微波仿真论坛_贴片天线研究
微波仿真论坛_HFSS设计微带天线
微波仿真论坛_HFSS设计微带天线
一、前言
微带天线，即微带感应力天线，是一种先进的电磁发射天线，它采用微细空心管及其他微带元件，广泛应用于宽带、多址无线通信、脉冲定位系统、脉冲探测系统等许多应用中。
以HFSS为工具，设计微带感应力天线，能够更加直观地分析微带天线的性能，从而帮助我们了解微带天线的传输特性，并根据实际应用需求实现天线高效性能设计。
二、微波仿真HFSS的设计步骤：
1、首先，选择好所采用的HFSS软件，确定需要分析的微带感应力天线的构型，并建立计算模型。
2、根据相关理论，计算出微带天线的基本参数，如振子长度、空心管半径和微带宽度等，以及天线的振荡频率、相位阶跃和频带宽等。
3、设置相应的仿真网格，根据天线实际的构形，划分仿真区域，确定网格大小和步长，以达到较高的空间分辨率，从而获得更准确的仿真结果。
4、设置仿真参考电路，根据计算出的微带天线振子长度、空心管半径和微带宽度等，及其传输特性，利用HFSS软件设置好参考模型，以及仿真频率。
5、开启仿真计算，间接计算和直接计算，从而获得微带感应力天线的S参数，用于评估微带天线的性能。
微波仿真论坛微带天线练习课件
0 (electr.)
0 (magnet.)
343 (electr.)
281 (magnet.)
0 (electr.)
0 (magnet.)
0 (electr.)
0 (magnet.)
0 max. nodes: MAXNKNO =
12
2 max. conn.: MAXNV =
10
0 max. cuboids: MAXNQUA =
– 剖分部分变量 tri_len=lambda/12 fine_tri=lambda/16 segl=lambda/15 segr=diam/2
建立模型
• 点击图标 创建矩形贴片
– 输入以下坐标 (-len_x/2,-len_y/2,0) (-len_x/2,len_y/2,0) (len_x/2,len_y/2,0) (len_x/2,-len_y/2,0)
1640 0
• 在Edges中修改模型ant中的馈源天线线段名称为feed
网格剖分
• 点击菜单Mesh\Create Mesh进行网格剖分
• 按ALT+2进行Prefeko预处理并保存项目文件
EditFeko 定义
• 按住ALT+1运行EditFeko – 填加快速多极子控制卡 FM – 填加 SF 控制卡进行长度单位换算(mm->m) – 填加 DI 介质定义控制卡
EditFeko 定义
• 完整的EditFeko
PostFeko 结果分析
• 按住Alt+4进行Feko运算 • 按住Alt+3运行PostFeko查看结果
– 由于EditFeko中第三个FF的结果没有写入输出文件，因此这里只有前两个FF的结 果
微波仿真论坛_天线测试中的误差分析
%! 引 ! 言
在天线测量时"由 于 天 线 的 结 构 误 差’测 试 场 地 ’测 试 设 备 ’气 候 等 各 种 因 素 "会 在 各 项 测 试 的 电 参 数 中 引 入 误 差 "因 此 需 要 尽 可 能 降 低 这 些 误 差 "提 高 测 试 的 准 确 性 $
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间并通过与一定长度电缆的标准相位来比较# 角误差是影响天线测量精度的最重要的指标之
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舰 船 电 子 对 抗 !!!
第 #% 卷 !
一!由于在天线测量中还未广泛使用具有轴系 误 差 自 动 补 偿 功 能 的 电 子 经 纬 仪 "目 前 仍 多 用 传 统的没有轴系误差自动补偿的普通光学经纬仪" 调平仪器使垂直轴铅垂是通过照准部水准器气 泡 居 中 来 实 现 的 "由 于 水 准 器 轴 与 垂 直 轴 正 交 的 校 正 不 完 善 #水 准 器 气 泡 居 中 的 精 度 限 制 以 及 外 界因素$主要是温 度 变 化 以 及 重 力 变 形 等%的 影 响 "致 使 产 生 垂 直 轴 倾 斜 误 差 !
