实验七微带缝隙天线仿真设计
缝隙天线与微带天线演示文稿
谐振式缝隙阵（Resonant Slot Arrays
）
波导上所有缝隙都得到同相激励。 最大辐射方向与天线轴垂直，为边射阵
。
波导终端通常采用短路活塞。
下面介绍常见的谐振式缝隙阵
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开在宽壁上的横向谐振缝隙阵
为保证各缝隙同相，相邻缝隙的间距应取为λg。由于波导波长λg大于自由空间波长，
电阻Rr,e的关P系r,e 为 12
I
e m
2
Rr ,e
推导出理想缝隙天线的辐射电阻与其互补的电对称振子
的辐射电阻之间关系式：
Rr,mRr,e (60 )2
因此，理想半波缝隙天线的辐射电阻为
Rr ,m
(60 )2
73.1
500
理想半波缝隙天线的辐射电导 Gr,m≈0.002S
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理想缝隙天线 输入电阻
输线，其终端（a边）处因为呈现开路， 将形成电压波腹。一般取 b m / 2 ，m为 微带线上波长。于是另一端（a边）处也 呈电压波腹。
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微带天线工作原理—辐射机理
电场可近似表达为（设沿贴片宽度和基
片厚度方向电场无变化）
Ez E0 cos(x / b)
天线的辐射由贴片四周与接地板间的窄
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矩形贴片天线的传输线模型
除辐射电导外，开路端缝隙的等效导纳
还有一电容部分。它由边缘效应引起，
其电纳可用延伸长度Δl来表示：
Bs Yc tan(l)
哈默斯塔德给出Δl的经验公式如下：
l 0.412h
e 0.3
w 0.264 h
e 0.258 w 0.8
h
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。
L型探针馈电的微带天线仿真设计
L型探针馈电的微带天线仿真设计目录第一章绪论 01.1 课题背景及研究意义 01.2 微波天线的研究现状 01.3Ansoft HFSS软件简介 (1)1.4 论文的主要工作 (1)第二章微带天线概述 (2)2.1 微带天线简介 (2)2.2 微带天线主要特性参量 (3)2.3 微带天线的辐射机理及馈电方式 (7)2.3.1微带天线的辐射机理 (7)2.3.2 微带天线的馈电方式 (8)2.4 微带天线的分析方法 (8)第三章L型探针馈电微带天线理论分析 (10)3.1L型探针馈电微带天线介绍 (10)3.2微带天线基本模型 (11)第四章L型探针馈电微带天线的仿真及结果分析 (13)4.1天线的设计指标 (13)4.2创建L型探针馈电微带天线模型 (13)4.2.1创建天线模型的基本步骤 (13)4.2.2创建完成的天线模型 (14)4.3天线模型仿真结果 (15)4.4L型探针馈电微带天线的优化设计及分析 (16)4.4.1L型探针馈电微带天线的优化分析 (16)4.4.2L型探针反馈微带天线的仿真结果分析 (20)第五章结论 (23)参考文献 (24)致谢 (26)第一章绪论1.1 课题背景及研究意义微带天线由于其重量轻、剖面低、成本低廉、设计较灵活，而且易和集成电路等电路相结合等优点得到了越来越广泛的应用，比如无线电通信、电视、广播、导航、雷达、电子对抗、射电天文、遥感等通信系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来进行工作。
此外，在用电磁波传送能量方面，非信号的能量辐射也需要天线。
天线一般都是具有可逆性的，也就是同一副天线既可用作发射的天线，又可用作接收的天线。
根据天线的互易定理同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。
近年来，随着移动通信系统业务的不断增加，通信设备不断朝着小型化方向发展，对天线体积，集成化及工作频段的要求也越来越高。
微带天线以它的体积小，剖面比较低，便于集成，生产造价低等特性以及良好的性能，受到越来越广泛的关注。
波导缝隙天线原理与仿真
DCWTechnology Study技术研究0 引言随着电子设备技术的发展，万物互联的概念逐步实现，将所有家用的、工业的、民用的、军用的电子电气设备通过互联网实现统一的控制，而万物互联实现基础是电磁场，电磁场的实现基础是天线。
我们熟知的大哥大使用的是单极天线，现在流行的5G 手机使用的是边框天线，老式电视机上使用的是八木天线等，而缝隙天线多用于雷达、通信、导航、电子对抗等普通人很少接触的设备上，因此我们很少在日常生活中见到缝隙天线。
1 缝隙天线的类型缝隙天线是一种在导体板上开凿特定尺寸的缝隙形成的天线，导体板可以是展开的也可以是闭合的，闭合的方式主要有矩形波导、圆形波导、谐振腔等，对于平面导体板可以采用同轴线的馈电方式，对于闭合的导体板即可以采用同轴线馈电方式，也可以采用波导激励馈电方式，闭合的导体板的开槽方式多种多样，有横向、纵向、斜向等。
