向性为5.702dB。
由于天线中心不是在2.5GHz下，并且反射系数最小值也有-2.807dB。
所以要进行匹配。
三、匹配打开一个Schematic文件，将天线输入阻抗等效为一个纯电阻与一个电感串联后接地。
在2.5GHz条件下，采用L型网络匹配方式。
具体为串联一根50欧姆传输线，使得S11参数在等反射系数圆上旋转，到达g=1的等g圆上，然后再并联一根50欧姆传输线，将S11参数转移到接近0处。
具体电路匹配如图所示：此时匹配后的输出S11为0.027，如下所示此时已经差不多实现了匹配，接下来将它画入电路板中。
如图，实现了最终的电路图。
其中在电路的左端加一端50欧姆阻抗线，为了方便输入。
它的长度任定，这里取1～2mm。
用计算机模拟，得到输出S11图象如下：可见此时天线已经实现了匹配，天线的中心在2.5GHz，它的大小为0.1。
带宽大致为60MHz左右，相对带宽为：2.4%再次看天线的远处辐射场，如图：作为与前面的增益相对照，发现大致和匹配前相似，有略微减小是因为导线对电磁波的损耗引起的。
2.12.22.32.42.52.62.72.82.02.9freq, GHzd B (S (1,1))m1m1freq=dB(S(1,1))=-50.408Min2.450GHzfreq (2.000GHz to 2.900GHz)S (1,1)Linear Polarization0 00 00 00 Circular Polarization0 00 00 Absolute Fields0 0THETAM a g . [d B ]m2m1m1THETA=10*log10(real(Directivity))=5.653Max2.000Linear PolarizationTHETAM a g . [d B ]-80-60-40-20020406080-100100-135-90-4504590135-180180THETAP h a s e [d e g ]-80-60-40-2020406080-1001001020304050THETAM a g . [d B ]Axial Ratio-80-60-40-2020406080-100100-135-90-4504590135-180180THETAP h a s e [d e g ]Absolute FieldsTHETAM a g . [V ]-80-60-40-20020406080-100100-135-90-4504590135-180180THETAP h a s e [d e g ]-80-60-40-2020406080-1001001E-41E-31E-53E-3THETAM a g . [A ]HthetaHphi-80-60-40-2020406080-100100-135-90-4504590135-180180THETAP h a s e [d e g ]THETAM a g . [d B ]-80-60-40-2020406080-1001001020304050607080900100THETAP e r c e n t a g eEfficiency-80-60-40-2020406080-1001001E-71E-61E-51E-41E-84E-4THETAM a g . [m 2]Effective AreaRadiated Power-80-60-40-2020406080-1001001E-61E-51E-41E-31E-72E-3THETAM a g . [W /s t e r a d ]Circular Polarization-80-60-40-2020406080-100100-50-40-30-20-10-600THETAM a g . [d B ]E_left E_right-80-60-40-2020406080-100100-135-90-4504590135-180180THETAP h a s e [d e g ]-80-60-40-2020406080-10010040453550THETAM a g . [d B ]Axial Ratio-80-60-40-2020406080-100100-135-90-4504590135-180180THETAP h a s e [d e g ]Frequency M a g . [d B ]S11m1freq=dB(wdai1_mom_a..S(1,1))=-13.216Min2.436GHz2.22.42.62.82.03.0-1000100-200200FrequencyP h a s e [d e g]S11freq (2.000GHz to 2.900GHz)S11二、实验心得：用ads制作天线能够达到高精度，它与sonnet的不同在于它可以进行阻抗匹配的计算，使得天线更能符合实际的要求。
由于ADS仿真比较慢，因此在初步设计的时候最好先用sonnet进行仿真，然后利用ADS的匹配工具进行匹配。
便能方便精确的设计出一个好的天线。
从这个天线的设计中也可以发现，矩形贴片微带天线的带宽相对较小，这样就对下面的滤波器的设计提出了更高的要求。