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微波仿真论坛_051230@52RD_实验4印刷偶极子天线设计
观察表面电流的分布
选 择 Current => Set Port Solution Weights,单击OK.然 后 , 选 择 Current =>Plot Currents. 按 照相位从00->900>180 0 ->270 0 ,分别为:
天线的辐射方向图
E
E Theta
E Phi
观察天线的增益
在Layout中绘制天线
下面在cond与cond2层之 间加一个通孔(Via), 选择层为: 加通孔,因为是圆形 的通孔,所以选 择 ,如下图:
这样就完成了天线尺寸的基本设计.
层定义
这是至关重要的一步. 由Momentum=>Substrate=>Create/Modify,进入层定义 对话窗口.作如下设置: 将地面GND的边界由Closed改为Open(1),然后点击左 下角的Add,增加一层Alumina_0(2),并且把这一层重 新定义如下所示(3),即跟上面的FreeSpace定义完全 一样,重新命名为FreeSpace_bottom,当然命名为其他 名字也是没有问题的.这样上下形成了对称的结构.最 后定义Alumina中的各个参数,即定义Real为4.6,Loss Tangent为0.018(4),表示损耗正切为0.018.我们需 要的天线的层结构如下图所示:
选择 Momentum =>Post Processing= >Radiation Pattern->2D Data Display,然后 点击 Compute,得 到:
观察天线的增益
观察天线的2维 E面
Planar Cut又称为垂 直截面,如下图, Phi是一定的,Theta 从0-3600变化.这样 截取的平面是与 Layout平面相垂直的. Conical Cut又称为水 平截面,它的Theta是 确定的,而Phi是可以 从0-3600变化.与 Layout平面平行
微波仿真论坛_XFDTD贴片天线
微波仿真论坛_基于HFSS的双层宽带微带贴片天线的研究
and propagat, 1989,48(5):73-76. [6]Ikmo Park. An aperture-couple small microstrip antenna with enhanced bangwidth[J]. Antennas and Propagation Society Interna
关键词：宽频带 微带贴片天线 阻抗带宽 HFSS
中图分类号: TN821
文献标识码: A
文章编号:1674-0874(200８)05-0059-03
微带天线又叫共型天线, 是在带有导体接地板 的介质基片上贴加导体薄片而形成的天线. 它具有 剖面薄、体积小、重量轻、便于获得圆极化、容易 实现双频段、双极化, 平面结构, 与微波毫米波无 源电路、有源电路以及集成电路的兼容性好等优 点. 但微带天线有其固有缺陷, 即宽带比较窄, 一般 微带天线的带宽只有 5%左右[1.5]. 因此, 展宽微带天 线的带宽具有十分重要的意义. 目前, 随着微带天 线的应用越来越广, 对于如何展宽天线的带宽已经 出现了很多有效的方法, 其基本方法有以下几种: ①增大微带介质的厚度[1]; ②降低微带介质的介电 常数[1,4]; ③采用有耗介质[6]; ④附加阻抗匹配网络[7] 等. 前两种方法制作起来比较简单, 容易加工; 第三 种方法以天线增益的降低为代价; 第四种方法需要 设计宽带匹配电路, 电路结构复杂, 制作难度大.
