微带天线设计
宽带圆极化微带天线分析与设计
宽带圆极化微带天线分析与设计一、本文概述本文旨在深入探讨宽带圆极化微带天线的分析与设计。
随着无线通信技术的飞速发展，天线作为无线通信系统的关键组成部分，其性能直接影响到整个系统的传输质量和效率。
宽带圆极化微带天线作为一种重要的天线类型，具有宽频带、圆极化、低剖面、易集成等优点，因此在卫星通信、移动通信、雷达系统等领域具有广泛的应用前景。
本文将首先介绍宽带圆极化微带天线的基本原理和特性，包括其辐射机制、极化特性、带宽特性等。
随后，将详细分析宽带圆极化微带天线的设计方法，包括天线尺寸的选择、馈电方式的设计、介质基板的选取等。
在此基础上，将探讨影响天线性能的关键因素，如阻抗匹配、交叉极化、增益等，并提出相应的优化策略。
本文还将通过具体的案例分析，展示宽带圆极化微带天线在实际应用中的性能表现。
通过对比分析不同设计方案下的天线性能，为工程师和研究者在实际应用中提供有益的参考。
本文将总结宽带圆极化微带天线的设计与优化策略，并展望其未来的发展趋势和应用前景。
通过本文的研究，旨在为宽带圆极化微带天线的分析与设计提供理论支持和实践指导。
二、圆极化微带天线的基本原理圆极化微带天线是一种能够在空间中产生圆形极化波的天线，它具有独特的电磁辐射特性，广泛应用于无线通信、雷达探测和卫星通信等领域。
了解圆极化微带天线的基本原理对于其分析与设计至关重要。
圆极化波是一种电磁波，其电场矢量在空间中随时间旋转，形成一个圆形的轨迹。
圆极化微带天线通过特定的设计和构造，能够在其辐射区域内产生这样的圆形极化波。
这种波形的特性在于，无论接收天线的极化方式如何，圆极化波都能在一定程度上被接收，因此具有更好的抗干扰能力和更广泛的适用性。
圆极化微带天线的基本原理主要基于电磁场理论和天线辐射原理。
它通过在微带天线的辐射贴片上引入特定的相位差，使得天线的两个正交分量产生90度的相位差，从而形成圆极化波。
这种相位差可以通过在辐射贴片上刻蚀特定的槽口或引入附加的相位延迟线来实现。
实验五-微带天线设计_图文_图文
• 把Layout层映射到金属层，也就是把Cond层粘贴到Sub介质板上，如下图所 示，选择“Layout Layer”标签，在“Name”下拉列表中选择贴片所在的Layout层 cond，单击【Strip】按钮完成贴片的粘贴。设置金属层参数，单击【Applay】 ，然后单击“OK”
（4）添加端口
end Zt=sqrt(50*Zin) %计话框
优化目标对话框
• 进行优化仿真，下图为优化后的仿真结果。
• 打开前面仿真过的微带贴片的Layout文件，按照原理图尺寸在Layout中划出 匹配结的图形，然后设置板材参数，插入端口。
• S参数仿真。 中心频率还是发生了偏移！ 改进方法：减少匹配线长度，减少贴片长度
板材参数：
H:基板厚度(1.5 mm)，
Er:基板相对介电常数(2.65)
Mur:磁导率(1)，
Cond:金属电导率(5.88E+7)
Hu:封装高度(1.0e+33 mm)， T:金属层厚度(0.035 mm)
TanD:损耗角正切(1e-4)， Roungh:表面粗糙度(0 mm)
报告要求：
（1）简单叙述微带天线工作原理； （2）给出微带天线的版图尺寸； （3）给出版图仿真结果，并对其结果进行分析； （4）制作该天线，进行测试，给出天线的驻波测试结果，分析误差原因。
使天线辐射尽可能多的功率,必须使天线与空气匹配,输入驻波比尽可 能小。阻抗、驻波比与反射系数的关系为
(5) 辐射效率 Pr为天线辐射出的功率,单位为W；Pi为馈入天线的功率，单位为W 。 天线增益、方向性系数和辐射效率的关系： (6) 半功率角
(a) 按电场定义； (b) 按功率定义
1.3 常见的天线类型
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。
微带天线设计
第一章微带天线简介1.1微带天线的发展历史与趋势微带天线是20世纪70年代以来逐渐发展起来的一种新型天线。
虽然在1953年就提出了微带天线的概念，但并没有在工程界的引起重视。
从20世纪50年代到60年代也只是做一些零星的研究，直到20世纪70年代初期，在微带传输线的理论模型及对敷铜的介质基片的光刻技术发展之后，第一批具有许多设计结构的实用的微带天线才被制造出来[3]。
为适应现代通信设备的需求，天线的研发方向主要往几个方面进行，即减小天线的尺寸、宽带和多波段工作、智能方向图控制。
随着电子设备集成度的提高，通信设备的体积也变得越来越小，这时天线尺寸就需要越来越小了。
然而，在减小天线的尺寸的同时又不明显影响天线的增益和效率是一项艰巨的工作。
电子设备集成度提高，经常需要一个天线在较宽的频率范围内来支持两个或更多的无线服务，宽带和多波段天线能满足这样的需要。
微带天线由于重量轻、体积小、成本低、制作工艺简单、易与有源器件和电路集成等诸多优点，所以得到广泛的应用和重视。
1.2 微带天线研究的背景微带天线是带有导体接地板的截止基片上贴加导体薄片而形成的天线。
微带天线通过微带线或者同轴线等馈线馈电，在导体贴片与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。
