24GHz微带贴片天线阵的仿真与设计
微带帖片天线的仿真分析和优化
华中科技大学硕士学位论文微带帖片天线的仿真分析和优化姓名：***申请学位级别：硕士专业：电磁场与微波技术指导教师：***20070301华中科技大学硕士学位论文摘要微带帖片天线具有剖面低、重量轻、易制作和容易做到与飞行器共形等特有的优点，在实际当中得到了广泛的应用。
随着不同用途需求对天线性能的要求越来越高，准确分析微带天线的物理尺寸和性能参数的关系有越来越重要的作用。
对此，本文利用Ansoft HFSS软件研究了不同物理尺寸下微带天线性能的变化，并进行了优化。
论文论述了天线的基本概念和参数指标，重点对微带天线进行了研究，讨论了典型微带天线的特性和研究方法。
在了解软件Ansoft HFSS的天线仿真功能和仿真流程的基础上，对两种设计方案下的微带天线进行了仿真分析。
最后，针对含切角的微带帖片天线通过仿真优化，得到了天线性能的优化方案。
本文的工作，不仅为微带天线的工程优化设计提供了一种有效途径，而且证实了使用Ansoft HFSS软件的天线仿真功能，能够在其它更为复杂的天线的工程优化设计中，进行更多的方案比较并缩短设计周期，降低研制成本。
关键词微带天线 Ansoft HFSS 仿真分析优化华中科技大学硕士学位论文AbstractMicrostrip patch antenna has been widely used because of its own advantages, such as: low profile, light weight, easy fabrication, conformability to mounting hosts. But, with the increased demands of antenna quality for different purposes, how to analyze the physical sizes and performance parameters of microstrip antenna will be more and more important. So, this thesis used Ansoft HFSS software to optimization and do research about performance changes of microstrip antenna in several physical sizes.The thesis introduced basic concepts and parameters of antenna, focus on microstrip antenna, then the classical microstrip antenna and its methods are illustrated. Be familiar with simulation function and simulation process of Ansoft HFSS software, did simulation analysis about microstrip antenna in two design methods. Finally, simulated the microstrip patch antenna which includes cutting corner, acquired the optimization program of antenna performance.The thesis provided effective approach of engineering optimized design of microstrip antenna, confirmed that functional simulation of Ansoft HFSS software can do optimization design in more complex antenna projects, compared to more programs, it will ensure the precision and reduce the design cost.Key Words：Microstrip antenna; Ansoft HFSS; Simulation analysis; Optimization独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
实验七-微带贴片天线的设计与仿真
实验七微带贴片天线的设计与仿真一、实验目的1.设计一个微带贴片天线2..查看并分析该微带贴片天线的二、实验设备装有HFSS 13.0软件的笔记本电脑一台三、实验原理传输线模分析法求微带贴片天线的辐射原理如下图所示：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。