微波仿真论坛_HFSS设计微带天线
用Sonnet & Agilent HFSS设计微带天线摘要：以一同轴线底馈微带贴片为题材，分别用Sonnet 软件及 Agilent Hfss 软件进行Simulate，分析其特性。
并根据结果对这两个软件作一比较。
天线模型：天线为微带贴片天线，馈电方式为50Ω同轴线底馈，中心频率3GHzξ=，尺寸 56mm*52mm*3.175mm基片采用Duroid材料 2.33rPatch ：30mm*30mm馈电点距Patch中心7mm处。
参见下图。
一.Sonnet参数设置如下图：介质层按照天线指标予以设置：画出Antenna Layout.Top viewBottom view其中箭头所指处为via ，并在GND 层加上via port. 即实现了对Patch 的底馈。
至此，Circuit Edit 完成。
下一步对其进行模拟。
模拟结果：S11，即反射系数图：可见中心频率在3G附近，。
进一步分析电流分布：在中心频率的附近，取3G，3.1G作表面电流分布图：可见，在中心频率的电流分布较为对称。
符合设计的要求。
远区场方向图：选取了若干个频率点绘制远区场增益图。
从中可以看到，中心频率的增益较边缘为大。
符合设计的要求。
二.Agilent HfssAgilent Hfss (high frequency structure simulator)是AGILENT公司的一个专门模拟高频无源器件的软件。
较现在广泛应用的ANSOFT HFSS功能类似，但操作简单明了。
能在平面结构上建模天线不同，Agilent Hfss可以精确地定义天线的立体结构。
并可将馈电部分考虑在模拟因素内，按要求设定辐射界面，等等。
可能在本文的例子中，由于结构比较简单，并不能充分体现这一点，但也应可见一斑。
本例与HFSS HELP中所附带的例子较为类似，因此我参照HELP文件，在HFSS5.6环境下较为顺利的完成了模拟。
用HFSS模拟天线，主要分Draw Model、Assign Material、Define Boundary、Solve、Post Process 五个步骤：⒈Draw Model：HFSS采用的是相当流行的AUTOCAD的ENGINE，因此绘制方法与AUTOCAD大同小异，这里不在赘述。
微波仿真论坛_八木天线的设计仿真与测试 (1)
北京交通大学硕士学位论文八木天线的设计仿真与测试姓名：常媛媛申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：周克生20061201北京交通人子硕士学位论文中文摘耍中文摘要摘要：天线在现代通信系统中的作用不可或缺，本文的主要内容就是围绕天线展丌。
论文的主要内容分两个部分：八木天线的设计和参数测量。
本文的第一个主要部分是八木天线的设计仿真，设计基于GSM-R干扰检测定向用天线的要求。
要在GSM-R频段的下行885MHz-889MHz频段内和上行930MHz-934MHz 频段内有高的方向性系数；方向图主瓣半功率角小于40。
，并且副瓣电平足够低(<-9dB)；阻抗带宽要覆盖885-934MHZ的频带，驻波比小于 1.5：另外，也要使其满足移动检测的便携式要求。
八木天线有很多分析方法，本文主要介绍了感应电动势法、行波天线的观点、矩量法与优化算法相结合的方法及现代仿真技术应用于天线设计方法。
本文八木夭线的分析与设计包括天线部分的设计和平衡不平衡转换结构的设计。
通过理论分析和基于矩量法的仿真软件FEKO和基于有限元法的HFSS设计仿真，得到符合要求的八木天线•通过仿真得到了天线在两个频段上垂直和水平极化方向的方向图及相关特性参数、天线输入阻抗、驻波比及带宽等天线设计要求的参数。
通过结果的对比也验证了两种软件的有效性。
本文的第二个主要部分是天线特性参数的测量，包括天线的校准、天线方向图的测量、天线驻波比的测量。
通过理论学习和实际动手操作，详细介绍了测量方法、测量步骤、测量误差的分析等。
最后，作为八木天线的设计的延续^本文介绍了国外一种新型的八木天线设计方法，其板状设计易于和基于微带的单片微波集成电路结合共形，极有可能在未来的通信和雷达系统毫米波成像技术领域得到进一步的应用，为今后进一步的设计和优化提供了思路。
