微带天线设计13345
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
《微带天线》天线设计共32页文档
《微带天线》天线设计
11、。—— 希腊
12、法律是无私的，对谁都一视同仁。在每件事上，她都不徇私情。—— 托马斯
13、公正的法律限制不了好的自由，因为好人不会去做法律不允许的事 情。——弗劳德
14、法律是为了保护无辜而制定的。——爱略特 15、像房子一样，法律和法律都是相互依存的。——伯克
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
一种小型微带宽带全向天线的设计
一种小型微带宽带全向天线的设计孙鲁兵摘要：随着无线通信技术的高速发展，在通信基站等多类系统中，全向天线得到了越来越广泛的应用，对全向天线的性能要求也越来越高，微带全向天线具有工艺简单和成本低廉等优势，成为全向天线设计的新潮流。
宽带天线在天线应用中具有较高的适应性。
基于这几类天线的优点，本文设计了一种小型的微带宽带全向天线，该天线的尺寸很小，仅为30mm*20mm*0.813mm，它由印刷在介质板上的偶极子组成，以此来实现全向辐射。
该天线通过微帶线侧馈的方式进行馈电。
仿真结果表明，该天线的相对带宽较宽，约为17.5%（4.83～5.76GHz）;在该频带内，天线具有较好的水平全向特性，且天线的最高增益达到了3.2dB。
主瓣方向在整个工作频段内保持相对稳定。
关键词：小型化;微带天线;全向天线DOI：10.12249/j.issn.1005-4669.2020.27.3281引言随着无线通信的飞速发展，对通信系统所需天线性能指标的要求也越来越高。
全向天线可以与水平面360度范围内的目标进行通信，因此被广泛用于移动通信、卫星通信、无线传感器以及空间飞行器等通信设备中。
宽带天线能够最大程度上满足大容量、高速度、高适应性等信息传输的要求，并且一副宽带天线有可能应用于多种不同的通信系统。
进而减少体统中天线的数量，实现通信系统的小型化。
微带天线因其加工工艺简单，成本低，剖面低，可集成化度高等优点有其得天独厚的优势，在当今超薄化、小型化的天线要求下发挥了巨大的作用[1-4]。
本文中，提出了一种小型化的微带宽带全向天线。
该天线结构十分简单紧凑，有利于集成加工以及阵列天线的设计。
该天线在工作频段内表现出良好的水平全向辐射特性，并且具有较高的增益和较宽的带宽及较小的不圆度。
2天线结构设计本文设计的微带宽带全向天线结构如图1所示。
该阵列天线使用的介质板为RO4003C，其尺寸为30mm*20mm*0.813mm。
该天线包含一对偶极子作为辐射单元，将传统的偶极子天线转换到一个平面上，大大缩小了天线的体积，结构紧凑并进行了双面设计，偶极子的两臂分别刻蚀在介质基板的正面和背面。
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。
(整理)微带天线设计
08通信陆静晔0828401034微带天线设计一、实验目的：●利用电磁软件Ansoft HFSS设计一款微带天线⏹微带天线的要求：工作频率为2.5GHz，带宽（S11<-10dB）大于5%。
●在仿真实验的帮助下对各种微波元件有个具体形象的了解。
二、实验原理：微带天线的概念首先是由Deschamps于1953年提出来的，经过20年左右的发展，Munson和Howell于20世纪70年代初期制造出了实际的微带天线。
微带天线由于具有质量轻、体积小、易于制造等优点，现今已经广泛应用于个人无线通信中。
图1-1是一个简单的微带贴片天线的结构，由辐射源、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源的长度L、辐射源的宽度W、介质层的厚度h、介质的相图1-1对介电常数εr和损耗正切tanδ、介质层的长度LG和宽度WG。
图1-1所示的微带贴片天线是采用微带线来馈电的，本次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源相连接。
对于矩形贴片微带天线，理论分析时可以采用传输线模型来分析其性能。
矩形贴片微带天线的工作主模式是TM10模，意味着电场在长度L方向上有λg/2的改变，而在宽度W方向上保持不变，如图1-2（a）所示，在长度L方向上可以看作成有两个终端开路的缝隙辐射出电磁能量，在宽度W方向的边缘由于终端开路，所以电压值最大电流值最小。
从图1-2（b）可以看出，微带线边缘的电场可以分解成垂直于参考地的分量和平行于参考地的分量两部分，两个边缘的垂直分量大小相等、方向相反，平行电场分量大小相等、方向相反；因此，远区辐射电场垂直分量相互抵消，辐射电场平行于天线表面。
假设矩形贴片的有效长度设为L e ,则有L e =λg ∕2 （1-1）式中，λg 表示导波波长，有λg =λ0∕√εe (1-2)式中，λ0表示自由空间波长；εe 表示有效介电常数，且εe =εr +12+εr −12(1+12h W)−12 (1-3) 式中，εr 表示介质的相对介电常数；h 表示介质层厚度；W 表示微带贴片的厚度。
微带天线的设计
微带天线设计天线大体可分为线天线和口径天线两类。
移动通信用的VHF 、UHF 天线，大多是以对称振子为基础而发展的各种型式的线天线，卫星地面站接收卫星信号大多用抛物面天线（口径天线）。
天线的特征与天线的形状、大小及构成材料有关。
天线的大小一般以天线发射或接收电磁波的波长l 来计量。
因为工作于波长l = 2m 的长为1m 的偶极子天线的辐射特性与工作于波长l = 2cm 的长为1cm 的偶极子天线是相同的。
与天线方向性有关参数：方向性函数或方向图 离开天线一定距离处，描述天线辐射的电磁场强度在空间的相对分布的数学表达式，称为天线的方向性函数； 把方向性函数用图形表示出来，就是方向图。
最大辐射波束通常称为方向图的主瓣。
主瓣旁边的几个小的波束叫旁瓣。
为了方便对各种天线的方向图进行比较，就需要规定一些表示方向图特性的参数，这些参数有：1．天线增益G （或方向性GD ）、波束宽度（或主瓣宽度）、旁瓣电平等。
2．天线效率3．极化特性4．频带宽度5．输入阻抗天线增益是在波阵面某一给定方向天线辐射强度的量度。