微带天线主要是一种谐振式天线，相对带宽比较窄，一般设计的带宽只有2%到5%。
随着天线的工作频率的降低，带宽也逐渐变窄。
在这样的背景下，研究影响微带天线带宽的因素，进而找到展宽微带天线的带宽的方法，对于微带天线能否在工业、民用、国防等领域得到广泛的应用，具有重要的意义。
1.3 多频带微带天线研究的意义当今，无线通讯行业发展迅猛，掌上电脑、笔记本电脑和手机都已经成了人们生活的必需品[4]。
对于频谱资源日益紧张的现在通讯领域，迫切需要天线具有双极化功能，因为双极化可使它的通讯容量增加1倍。
对于有些系统，则要求系统工作于双频，且各个频段的极化又不同。
设计1：侧馈矩形微带天线
背馈时
WG W 0.2g LG L 0.2g
侧馈时，基片宽度同上，长度要考虑馈线和匹配电路的配置而定
二、HFSS仿真设计：1、新建设计工程
二、HFSS仿真设计：2、定义设计变量
结构名称 辐射贴片 1/4波长阻抗 变换器 50Ω微带线 结构参数名称
长度 宽度 长度 宽度 长度 宽度 厚度
其中
Yin
2G G B 1, 1 2 Y Y T0 T0 cos ( z )
1 YT 0 ZT 0
Z为馈电点到天线边缘拐点处的距离，β是介质 中的相位常数
一、设计步骤：2、阻抗匹配
cos 2 ( z ) Z L Zin 2G
3.73
等效缝隙宽度
L 0.412h
c 2 f0 e
e 0.258 W / h 0.8
2L 30.21mm
e 0.3 W / h 0.264
0.75mm
辐射贴片长度
L
一、设计步骤：2、阻抗匹配
侧馈矩形微带天线输入阻抗计算公式 辐射电导
一、设计步骤：1、计算天线尺寸
由设计要求可知：f0=2.45GHz，εr=4.4，h=1.6mm 辐射贴片宽度
c 2 W 2 f0 r 1
1/2
37.26mm
1/2
有效介电常数
e
r 1 r 1
12h 1 2 2 W
1 G 120 2
0
k0W sin ( cos )tg 2 sin d 2
2
等效电纳
输入导纳
B
k0 L e ZT 0
ZT0是把天线视作传输线时的特性阻抗
微带天线仿真设计
微带天线（圆形贴片）仿真设计一.设计要求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。
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．实验原理矩形贴片天线如下图一所示，用传输线模分析法介绍它的辐射原理。
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。
图一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。
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。
矩形微带天线设计
矩形微带天线设计1、 技术参数：中心频率2.45GHz ，带宽60MHz 全向微带天线2、 参数计算： 1） 选择介质基片选择陶瓷基片εr ＝9.8，厚度h=1.27mm ，1.27mm 的基片有较高的天线效率，较宽 的带宽以及较高的增益。
2） 计算贴片宽度（1）通过公式（1）算出贴片宽度为w=0.02635m=26.35mm3） 计算贴片长度求得 8.9 ， =0.543mm ，L=19.44mm4） 馈电点的计算w=26.35mm 122.45mmG r =20901⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛λw =5.145×10-4β=153 cos 2(βz)=()z Y G2in = 5.145×10-2βz= cos -1(21045.15-⨯)=1.342求得：z=0.00877m=8.77mm 5）馈线的宽度和长度采用ADS 中的linecalc 工具来计算馈线的宽度和长度，计算结果为： 馈线的宽度应为：1.21mm ，长度应为：1.32mm 3、 建模及仿真 1） 建模在ADS 中建立矩形天线的模型2)仿真及结果分析Frequency M a g . [d B ]S11FrequencyP h a s e [d e g ]S11由上图可见，理论上的计算结果与实际的符合还是相当不错的，中心频率大约在2.45GHz 左右只是中心频率处反射系数S11还比较大，从而匹配不理想，在2.45GHz 处，m1距离圆图上的坐标原点还有相当的距离。
在2.45GHz 下的输入阻抗是：Z0*（0.147-j0.517）＝7.35－j25.85。
还需要对初始的设计图进行匹配优化设计工作，使其达到完全的匹配。
下图是天线总的2D 方向辐射图。
3）进行阻抗匹配为了进一步减小反射系数，达到较理想的匹配，并且使中心频率更加精确，可以在Schmatic 中进行匹配。
天线在3GHz 下的输入阻抗是：Z0*（0.147-j0.517）＝7.35－j25.85，这可以等效为一个电阻和电容的串连。