关键词：八木天线HFSS FEK0 方向系数方向图半功率角驻波比分类号：TN82北京交通人7硕+论文ABSTRACTABSTRACTAntenna plays an important role in present communication system. The main work of this paper focused on the design and measurement of Yagi-Uda antenna.The first section was the design and simulation of Yagi-Uda antenna. The antenna was used for the detection and direction of interference on the frequency band of GSM-R. In order to satisfy the requirement of detection and direction, we should manage to get the following antenna parameters: high directional coefficient； the bandwidth should cover the frequency band of GSM-R( 885-934MHz) ； HPBW (half-power-bandwidth of main lobe) <40°,1st side lobe :<-9dB；we should tradeoff the high directional coefficient and antenna size for the convenience of moving carrying.There are various methods on the analysis of Yagi-Uda antenna. In this paper，four methods were introduced; voltagc-induction method, the point of traveling wave, MOM combining optimum algorithm and software simulation. I use electromagnetic software HFSS and FEKO for the design. There are two part of my design: antenna and balun design. The horizontal and vertical polarization directional parameters were got, other parameters, Z m9 VSWR, bandwidth, were also got.The second main part of my work was the measurement of antenna parameters, which include antenna calibration, antenna direction measurement, VSWR measurement. The measurement method and step were describe in detail through theory study and practicc handle. The validity of two kinds of software was also tested through simulation and measurement.*Finally, a new kind design of Yagi-Uda antenna was introduced，which was totally compatible with any microstrip-based MMIC circuitry. I think this antenna find wide applications in wireless communication systems, power combining and phased arrays，as well as millimeter-wave imaging arrays.KEYWORDS ： Yagi-Uda antenna HFSS FEKO direction coefficient HPBW VSWRCLASSNO； TN82致谢首先要感谢我的导师周克生教授，在我攻读硕士学位期间给予我许多帮助和悉心指导《从基础知识的学习和科研能力的培养，到论文的选题、深入、成文，周老师在每一个环节都以他周到细致的分析、敏锐的视角、渊博的知识和对科学研究的严谨态度对我做了关键性的指引。
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贴片天线研究第一部分天线的基本知识 (2)第二部分贴片天线设计 (11)第三部分贴片天线的应用 (24)第四部分贴片天线的性能以及SAR的分布 (31)附录 (38)小组成员：李黎轩冷继男钟颐华刘同2004年1月2日第一部分 天线的基本知识总括天线是我们在设计射频系统时所需考虑得最后一部分内容。
然而可不能小视天线的重要作用，轻敌将导致设计前功尽弃。
天线作为无线传输的一部分，它的作用概括起来说是传送与接受电磁场能量。
在第一部分中，我们将介绍天线的最基本知识，以指导接下来贴片天线的设计。
定义天线是一个具备传输与发送电磁能量的导电元件。