缝隙天线如图1所示。
波导缝隙天线作为缝隙天线的一种，具有结构简单耐用、易于安装、馈电方便等特点，其天线参数性能也很出色，能够实现高增益、控制主瓣倾角、超低副瓣，副瓣电平甚至可达到-30 dB 以下。
因此，波导缝隙天线非常适合具有流线型外形的高速飞行器，融合度比较高，如机载雷达、导航设备、通信设备等。
波导缝隙天线原理与仿真刘 建1，原 觉1，刘 巍1，李 强2（1.国家无线电监测中心检测中心，北京 100041；2.工业和信息化部机关服务局，北京 100804）摘要：文章讨论了缝隙天线的特点、结构、激励方式、原理等，通过讨论缝隙周围电场和电流分布，分析缝隙天线的辐射原理。
使用HFSS仿真软件建立缝隙天线的模型，计算电场及电流分布情况，得到缝隙天线的基本参数，验证缝隙天线原理的分析结论。
关键词：缝隙天线；电偶极子；波导管；电磁仿真doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2023.08.020中图分类号：TN 82，TN 98 文献标志码：A 文章编码：1672-7274（2023）08-0061-04Principle and Simulation of Waveguide Slot AntennaLIU Jian 1, YUAN Jue 1, LIU Wei 1, LI Qiang 2(1.The State Radio_monitoring_center Testing Center, Beijing 100041, China; 2.Department ServiceBureau of the Ministry of Industry and Information Technology, Beijing 100804, China)Abstract: This paper discusses the characteristics, structure, excitation method, principle, etc. of slot antenna, and analyzes the radiation principle of slot antenna by discussing the distribution of electric field and current around the slot. The HFSS simulation software is used to build the slot antenna model, calculate the electric field and current distribution, obtain the basic parameters of the slot antenna, and verify the analysis conclusion of the slot antenna principle.Key words: slot antenna; electric dipole; waveguide; electromagnetic simulation作者简介：刘 建（1985-），男，汉族，山东人，中级工程师，硕士，研究方向为通信与网络。
缝隙天线和微带天线教育课件
(a)
(b)
(a)圆突—矩形波导缝隙天线； (b)扇面波导缝隙天线
其主要的研究热点为精确地计算相应缝隙的等效阻抗。
5.2 微带天线(Microstrip Antennas)
沿每条b边的磁流都由反对称的两部分构成， 它们在H面（yz平面）上各处的辐射相互抵消； 而两条b边的磁流又彼此呈反对称分布，因而 在E面（xz平面）上各处，它们的场也都相消， 在其它平面上这些磁流的辐射不会完全相消， 但与沿两条a边的辐射相比，都相当弱。
微带天线工作原理—辐射机理
矩形微带天线的辐射主要由沿两条a边的 缝隙产生，该二边称为辐射边。由于接 地板的存在，天线主要向上半空间辐射。 对上半空间而言，接地板的效应近似等 效于引入磁流 M s 的正镜像。由于 h<<0 ， 因此它只相当于将 M s 加倍，辐射图形基 本不变。
g/2
图示的波导宽壁上的匹配偏斜缝隙天线阵，适当地调整缝隙对中线的偏移x1和 斜角δ，可使得缝隙所等效的归一化输入电导为1，其电纳部分由缝隙中心附近 的电抗振子补偿，各缝隙可以得到同相，最大辐射方向与宽壁垂直。
带宽
匹配偏斜缝隙天线阵能在较宽的频带内与 波导有较好的匹配，带宽主要受增益改变的 限制，通常是5%~10%。其缺点是调配元件 使波方导向图功率容量降低。
缝隙两端间有一辐射电导Gs，利用级数 展开式表示，略去高阶项后可得近似结 果如下：
1
90
a 0
2
G
s
1
120
a 0
1 60
2
1 a 120 0
缝隙天线与微带天线
1.2 缝隙天线 最基本的缝隙天线是由开在矩形波导壁上的半波 谐振缝隙构成的。由电磁场理论，对 TE10 波而言，如 图5―1―3所示，在波导宽壁上有纵向和横向两个电流分 量，横向分量的大小沿宽边呈余弦分布，中心处为零， 纵向电流沿宽边呈正弦分布，中心处最大；
c h a g b f d