四、实验内容利用HFSS软件设计一个右手圆极化天线，此天线通过微带结构实现。
中心频率为2.45GHz，选用介质基片R04003，其介电常数为εr=2.38，厚度为h =5mm。
最后得到反射系数和三维方向图的仿真结果。
五、实验步骤1.建立新工程了方便建立模型，在Tool>Options>HFSS Options中讲Duplicate Boundaries with geometry 复选框选中。
2.将求解类型设置为激励求解类型：（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（1）在菜单栏中点击3D Modeler>Units。
（2）在设置单位窗口中选择：mm。
微带贴片天线仿真实例
①在数据显示窗口执行【Tool】→【Data File Tool】，弹出“dftool/mainWindow”，如图（5），导出momentum仿真后的S1P文件。
图（5）
②新建原理图“patch_matching”，在“Data Item”元件库中选择端口1添加到原理图中。在原理图中双击S1P控件，弹出S1P控件的属性对话框，如图（6），在“File Name”中选择之前导入的S1P文件，单击【Ok】。
图（11）重新设置S参数仿真控制器
图（12）S参数性能
（4）S参数仿真
执行【Momentum】→【simulation】→【S_parameters】，弹出仿真控制对话框，按图（3）进行设置，然后单击【Simulate】仿真。
图（3）S参数仿真控制器
仿真结果如图（4）所示，可以看出S参数的中心频率为2.4GHz，但是S参数性能很差。
图（4）S参数仿真结果
图（6）导入S1P文件
③利用Smith Chart工具对贴片进行匹配，通过微带线来实现贴片阻抗到50Ohm馈线的交换。从图（4）可以看出贴片天线在2.4GHz处的阻抗为259.287-j*38.621Ohm。可以看出，需要加一条特性阻抗为116Ohm的微带线来实现天线输入阻抗到50Ohm的匹配，同时利用LinCalc计算出微带线的具体宽度和长度，如图（7）所示。
图（7）微带线的长度和宽度
图（8）最终的原理图
得到的最终匹配结果如图（9）所示：
图（9）匹配后的S参数性能
（6）带上匹配重新进行MOM仿真
在前面的Layout文件中，按照原理图中的尺寸画出匹
配枝节的图形。
图（10）最终的Layout图形
执行【Momentum】→【Simulation】→【S-Parameters】，按照图（11）进行设置，最终的Momentum仿真结果如图（12）所示。可以看出Momentum仿真后的性能比原理图仿真的性能在深度上要差些，这主要是由于Momentum仿真采用的是“场”的仿真，考虑到了匹配枝节和天线之间的耦合特性，而原理图是“路”的仿真，这也是Momentum的优点所在。
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CST微带贴片天线仿真实验报告1. 引言1.1 背景介绍1.2 目的和意义2. 实验原理2.1 微带贴片天线的结构和工作原理2.2 CST仿真软件简介3. 实验步骤3.1 设计微带贴片天线的几何结构3.2 导入设计参数到CST软件中3.3 进行电磁场仿真分析3.4 对仿真结果进行分析和优化4. 实验结果与讨论4.1 微带贴片天线的辐射特性分析结果- 辐射图案分析- 增益和方向性分析- 驻波比和带宽分析4.2 影响微带贴片天线性能的因素讨论- 基底材料特性对性能的影响- 贴片尺寸对性能的影响5. 实验结论与展望5.1 实验结论总结5.2 对实验结果的评价与展望6. 参考文献7. 致谢1 引言：1.1 背景介绍在现代通信系统中，微带贴片天线因其小巧、轻便、易制造等优点被广泛应用于无线通信设备中。
通过对微带贴片天线的仿真实验，可以分析其辐射特性，优化设计参数，提高天线的性能。
1.2 目的和意义本次实验旨在使用CST仿真软件对微带贴片天线进行电磁场分析，探究不同设计参数对天线性能的影响，并通过优化设计参数提高天线的工作效果。
这对于实际应用中的无线通信系统设计具有重要意义。
2 实验原理：2.1 微带贴片天线的结构和工作原理微带贴片天线由导体贴片和基底材料组成。
导体贴片被固定在基底上，并与馈电源相连。
当电流通过导体贴片时，产生电磁场并辐射出去，实现无线信号传输。
2.2 CST仿真软件简介CST是一款常用于电磁场仿真分析的软件工具。
它基于有限元方法和时域积分方程等数值计算方法，可以模拟各种复杂结构下的电磁场分布，并提供丰富的分析工具和可视化功能。
3 实验步骤：3.1 设计微带贴片天线的几何结构根据实验要求和设计目标，确定微带贴片天线的几何结构，包括导体贴片的形状、尺寸和基底材料等参数。