天线能够将电磁能量转化为电磁场传播出去，同时又能够通过将空间中的电磁场转化为电磁能量来接收电磁波。
如何在同一天线上实现电磁能量的接收（receive ）与传播(transmit)是天线的一个重要属性.天线的主要特征参数有：天线的中心频率（center frequency ）、带宽(bandwidth)、天线的极化(polarization)、天线增益gain 、辐射模型(radiation pattern)、阻抗(impedance)。
传输线的特征参数λ Lambda Wavelength （单位：米）在自由空间中传播的电磁场，速度为光速。
即83.0010/c m s =∗.VSWR Voltage Standing Wave Ratio ，电压驻波系数dB Decibel 分贝的引入为在使用中表示方便dBm dBm 表示功率，相对于1 mw 为基准定义dBi 天线增益，以等方向天线为参考天线的理解在我们的报告里只针对天线的最基本现象进行描述，因为这样已经足以满足接下来的设计要求。
图1-1为电场E、磁场H方向图。
一根通电的直导线产生了电场E及磁场H。
电场与磁场是相互垂直的。
电场E的方向与电磁场的极化方向一致。
Fig.1- 1: 电磁波的传播天线可被视作一个被动的RLC网络，他同任何的RLC网络一样，当外电路的频率同它的中心频率一致时，网络将产生谐振阻抗值。
Smith原图将有利于我们分析问题，因为在圆图上我们能够看到天线在各个频率时的阻抗值，同时通过圆图能够非常方便的实现天线与传输线的阻抗匹配。
要使天线工作在最有效的状态，需要两个条件（1）谐振（resonance）：当天线工作在中心频率时，其阻抗值为一实数即为谐振阻抗。
那么我们应该将中心频率设置在适当的频率上，这样才能在工作频率内获得对我们有用的谐振阻抗（2）匹配：（天线与传输线的匹配即指天线的阻抗与传输线的特征阻值相同，这样才能使天线在接口处得到所有的电磁能量。
否则，将产生驻波，那么将会有一部分电磁能量被反射回发射机。
）VSWR即ρ,决定了没有被发射机反射的电磁能量的大小。
天线既可以辐射电磁能量，但是也可以将电磁能量以热能的方式消耗。
（需要指出的是，随着天线上述提出的天线的特征参数，在实际应用中很可能会做出重大的调整，我们在这里所说的仅仅是最接近的）电磁场传输的几个量24(/4)(1/)r t t rP PG G d λπ= 其中 P r 是接收到的功率 (dBm)Pt 天线的发射功率 单位dBmGt 天线的发射增益 单位dBGr 接收机的增益 单位dB只有在满足以下几个条件是上述方程式才适用・ 远区场，例如22/d D λ>其中D 是天线发射机的直径。
在实际应用中，考虑到工作频率，d 至少应为3~4倍以上的距离。
・ 由于地球表面的曲线，天线的发射与接受距离受到了光传播的限制在城区，可能会由于以下几种效应对传播造成不利影响3、1、多径效应（Multi-path effect ）。
电磁波在多个建筑物表面发生多次反射，这样会导致接收端收到多路回波（我们在房间内，或者在建筑物密集的街道中接收到的手机信号就是有这类效应）4、2、多径衰落（Multi-path fading ）。
接收机所接收到的信号是通过不同的直射、反射、折射等路径到达接收机。
由于电波通过各个路径的距离不同，因而各条路径中发射波的到达时间、相位都不相同。
不同相位的多个信号在接收端叠加，如果同相叠加会使信号幅度增强，而反相叠加则会削弱信号幅度。
这样接收信号的幅度将会发生急剧变化，从而导致多径衰落。
当电磁波在物体表面发射以后，他将产生180度的相移，发射。
波与入射波叠加，将导致电磁波的衰减5、衰减增加（Increase of attenuation ），当电磁波在水泥墙之间或者窗户之间传播时，衰减将加剧，参数21/d 将被衰减为31/d 或者41/d 目标的自由空间范围应该事先指定。
但是实际的测量应该视实际情况而定天线的种类不同的天线有不同的属性，我们将根据实际需要来决定用何种天线。
总的来说，天线的工作效率是与天线的体积有关的，同时天线的大小也与波长有关。
这么说来，一段很短的，工作在较低频率下的天线，它的工作效率将非常低。
参考天线 （Reference antenna ）该天线的辐射模式是等方向性的，也就是说它在x 、y 、z 轴上辐射都是均匀的。
由于它是我们所分析的天线的参考标准，因而我们定义它的增益G=0dBi显然，它仅仅是一个理论模型，因为在实际应用中等方向辐射同电磁振荡的本质不符。
虽然如此，但是它还是一个非常有用的模型，因为它将为我们研究其他天线带来方便。
偶极子天线（Dipole antenna）天线长度是λ/2整数倍的天线是谐振天线。
下面就以λ/2天线为例说明导线内部电流的分布如下Fig1-.2该天线的馈点在他的中间。
