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
b.利用3种方法将单个天线扩展成一个2*2的相控阵天线阵
方法一将单个天线的远场结果采用不同的幅度和相位叠加，从而得到阵列的结果。

方法一所得阵列方向图
方法二构造四个相同的天线，都由各自的同轴线激励，顺次计算完所有天线后，再将结果以任意幅度和相位合并。

方法二所得阵列方向图
方法三对所有天线并行激励，只计算一次就得到远场结果。

方法三所得阵列方向图
对结果进行分析解释：
方法一：未考虑天线之间的耦合，未考虑激励之间的影响。

方法二：计算仅涉及天线结构之间的相互影响。

方法三：同时涉及结构和激励的相互影响。

综上方法三得到的仿真结果最好。

第二题：微带到波导转换的仿真与优化
a.建立微带到波导转换模型
微带到波导转换模型
b. 按题目要求设置工作频率、边界条件及监视器，仿真得到S参数
优化前S参数
c.优化结果
d. 中心频点28GHz处的电场、磁场与表面电流的分布
中心频点电场分布
中心频点磁场分布
中心频点电流分布
对结果进行分析解释：
可以看出，经过优化后S参数曲线发生了较大的改变，优化后的S参数要明显好于优化前。

十、实验结论：
1、偶极子相控阵天线：方法三同时考虑了结构和激励的相互影响，因此该方法所得结果最接近真实值。

2、微带到波导转换：调节几个变量可以得到更好的结果，得到符合要求的参数。

十一、总结及心得体会：
通过本次实验，我掌握了CST软件的基本操作。

进行了一些仿真实例的练习后，我对CST 的操作更加熟练，而且由于CST相比其他软件计算精度较高，因此CST是一款非常好的仿真软件，在未来的学习中一定能够更多地运用到它。

最后老师对我们的细心教导!
报告评分：
指导教师签字：
猜测：可能是RAM里面存贮的对应在90/180度方向角上的窗口函数/相差出现故障也可能是该相控阵的移相器里面的延迟线中的180度，90度，45度的延迟线上的PIN二极管出了问题22.5度角的方向还是好的。

个人倾向于后者。