3.2 导入设计参数到CST软件中在CST软件中创建一个新项目，导入微带贴片天线的设计参数。
包括导体贴片的形状、尺寸、基底材料的特性等。
微带贴片天线的仿真与测量实验设计
ｆ 旦
。 第 四步 ，馈 电方式 的选择 。微
￡ 一 ０．２５８１（Ｗ／ｈ＋０．８） ’
。
‘… 。
。
带贴片天线常见 的馈 电方式有两种 ，在这一 步可 以对
两种馈 电方式 的优 缺点进 行讲 解 ，并 让 同学展 开讨
论 。微带馈 电 ，其 由微带线直接对贴 片进行馈 电。馈 电
点的位置可 以进行偏 移 。馈 电点 位置发生 变化 （尤其
是馈 电点在贴 片宽边 ），其对应 的输入 阻抗会 发生较
大变化 ，因此这也 提供 了一种 阻抗匹配 的方 法 。这种
馈 电方 式最 大 的优点 在于馈 电导 线与贴 片处 于 同于
平面 ，便于集成 。同轴馈 电 ，将 同轴线 的外导体 焊接在
１ ＼
／
阻抗 匹配。微 带矩形 贴片天线仿 真设计 步骤 ：
其宽度也 可 以选为其他尺 寸。当宽度过小 时 ，辐射效
率较 低 ；过大时 ，辐射效率 增高但会产生高 次模式 ，引
起场 畸变 。第 三步 ，贴片长度 的确定 。理论上贴 片长 度
为 入／２，但 由于边缘效应 的影 响，谐振单元 的长度要小
第二步 ，贴片宽度 的确定 。微带贴片天线 ，其贴片 的宽 实现 阻抗 匹配 。沿着贴 片宽度 方 向变 化时 ，其 阻抗变
１
／
ｌ １ ＼ ２
化最 为敏感 。微带线馈 电 ，可调整 其馈 电点在 贴片边
度可以由下面的式子确定：ｗ＝ｅ （ ） （２）当然 缘 的位置 ，并且还可 以通过在馈 电点开槽 的方 式进行
２０１８ 年 ６ 月 第 ２５ 期
教 育教 学论 坛
ＥＤＵＣＡＴＩＯＮ ＴＥＡＣＨＩＮＧ ＦＯＲＵＨ
2.4GHz四单元微带贴片天线阵的设计与仿真
ＧＨｚ，增 益 达 到 １１．５ ｄＢｉ。同 时 设 计 了 加 反 射 板 的 宽 频 带 四 单 元 平 面 单 极 天 线 阵 ，天 线 中心 频 率 为 ２．４ ＧＨｚ，ｌＳ、 ｌ＜
一 １４ ｄＢ为 ５００ ＭＨｚ，相 对 带 宽 是 ２Ｏ ％ ，增 益 达 １４．７ ｄＢｉ。
关 键 词 ：口径 耦 合 ；短 路 加 载 微 带 天 线 ；天 线 阵 ；平 面 单 极 天 线
（桂 林 电 子 科 技 大 学 信 息 与 通 信 学院 ，广 西 桂 林 ５４１００４）
摘 要 ：为满足 ２．４ ＧＨｚ ＩＳＭ 频段无线 宽带 定向通信要求 ，设计了一种 口径耦合 的小型四单元 短路 贴片天线 阵 ．采
用 短 路 面 加 载 辐 射 贴 片 ．使 单 元 贴 片 天 线 长 度 缩 小 一 半 ，仿 真 结 果 表 明 ，天 线 阵 工 作 于 ＩＳＭ 频 段 ２．４２～ ２．４８３５
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｐｅｒｔｕｒｅ—ｃｏｕｐｌｅｄ；ｓｈｏｒｔｅｄ ｐａｔｃｈ ａｎｔｅｎｎａ；ａｒｒａｙ ａｎｔｅｎｎａ ；ｐｌａｎｅ ｍｏｎｏｐｏｌｅ
微 带天 线是 ２Ｏ世 纪７Ｏ年 代 初期 研 制 成功 的一 种 天 线 ，大 约从 １ＯＯ～５０ ＧＨｚ的宽 频带 上 获 得 了大 量 的 应 用 ，具 有尺 寸 小 、重 量 轻 、成 本 低 、馈 电方 式 灵 活 和 工 艺 简 单 ，易于 电路 集成 等 优 点 ，因此 在 现代 天 线 技 术 领域 中得到 了广泛 的研 究 和应 用 。在 实 际 中 ，往 往 要 求 天线 应 具有 高增 益 、小型 化 ，宽 频带 ，定 向辐 射 等 特 点 ，单 个微 带天 线辐 射元 的增 益及 方 向性 均 很 难达 到 要求 ，而天 线 阵则 可获 得 上述 特性 。本 文设 计 的天 线 阵 选 用 的 介 质 板 都 是 介 电 常 数 为 ２．６５，厚 ｈ＝ １
24GHz微带贴片天线设计-毕业论文
---文档均为word文档，下载后可直接编辑使用亦可打印---摘要根据矩形贴片天线相关知识，设计出一款1×4的24GHz阵列贴片天线，此天线可以应用于交通测速以及汽车智能驾驶等方面。
首先是使用微带线馈电的方法建立单元贴片天线模型，进行优化仿真后得到最佳的单元贴片天线模型，然后在单元贴片天线的基础上，设计出合适的馈电馈电网络。
再通过仿真优化得到最佳的参数，从而设计出24GHz的阵列贴片天线。
并对天线设计进一步展望。
通过HFSS软件仿真设计，得到了一款1×4的阵列天线，回波损耗S11<-20dB,馈电点的输入阻抗值为50Ω，驻波比约为1.2，最大增益方向的增益为13.6dB，和之前所定的设计指标比较符合。