其具体模型如下图所示，我们把该模型叫做Lenz 天线Fig.1-3: Lenz 天线在实际应用中，我们取f=434MHZ,该偶极子的直径为 4 mm:I：10 mmL: 157.5 mm两偶极子间距为: 6 mm则该天线的总长为 2 *157.5 + 6 = 321 mm, 而λ/2 为691/2 = 345 mm，所以该天线的总长为 0.93 *(λ/2).天线的阻抗略大于50 Ω，增益接近于 2 dBi.，且在E平面内天线的辐射是全方位的（omni-directional）。
图1—6 该λ/2天线在E平面内的辐射图。
Fig.1-4: λ/2 辐射图四分之一波长天线（Quarter Wave）1波长天线是最简单的天线，它只需要一根钢丝和接地板即可构成。
其组成4如下图1-7所示：Fig1-.5: λ/4天线14波长天线必须同接地板相连，接地板可以为PC板或者出口处的金属板。
不管采用的何种接地板都应保证天线是垂直于接地板的，因为只有这样才能获得最大的阻抗值。
无论如何，该阻抗值都必须保持在50Ω以下，如果天线水平与地面放置，阻抗将显著减小。
λ/4的长度是理想化的，在实际应用中，考虑到天线的属性及接地板的的几何因素，实际天线的长度为k*λ/4, k是一个0.93 ~0.98之间的数。
同时必须注mm。
意天线长度至少应为0.34 2图1-8中的分析未考虑上述因素，仅就以理想的长度来计算。
Fig1-.6: λ/4 辐射图（理想情况）从上图可以看出：与λ/2偶极子相比，该辐射模式在E平面内看起来更加的圆润，因为该圆弧度更加得高，以前面所选取的灯方向天线为参考，该天线的增益为G=-4.5dBi。
在大多数的数据分析中，人们把四分之一波长线作为参考天线，因而此时G=0dBi环天线（Loop）环天线的主要优点是成本低，它的辐射模式是平行于地面的全方位辐射（omni-derectional）根据PC板位置决定可变电容值。
螺旋天线（Helical）螺旋天线具有很高的空间有效性，并且很容易设置。
但是由于很难对这种天线做一个理论模型的定义，在大多数实际调控中，我们都是根据实际经验操作。
并且螺旋天线的具有窄带特性这一特点，因而很难确定它的谐振点。
方向性是螺旋天线的一个非常重要的参数。
同前面分析的所有天线都不同，螺旋天线不具有对称的天线增益，同时它的极化方式更类似于椭圆极化(ellipsoidal)贴片天线（Printed）贴片天线通常被用于高频率的工作状态下，它的主要优点是其全方向的辐射，缺点为可用带宽很窄。
同其它的天线一样，贴片天线同基底介质的介电系数密切相关。
常用的基底介质为FR4环氧板（FR4 epoxy board）。
但是基底的介电系数很不精确，根据来源其变化范围为4~4.7。
下面的结果将说明基底介电系数的影响贴边为一直径为20.10cm的薄圆片。
馈点在其中心。
Fig1-.7:贴片天线输入阻抗中心频率带宽VSWR = 2433.920 MHz 1.7 MHz163.5 + j4.2∑r = 4厚度1.6 mm400.405 MHz 1.7 MHz155.3 + j3.9∑r = 4.7厚度1.6 mm通过上面的分析，我们可以看到：当天线的填充介质FR4不同时,相同的贴片天线将工作在不同的状态。
同时我们也将注意到该天线的阻抗并不是50 欧姆，因而该天线在反馈点需要进行匹配的操作。
主要规则中心频率（谐振频率）（Center frequency）天线的中心频率取决于天线的大小。
在实际设计过程中，我们将天线取得比理论计算出的天线长度长一点，以便在实际操作过程中，可以通过缩短天线的长度来获得我们需要的中心频率。
带宽（Bandwidth）带宽取决于天线的宽度。
我们根据要求的信道（channel），传输数据的速率(data rate)，所选用的调制方式来决定带宽的大小。
如果我们需要一个比较大的带宽，那么就用一根宽一点的天线。
极化（Polarization）在工程运用中，人们最喜欢选择垂直极化的电磁波，因为在大多数情况下它能够更好的抵抗噪声干扰。
天线增益（Gain）在天线增益的设计上可能会产生我们需要的或者是不需要的效果。
如果天线是全向天线，那么它很可能会达到我们所需的效果。
当天线离某物体很近时，将发生反射现象，从而导致电磁波在该某一方向磁场很强，相反方向磁场减弱。
辐射方式（Radiation pattern）辐射的方式取决于天线的形状。
将接收天线置于和发射天线垂直的水平平面内。
跟增益一样，类似于天线的其余物体也将对辐射产生干扰，趋肤效应就是一个很好的例子。
阻抗（Impedance）天线的阻抗同中心频率有很大的联系。
当天线在一个合适的频率达到谐振时，天线的阻抗将达到最小值。
大多数情况下，天线的参考阻抗为50 欧姆。
但是天线的阻抗同周围的环境有很大的关系，因而在测量过程中我们应在同实际尽量相似的环境中进行测量。
（在第四部分中我们将着重讨论天线的阻抗和周围物体之间的关系）天线的匹配问题为了获得最低的VSWR，以便达到天线中最好传输功率，天线的匹配问题至关重要。
天线的匹配有很多种方法，最简单而又最直观的方法，就是Smith圆图。