它是被研究天线在最大辐射方向的辐射强度与被研究天线具有同等输入功率的各向同性天线在同一点所产生的最大辐射强度之比。
天线方向性GD与天线增益G类似但与天线增益定义略有不同。
因为天线总有损耗，天线辐射功率比馈入功率总要小一些，所以天线增益总要比天线方向性小一些。
理想天线能把全部馈入天线的功率限制在某一立体角ΩB内辐射出去，且在ΩB立体角内均匀分布。
这种情况下天线增益与天线方向性相等。
理想的天线辐射波束立体角ΩB及波束宽度θB实际天线的辐射功率有时并不限制在一个波束中，在一个波束内也非均匀分布。
在波束中心辐射强度最大，偏离波束中心，辐射强度减小。
辐射强度减小到3db时的立体角即定义为ΩB。
波束宽度θB与立体角ΩB关系为旁瓣电平旁瓣电平是指主瓣最近且电平最高的。
第一旁瓣电平，一般以分贝表示。
方向图的旁瓣区一般是不需要辐射的区域，其电平应尽可能的低。
《微带天线》天线设计32页PPT
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自ຫໍສະໝຸດ 就会消 灭。— —洛克▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
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30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
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60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
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26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
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27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
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28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
小型微带天线分析与设计
小型微带天线分析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成部分，其性能和尺寸成为了的焦点。
其中，微带天线由于其独特的优点在无线通信领域得到了广泛的应用。
本文将主要对小型微带天线的分析与设计进行深入探讨。
微带天线简介微带天线是一种由导体薄片贴在介质基板上形成的天线。
由于其具有体积小、易于集成、易于制作等优点，被广泛应用于移动通信、卫星导航等领域。
微带天线的分析主要涉及电磁场理论、微波传输线和电路理论等方面的知识，而设计则主要天线的性能优化和尺寸减小。
小型微带天线的分析微带天线的特点微带天线的主要特点包括体积小、重量轻、易于制作和低成本等。
微带天线还具有可共形和可集成的优点，使其能够适应不同的应用场景和设备形状。
同时，微带天线的带宽较宽，能够覆盖多个通信频段。
微带天线的分析方法微带天线的分析主要涉及电磁场理论、微波传输线和电路理论等方面的知识。
常用的分析方法包括有限元法、边界元法、高频近似方法等。
这些方法可以根据具体问题选择合适的求解器和计算精度。
小型微带天线的优化设计微带天线的设计要素微带天线的优化设计主要天线的性能优化和尺寸减小。
设计要素包括基板材料、基板厚度、贴片形状和尺寸、缝隙大小和位置等。
通过对这些要素的优化，可以提高天线的辐射效率、增益和方向性等性能。
微带天线的优化方法微带天线的优化方法包括仿真优化和理论优化。
仿真优化通过电磁仿真软件对天线进行建模和仿真，根据性能指标进行优化。
理论优化则是通过对天线理论的深入研究，提出优化的设计方案。
也可以将两种方法结合使用，以获得更佳的设计效果。
小型微带天线的应用前景及挑战应用前景随着无线通信技术的不断发展，小型微带天线具有广泛的应用前景。
未来，微带天线将不断应用于5G、6G等新一代无线通信技术中，实现更高速度、更宽带宽和更低功耗的无线通信。
同时，微带天线也将应用于物联网、智能家居、自动驾驶等领域，实现设备的互联互通和智能化。
虽然小型微带天线具有许多优点，但也存在一些挑战。
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班 级： 通信13-3班 姓 名： 王亚飞 学 号： 18 指导教师： 徐 维 成 绩：目 录1微带天线设计 .............................................................................................. 错误!未定义书签。
1.1微带天线简介 ................................................................................... 错误!未定义书签。
1.2设计要求 ........................................................................................... 错误!未定义书签。
1.3设计指标和天线几何结构参数计算 ............................................... 错误!未定义书签。
2 HFSS 设计和建模概述 ............................................................................... 错误!未定义书签。
2.1创建微带天线模型 ........................................................................... 错误!未定义书签。