关键词：微带贴片天线；阵列天线；阻抗匹配; 方向图AbstractAccording to the knowledge of the rectangular patch antenna, a 1×4 24 GHz array patch antenna was designed. This antenna can be used in traffic speed measurement and intelligent driving of automobiles. The first is to use the method of microstrip line feeding to establish the unit patch antenna model, optimize the simulation to obtain the best unit patch antenna model, and then design a suitable feed power feed network based on the unit patch antenna. . Then the optimal parameters are obtained through simulation optimization to design a 24 GHz array patch antenna.Through the HFSS software simulation design, a 1×4 array antenna was obtained with a return loss S11<-20dB, a feed point input impedance of 50Ω, a standing wave ratio of approximately 1.2, and a maximum gain gain of 13.6dB. To meet the requirements of design indicators.Keywords: microstrip patch antenna; array antenna; Impedance matching;Direction pattern第1章绪论1.1论文的研究背景及意义毫米波（millimeter wave ）是波长为1～10毫米的电磁波，它的波长处于微波与远红外波相交叠的波长范围，所以同时具有两种波谱的特点。
一种2.4GHz圆极化微带贴片天线的设计与实现
0 引言20世纪70年代中期，微带天线理论得到重大发展。
微带天线由于体积小、重量轻、馈电方式灵活、成本低、易于目标共形等优点而深受人们亲睐，在移动通信、卫星通信、全球卫星定位系统（GPS）、无线局域网通信等领域得到了大力推广和广泛应用。
然而随着卫星通讯、运载火箭测控通讯技术的不断发展，雷达应用范围的扩大以及对高速目标在各种极化方式和气候条件下的跟踪测量需要，单一极化方式很满足要求，圆极化天线的应用研究就显得十分重要[1-2]。
圆极化天线具有旋向正交性，即圆极化波入射到对称目标（平面、球面等）具有旋向逆转的特性，这一特性在通信、电子对抗中得到广泛应用，尤其是在移动通信和GPS 领域中用来抗雨雾干扰和多径反射；圆极化天线能够接收任意极化的来波，其辐射波也可被任意极化的天线接收，这一特性在电子对抗中用来干扰侦察敌方的各种线极化、椭圆极化的无线电波，在微波探测领域用来减少信号漏失并提高探测灵敏度[3]。
基于微带圆极化天线的优点，为一谐波探测雷达设计了中心频率为2.4GHz 的圆极化微带贴片发射天线，使得谐波探测雷达在探测时不需考虑扫描角度的影响，提高了探测的速度和灵敏度，文中将给出天线的详细设计方案和实测性能。
1 微带贴片天线工作原理1.1 辐射机理微带天线是在带有导体接地板的介质基片上贴加金属薄片而形成的天线[4]。
通常介质基片的厚度与波长相比是很小的，属于电小天线。
微带天线结构比较简单，实际上就是一块印刷电路板，全部功率分配器、匹配网络、辐射器都可以刻在介质基片的一侧，另一侧为金属地板。
导体贴片一般是规则形状的面积单元，如矩形、圆形、三角形、椭圆形或其它形状，其中矩形贴片较为常用。
其馈电方式也是多种多样，除微带线馈电和同轴线馈电两种基本方式外，还有临近耦合馈电、口径耦合馈电、共面波导馈电等技术。
常用的微带天线是由微带传输线馈电的矩形贴片天线[5]。
在贴片和接地板之间激励起射频电磁场，并通过贴片四周与接地板间的缝隙向外辐射，因此微带天线也可看作是一种缝隙天线。
2.4GHz天线设计-仿真报告
微波技术与天线课程设计报告仿真结果课题： 2.4GHz天线的设计院系：文正学院电子信息系专业：2012级通信工程姓名：郑富成学号：1217408034指导老师：刘学观日期：2014年12月25日一、设计名称2.4GHz 微带贴片天线二、设计目标1.设计2.4GHz的天线，使其在2.4GHz处产生谐振2.回波损耗3.驻波比4.三、设计过程微带天线主要参数如图，w为辐射贴片的宽度，L为长度。
L1为馈线的长度，w1为馈线的宽度。