e
图5―1―3 TE10波内壁电流分布与缝隙配置示意图
参见图5―1―2，但是两者具有相同的方向性，其方向函 数为
cos(kl cos ) cos kl f ( ) sin
（5―1―7）
例如,理想半波缝隙天线(2l=λ /2)的H面方向图如 5―1―2(b)图所示，而其E面无方向性。理想缝隙天线同 样可以计算其辐射电阻。如果以缝隙的波腹处电压值 Um=Emw为计算辐射电阻的参考电压，缝隙的辐射功 率Pr,m与辐射电阻Rr,m之间的关系为
而波导窄壁上只有横向电流，且沿窄边均匀分布。如 果波导壁上所开的缝隙能切割电流线，则中断的电流 线将以位移电流的形式延续，缝隙因此得到激励，波 导内的传输功率通过缝隙向外辐射，这样的缝隙也就 被称为辐射缝隙，例如图5―1―4所示的缝隙a、b、c、 d、e。当缝隙与电流线平行时，不能在缝隙区内建立 激励电场，这样的缝隙因得不到激励，不具有辐射能 力，因而被称为非辐射缝隙，如缝隙f。
I
m
l
E dl
（5―1―3）
对于x>0的半空间内，其等效磁流强度为
I 2Em sin[k (l z )]
m
（5―1―4）
上式中的磁流最大值为2Emw。
z
＝ ∞
2l
y
图5―1―1 理想缝隙的坐标图
根据电磁场的对偶原理，磁对称振子的辐射场可 以直接由电对称振子的辐射场对偶得出为
微带天线仿真设计(圆形侧馈)
太原理工大学微波技术与天线课程设计设计题目：微带天线仿真设计学生姓名学号专业班级指导教师太原理工大学现代科技学院课程设计任务书注：课程设计完成后，学生提交的归档文件应按，封面—任务书—说明书—图纸的顺序进行装订上交（大张图纸不必装订）指导教师签名：日期：专业班级学号姓名成绩…………一、设计题目微带天线仿真设计（圆形侧馈）二、设计目的1.理解和掌握微带天线的设计原理2.选定微带天线的参数：工作频率、介质基片厚度、贴片模型及馈电点位置。
3.创建工程并根据设计尺寸参数指标绘制微带天线HFSS 模型。
4.保存工程后设定边界条件、求解扫描频率，生成S 参数曲线和方向图。
5.观察对比不同尺寸参数的微带天线的仿真结果，并分析它们对性能的影响。
三、设计原理矩形贴片是微带贴片天线最基本的模型，本设计就是基于微带贴片天线基础理论以及熟练掌握HFSS10仿真软件基础上，设计一个右手圆极化矩形贴片天线，其工作频率为2.45GHz ，分析其远区辐射场特性以及S 曲线。
矩形贴片天线示意图四、贴片天线仿真步骤1、建立新的工程运行HFSS ，点击菜单栏中的Project>Insert HFSS Dessign ，建立一个新的工程。
2、设置求解类型（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. 设置模型单位将创建模型中的单位设置为毫米。
（1）在菜单栏中点击3D Modeler>Units 。
（2）设置模型单位：（a ）在设置单位窗口中选择：mm 。
（b ）点击OK 按钮。
………4、创建微带天线模型（1）创建地板GroundPlane 。
在菜单栏中点击Draw>Rectangle,创建矩形模型。
在坐标输入栏中输入起始点的坐标：X ：-45，Y ：-45，Z ：0按回车键。
在坐标输入栏中输入长、宽：dX ：90，dY ：90，dZ ：0按回车键。
基于缝隙耦合的微带天线设计
Ｌｕ ＳｉｗｅｉꎬＳｈａｎ ＺｈｉｙｏｎｇꎬＣｈｅｎｇ ＹｕｎｐｅｎｇꎬＯｕ Ｙａｎｇ
( Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＤｏｎｇｈｕａ ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＳｈａｎｇｈａｉ ２０１６００ꎬＣｈｉｎａ)
Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｂｒｏａｄｂａｎｄ ａｎｔｅｎｎａꎬｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｂｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎꎬｇｌｏｂａｌ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ａｎｄ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｌｏ￣ ｃａｌ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋ ( ＷＬＡＮ) ꎬｉｓ ｂｅｃｏｍｉｎｇ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｄｅｍａｎｄｉｎｇꎬｓｕｃｈ ａｓ ｓｍａｌｌ ｓｉｚｅ ａｎｄ ｌｏｗ ｃｏｓｔ. Ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ ａｎｔｅｎｎａ ｉｓ ｓｍａｌｌ ｉｎ ｓｉｚｅꎬ ｌｏｗ ｉｎ ｐｒｏｆｉｌｅ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｉｎ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ. Ｉｔ ｉｓ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｍａｓｓ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎꎬｂｕｔ ｉｔｓ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ｉｓ ｎａｒｒｏｗ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒａｎｇｅ ｉｓ ｌｉｍｉｔｅｄ. Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒꎬａ ｃｏｍｐａｃｔ ｂｒｏａｄｂａｎｄ ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ ｐａｔｃｈ ａｎｔｅｎｎａ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ. Ｔｈｅ ａｎｔｅｎｎａ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ Ｌ￣ｓｌｏｔｓ ａｎｄ ｔｒｉａｎｇｕｌａｒ ｓｌｏｔｓ. Ｔｈｅ ｓｉｍｕ￣ ｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ａｎｔｅｎｎａ － １０ ｄＢ ｃａｎ ｒｅａｃｈ １００％ ꎬａｎｄ ｉｔｓ ｗｏｒｋｉｎｇ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ｉｓ １. ５ ＧＨｚ ~ ４. ３ ＧＨｚꎻ ｔｈｅ ａｘｉａｌ ｒａｔｉｏ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ｉｓ ３. ４ ＧＨｚ ~ ３. ８ ＧＨｚꎬａｎｄ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ｉｓ １１％ . Ｔｈｅ ｇａｉｎ ｉｎ ｔｈｉｓ ｒａｎｇｅ ｉｓ ａｌｌ ｏｖｅｒ ３ ｄＢꎻｔｈｅ ｗｉｄｅ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｇａｉｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｒｅ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｂａｎｄ ｒａｎｇｅꎬｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎꎬＢｌｕｅｔｏｏｔｈꎬａｎｄ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ＷＬＡＮ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｂａｎｄ. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: ＷＬＡＮꎻ ｂｒｏａｄｂａｎｄꎻ ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ ｐａｔｃｈ ａｎｔｅｎｎａꎻ ｇａｉｎꎻ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ
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杭州电子科技大学
《通信天线实验》
课程实验报告
实验七 :微带缝隙天线仿真设计
杭州电子科技大学通信工程学院
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微带缝隙天线仿真设计：
1. 实验目的
1、了解微带缝隙天线的概念。
2、掌握MWO EM structure仿真方法。
3、掌握天线基本参数及优化设计方法。
2. 实验内容
完成样例微带缝隙天线EM仿真设计。
1、创建 EM structure 2、建立 an enclosure 3、创建层 4、定义端口配置计算
网格5、观察电流密度和电场强度 6、观察smith圆图和方向图7、执行频率扫描 (AFS)
8、将EM structure添加到原理图并仿真
3. 实验结果
杭州电子科技大学通信工程学院
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杭州电子科技大学通信工程学院
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杭州电子科技大学通信工程学院
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