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仿真技术综合设计微带天线仿真设计班级：通信13-3班姓名：王亚飞学号：18指导教师：徐维成绩：电子与信息工程学院信息与通信工程系目录1微带天线设计.................................................. 错.. 误!未定义书签微带天线简介................................................. 错.. 误!未定义书签设计要求..................................................... 错.. 误!未定义书签设计指标和天线几何结构参数计算............................... 错. 误!未定义书签2HFSS设计和建模概述 ............................................ 错误!未定义书签创建微带天线模型............................................. 错.. 误!未定义书签新建HFSS工程 ........................................... 错误!未定义书签建立模型................................................. 错... 误!未定义书签相关条件设置................................................. 错.. 误!未定义书签设置激励端口............................................. 错.. 误!未定义书签添加和使用变量........................................... 错.. 误!未定义书签求解设置................................................ 错... 误!未定义书签3设计检查和运行仿真分析........................................ 错. 误!未定义书签查看天线谐振点............................................... 错.. 误!未定义书签变量Length、Width 扫描分析................................. 错. 误!未定义书签查看S11参数以及Smith圆图结果.............................. 错误!未定义书签查看驻波比................................................... 错.. 误!未定义书签查看天线的三维增益方向图..................................... 错. 误!未定义书签查看平面方向图............................................... 错.. 误!未定义书签4总结体会...................................................... 错..误!未定义书签1微带天线设计微带天线简介微带天线是近30年来逐渐发展起来的一类新型天线。
早在1953年就提出了微带天线的概念，但并未引起工程界的重视。
在50年代和60年代只有一些零星的研究，真正的发展和使用是在70年代。
常用的一类微带天线是在一个薄介质基（如聚四氟乙烯玻璃纤维压层）上，一面附上金属薄层作为接地板，另一面用光刻腐蚀等方法作出一定形状的金属贴片，利用微带线和轴线探针对贴片馈电，这就构成了微带天线。
当贴片是一面积单元时，称它为微带天线；若贴片是一细长带条则称其为微带振子天线。
图是一个简单的微带贴片天线的结构，由辐射元、介质层和参考地三部分组成。
与天线性能相关的参数包括辐射元的长度L、辐射元的宽度W、介质层的厚度h、介质的相对介电常数& r和损耗正切tan 3、介质层的长度LG和宽度WG。
图所示的微带贴片天线是采用微带线来馈电的，本章将要设计的矩形微带贴片天线采用的是同轴线馈电，也就是将同轴线接头的内芯线穿过参考地和介质层与辐射元相连接。
图1. 1微带天线的结构设计要求设计一个矩形微带天线，工作频率为，天线使用同轴线馈电。
天线的中心频率为，因此设置HFSS 的求解频率（即自适应网格剖分频率）为，同时添加〜 的扫频设置，分析天 线在〜 频段内的回波损耗或者电压驻波比。
如果天线的回波损耗或者电压驻波比扫频结 果显示谐振频率没有落在 上，还需要添加参数扫描分析，并进行优化设计，改变微带贴 片的尺寸和同轴线馈点的位置，以达到良好的天线性能。
设计指标和天线几何结构参数计算本章设计的矩形微带天线工作于ISM 频段，其中心频率为；无线局域网（WLAN ）、蓝 牙、ZigBee 等无线网络均可工作在该频段上。
选用的介质板材为 Rogers R04003,其相对 介电常数£ r =，厚度h = 5mm ;天线使用同轴线馈电。
微带天线的 3个关键参数如下： 工作频率f0 =;介质板材的相对介电常数&r = 考地的长度LGND 和宽度WGND 。