1.微带辐射贴片尺寸估算微带辐射贴片的宽度：由相关数据：，f=2.4Ghz, 。
解得：W0=38.03mm辐射贴片的长度L0一般取。
考虑到边缘缩短效应后，实际上的辐射单元长度L0应为：其中为等效辐射缝隙长度，为有效介电常数。
带入，，W0=38.03mm 得所以L0=29.11mm2.馈电点位置微带线馈电点位置选在辐射贴片的中点，此时馈电点和辐射贴片边缘距离为Z=w/2=19.0153.输入阻抗如果采用微带线馈电方式，馈电点到辐射贴片边缘拐角的距离为z，则微带线的输入导纳近似为：式中：由此，计算出输入阻抗4.阻抗匹配输入阻抗一般不符合微波器件通用的系统，所以在设计微带线馈电矩形微带天线时，可加上一段的阻抗变换器。
则阻抗变换器的特性阻抗：借由此可以计算出馈线的宽度由下式及解得：四、参数汇总由以上可以得到各变量的理论值：h/mm80 80 1.16 31.25 3.06 29 1.6五、仿真过程采用如上数据，在HFSS中绘制侧馈微带天线，如图3.1所示：图3.1 理论数据建模仿真结果不理想，虽然衰减非常好，但频率偏差大约24MHz。
应该能够做得更好对L0从45.1到45.5mm进行扫描，得到图3.2图3.2 对扫描结果最终选择radition=58.11mm，是中心频率在2.4GHz。
接下来调整radition_l，最终选择radition_l=29.11mm。
最终的结果图如图3.3至3.5所示。
微带贴片天线阵列的研究与设计
微带贴片天线阵列的研究与设计随着无线通信技术的快速发展，天线作为无线通信系统的重要组件，其性能和设计受到了广泛。
微带贴片天线作为一种常见的平面天线，具有体积小、重量轻、易于集成等优点，被广泛应用于现代通信系统中。
本文将重点探讨微带贴片天线阵列的研究与设计。
微带贴片天线的基本原理是利用微带线来传输信号，并在贴片表面形成电磁场，从而实现电磁波的辐射和接收。
微带贴片天线的应用范围广泛，如移动通信、卫星通信、雷达等领域。
为了满足现代通信系统的需求，微带贴片天线阵列的研究与设计成为了关键。
微带贴片天线阵列的研究与设计方法包括理论分析、实验测试和数据分析。
理论分析是研究微带贴片天线阵列的基础，通过建立模型来分析天线的辐射特性和性能参数。
常用的分析方法包括电磁场理论和有限元法等。
实验测试是研究微带贴片天线阵列的重要环节，通过测试数据来验证理论分析的正确性。
实验测试包括天线性能参数的测量和辐射特性的测试等。
数据分析是对实验测试结果进行处理和解释的过程，通过对比不同数据来优化天线阵列的设计。
实验结果表明，微带贴片天线阵列具有优良的性能特点和优势。
微带贴片天线阵列的辐射性能较强，能够实现方向性和增益的控制。
微带贴片天线阵列的带宽较宽，有利于实现多频段通信。
微带贴片天线阵列易于集成和制造，具有较低的成本和较高的可靠性。
这些优点使得微带贴片天线阵列在未来通信领域中具有广泛的应用前景。
本文通过对微带贴片天线阵列的研究与设计，总结了其性能特点和优势，并指出了微带贴片天线阵列在技术创新和应用推广方面的意义。
微带贴片天线阵列作为一种重要的平面天线，具有广泛的应用前景。
在未来的研究中，可以进一步探索微带贴片天线阵列的高效设计和优化方法，提高其性能和可靠性，以满足不断发展的无线通信需求。
随着无线通信技术的快速发展，天线作为通信系统中关键的组成部分，其性能和设计受到了广泛。
特别是高性能宽带双极化微带贴片天线，其在无线通信领域具有广泛的应用前景。
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24GHz微带贴片天线阵的仿真与设计
作者：李恒城， 敬守钊
作者单位：电子科技大学电子工程学院,成都 611731
1.方天凤.戎海靖.韩宁漫谈雷达测速仪[期刊论文]-中国计量2008(11)
2.于磊.彭延军.YU Lei.PENG Yan-jun新一代车载电子警察系统的设计[期刊论文]-山东科学2010,23(6)
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4.陈跃军基于定点DSP车载测速雷达系统设计[期刊论文]-黑龙江科技信息2011(22)
5.周刚.苏宝平.傅佑麟.ZHOU Gang.SU Bao-ping.FU You-lin LFMCW雷达数字化测距测速的工作参数设计[期刊论文]-电光与控制2007,14(3)
6.王小飞基于SOPC的测速雷达多普勒信号处理系统设计[学位论文]2011
7.周刚.傅佑麟.徐振方.Zhou,Gang.Fu,Youlin.Xu,Zhenfang LFMCW数字化测距测速的分辨力与精度分析[期刊论文]-微计算机信息2006,22(22)
8.杨秀强.唐小宏Ka波段多普勒测速雷达前端研究[会议论文]-2004
引用本文格式：李恒城.敬守钊24GHz微带贴片天线阵的仿真与设计[会议论文] 2010。