工程 .................................................................................................. 错误!未定义书签。
............................................................................................................ 错误!未定义书签。
2.2相关条件设置 ................................................................................... 错误!未定义书签。
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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。
3.1查看天线谐振点 ............................................................................... 错误!未定义书签。
3.1变量Length 、Width 扫描分析 ....................................................... 错误!未定义书签。
3.2查看S11参数以及Smith 圆图结果 ............................................... 错误!未定义书签。
微带天线仿真设计电子与信息工程学院信息与通信工程系3.3查看驻波比....................................................................................... 错误!未定义书签。
3.4查看天线的三维增益方向图........................................................... 错误!未定义书签。
3.5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1.1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1.1 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εr 和损耗正切tan δ、介质层的长度LG 和宽度WG。
图10.1 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1.2设计要求设计一个矩形微带天线，工作频率为2.45Ghz ,天线使用同轴线馈电。
天线的中心频率为2.45GHz，因此设置HFSS 的求解频率（即自适应网格剖分频率）为2.45GHz，同时添加1.5～3.5GHz 的扫频设置，分析天线在1.5～3.5GHz 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2.45GHz 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。
1.3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 2.45GHz；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εr = 3.38，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 = 2.45GHz；介质板材的相对介电常数εr = 3.38；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），以及参考地的长度LGND 和宽度WGND。
1．矩形贴片的宽度W根据公式把c=3.0×108m/s，f0=2.45GHz，εr=3.38 代入，可以计算出微带天线矩形贴片的宽度，即W = 0.0414m = 41.4mm2．有效介电常数εe根据公式把h=5mm，W=41.4mm，εr=3.38 代入，可以计算出有效介电常数，即εe= 2.953．辐射缝隙的长度ΔL根据公式把h=5mm，W=41.4mm，εeff=2.95 代入，可以计算出微带天线辐射缝隙的长度，即ΔL = 2.34mm4．矩形贴片的长度L根据公式把c=3.0×108m/s，f0=2.45GHz，εe =2.95，ΔL=2.34mm 代入，可以计算出微带天线矩形贴片的长度，即L = 31.0mm5．参考地的长度LGND 和宽度WGND根据公式把h=5mm，W=41.4mm，L=31.0mm 分别代入，可以计算出微带天线参考地的长度和宽度，即LGND≥61.8mm, WGND≥71.4mm6．同轴线馈点的位置坐标（xf，yf）根据εr=3.38，W=41.4mm，L=31.0mm 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 = 9.5mm, yf = 0mm。
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。
2.1创建微带天线模型工程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MSAntenna.hfss；然后右键单击工程树下的设计文件名称HFSSDesign1，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1.2所示的Solution Type 对话框，选中Driven Modal 单选按钮，然后单击OK按钮，退出对话框，完成设置。
图1.2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】→【Units】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】→【Options】→【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。