1 •矩形贴片的宽度W 根据公式1 ) 1/22•有效介电常数& e根据公式把c=x 108m/s , fO=,g e =,△ L=代入，可以计算出微带天线矩形贴片的长度，即 L = 5. 参考地的长度LGND 和宽度WGND根据公式W GND W 6h 把h=5mm , W=, L=分别代入，可以计算出微带天线参考地的长度和宽度，即 LGND>, ;介质层厚度h = 5mm 。
下面来计算微带 天线的几何尺寸，包括贴片的长度 L 和宽度W 、同轴线馈点的位置坐标（xf ，yf ），以及参 把 c=x 108m/s ，f0=， £ r= 代入，可以计算出微带天线矩形贴片的宽度，即W =把 h=5mm ， W=，£ r= 代入, e于于（1 12存"2 可以计算出有效介电常数，即£ e=把 h=5mm ，W=，£ eff=代入, 可以计算出微带天线辐射缝隙的长度，即△L =L GNDL 6h c 1WGND>6.同轴线馈点的位置坐标（xf, yf）根据& r=, W=, L=很容易可以计算出微带天线同轴线馈点的位置坐标（xf, yf），即xf= , yf=Omm。
2 HFSS设计和建模概述本课程所设计的天线实例是使用同轴线馈电的微带结构，HFSS工程可以选择模式驱动求解类型。
在HFSS中如果需要计算远区辐射场，必须设置辐射边界表面或者PML边界表面，这里使用辐射边界条件。
为了保证计算的准确性，辐射边界表面距离辐射源通常需要大于1/4个波长。
因为使用了辐射边界表面，所以同轴馈线的信号输入/输出端口位于模型内部，因此端口激励方式需要定义为集总端口激励。
创建微带天线模型新建HFSS工程1.运行HFSS并新建工程启动HFSS软件。
HFSS运行后，会自动新建一个工程文件，选择主菜单【File】-【Save As】命令，把工程文件另存为；然后右键单击工程树下的设计文件名称HFSSDesig n,1从弹出菜单中选择【Rename】命令项，把设计文件重新命名为Patch。
2.设置求解类型设置当前设计为模式驱动求解类型。
从主菜单栏选择【HFSS -【Solution Type】，打开如图所示的Solution Type对话框，选中Driven Modal单选按钮，然后单击0K按钮，退出对话框，完成设置。
图设置求解类型3.设置默认的长度单位设置当前设计在创建模型时使用的默认长度单位为毫米。
从主菜单栏选择【Modeler】-【Un its】命令，打开“模型长度单位设置”对话框。
在该对话框中，Select units项选择毫米单位（mm），然后单击按钮，退出对话框，完成设置。
4.建模相关选项设置从主菜单栏选择【Tools】f【Options】f【Modeler Options】命令，打开3D Modeler Options对话框，单击对话框Drawing选项卡，选中Drawing选项卡界面的Edit properties of newprimitive复选框，然后单击“确定”按钮，退出对话框，完成设置。
建立模型1•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90mrK 90mm 的矩形面作为参考地，命名为GND,并为其分配理想导体边界条件。
（1）从主菜单栏选择【Draw】f【Rectangld命令，进入创建矩形面模型的状态。
在三维模型窗口的任一位置单击鼠标左键确定一个点；然后在xy面上移动鼠标光标，在绘制出一个矩形后单击鼠标左键确定第二个点，此时弹出矩形面“属性”对话框。
(2) 单击该对话框的 Comma nd 选项卡，在Positio n 项对应的Value 值处输入矩形面起 始点坐标(-45, -45, 0),在XSize 项对应的Value 值处输入矩形面的长度 90, YSize 项 对应的Value 值输入矩形面的宽度90;然后单击对话框的Attribute 选项卡，在Name 项 对应的Value 值处输入矩形面的名称 GND,单击Tran spare nt 项对应的Value 值按钮，设 置模型透明度为 ;如图所示。
最后，单击按钮结束。
图创建的参考地(3) 在三维模型窗口，单击选中新建的矩形面模型，选中后的模型会高亮显示。
(4) 在三维模型窗口单击右键，从弹出菜单中选择【 Assign Bounda@T 【Perfect 曰，打 开如图所示的Perfect E Boundary 对话框，为选中的矩形面 GND 分配理想导体边界条件。
在打开的对话框中，Name 项对应的文本框处输入 PerfE_GND 将理想导体边界命名为PerfE_GND 然后单击对话框按钮结束。
此时理想导体边界条件的名称PerfE_GND 添加到 工程树的Boundaries 节点下。
2•创建介质板层图E Boundary 设置对话框创建一个长x宽x高为80mm x 80mm x 5mm的长方体作为介质板层，介质板层的底部位于参考地上(即z=0的xOy面上)，其顶点坐标为(-40,-40, 0)，介质板的材料为R04003,介质板层命名为Substrate。
(1)从主菜单栏选择【Draw】—【Box】命令，进入创建长方体模型的状态，在三维模型窗口任一位置单击鼠标左键确定一个点；然后在xy面上移动鼠标光标，在绘制出一个矩形后单击鼠标左键确定第二个点；最后沿着z轴方向移动鼠标光标，在绘制出一个长方体后单击鼠标左键确定第三个点。