天线CAD微带天线
微带天线CAD1
微带天线CAD(1)一、微波传输线与微带天线§1.1 微波传输线传输线：同轴线(双导线)，波导，微带线天线：线天线喇叭天线微带天线所谓的传输线是传播微波能量的，天线是用来辐射能量的。
只要能传播微波能量，就能设计成专业的天线用来辐射能量！天线所辐射的能量就是来自于传输线，因此，将微波传输线的形状改变就能够设计成为天线！也正因为如此，每种传输线都对应于一系列的天线形式。
例如：用双导线和同轴线设计的线天线；用波导设计的喇叭天线以及抛物面天线；用微带线设计的微带天线，等等。
这里我们主要讲述微带天线的CAD。
§1.2 微带传输线微带线由一条宽度为w的导体带和背面有导体接地板的介质基片构成(如图1—1所示)。
导体带宽度为t，介质基片厚度为h，相对介电常数为rε。
ε=1 表示的是什么？空气介质！近年来，以空气为介质的微带天线在基r站天线中得到了广泛的应用，例如：西安华天。
微带线是一种开放线路，因此它的电磁场可无限延伸。
这样，微带线的场空间由两个不同介电常数的区域（由空气和介质)构成。
我们知道，只有填充均匀媒质的传输线才能传输单一的纯横向场——TEM 模。
现在由于空气—介质分界而的存在，使微带中的传输模是具有电场和磁场所有三个分量(包括纵向分量)的混合模。
不过，当频率较高，微带宽度w 和高度h 与波长可相比拟时，微带中可能出现波导型横向谐振模。
其最低模TEl0的截止波长为：(1-1)04h 是计入边缘效应后的等效宽度的延伸量。
（a ）(b)图1—1 微带传输线最低次TM 模（TM01）的截止波长为：（1-2）此外，微带线中还存在表面波。
最低次TM 型表面波（TM 0)的截止波长为∞，即其截止频率没有下限。
最低次TE 型表面波TE 0的截止波长：（1-3）上述波导模和表面波模称为微带的高次模。
为抑制高次模的出现，微带尺寸的选择需满足如下条件：亦即对应于最高的工作频率。
（为什么要抑制微带中的高次模？作业一） 微带传输线传输的是准TEM 模，其有两个主要持性参数：特性阻抗（characteristic impedance ）Z 0和沿线传输相速（亦即电磁波在介质中的传播速度）p v 或有效介电常数(effective dielectric constant )re ε。
天线CAD微带天线
CAD大作业班级：021114学号：02111362姓名：微带天线基本要求：工作频带1.1-1.2GHz，带内增益≥4.0dBi，VSWR≤2:1。
微波基板 =6.0 ，厚度H≤5mm，线极化。
总结设计思路和过程，给出具体介电常数为的天线结构参数和仿真结果，如VSWR、方向图等。
（80分）拓展要求：检索文献，学习并理解微带天线实现圆极化的方法，尝试将上述天线设计成左旋圆极化天线，并给出轴比计算结果。
（20分）微带天线简介：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、介质的相对介电常数rtan、介质层的长度LG和宽度WG。
图1所示的微带贴片天线是采用微带天线来馈电的，本次将要设计的矩形微带贴片天线采用的是同轴线馈电，也就是将同轴线街头的内心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2/g的改变，而在宽度W方向上保持不变，如图2（a）所示，在长度L方向上可以看做成有两个终端开路的缝隙辐射出电磁能量，在宽度W方向的边缘处由于终端开路，所以电压值最大电流值最小。
从图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，两个边缘的垂直电场分量大小相等、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。
设计步骤：（1）根据设计要求 选中心频率为f0 = 1.12GHz 、厚度H=3mm 由天线几何结构参数推导计算公式求得相关参数：宽度：W=71.5878mm 长度：L=54.3682有效介电常数： e ε=5.5393 辐射缝隙的长度：∆L=1.2681mm 同轴线馈点的位置坐标 ：f x =11.6560mm参考地的长度和宽度：3682.62≥GND L 5878.89≥GND W （2）用HFSS 根据相管参数创建微带天线模型1.、创建参考地 2、创建介质板层 3、创建微带贴片4、创建同轴馈线的内芯5、创建信号传输端口面6、创建辐射边界条件模型如图：（3）设置激励端口完成后，求解设置。
天线CAD大作业微带天线设计
天线CAD大作业学院：电子工程学院专业：电子信息工程微带天线设计一、设计要求：（1）工作频带1.1-1.2GHz ，带内增益≥4.0dBi ，VSWR ≤2:1。
微波基板介电常数为r ε= 6，厚度H ≤5mm ，线极化。
总结设计思路和过程，给出具体的天线结构参数和仿真结果，如VSWR 、方向图等。
（2）拓展要求：检索文献，学习并理解微带天线实现圆极化的方法，尝试将上述天线设计成左旋圆极化天线，并给出轴比计算结果。
二、设计步骤计算天线几何尺寸微带天线的基板介电常数为r ε= 6，厚度为h=5mm,中心频率为f=1.15GHz,s m /103c8⨯=天线使用50Ω同轴线馈电，线极化，则（1）辐射切片的宽度21)21(2-+=r f c w ε=69.72mm（2）有效介电常数21)121(2121r e-+-++=whr εεε=5.33（3）辐射缝隙的长度)8.0/)(258.0()264.0/)(3.0(h412.0+-++=∆h w e h w e L εε=2.20（4）辐射切片的长度L ef c L ∆-=22ε=52.10mm（5）同轴线馈电的位置L1 21)121(2121)(re -+-++=Lh r r L εεξ=5.20 )11(21reL L ξ-==14.63mm 三、HFSS 设计 （1）微带天线建模概述为了方便建模和后续的性能分析，在设计中定义一系列变量来表示微带天线的结构尺寸，变量的定义及天线的结构尺寸总结如下：微带天线的HFSS设计模型如下：立体图俯视图模型的中心位于坐标原点，辐射切片的长度方向沿着x轴，宽度方向沿着y 轴。
介质基片的大小是辐射切片的2倍，参考地和辐射切片使用理想导体来代替。
对于馈电所用的50Ω同轴线，这用圆柱体模型来模拟。
使用半径为0.6mm、坐标为（L1，0,0）；圆柱体顶部与辐射切片相接，底部与参考地相接，及其高度使用变量H表示；在与圆柱体相接的参考地面上需要挖一个半径为1.5mm的圆孔，作为信号输入输出端口，该端口的激励方式设置为集总端口激励，端口归一化阻抗为50Ω。
最新天线CAD课件(NEC)
天线C A D课件(N E C)§1 NEC (Numerical Electromagnetic Code，数值电磁代码) §1.1 简介（Introduction）NEC全称Numerical Electromagnetic Code（数值电磁代码），是由美国加利福尼亚的劳伦斯&利沃诺实验室创建的。
NEC是基于电场积分方程（EFIE）和磁场积分方程（MFIE）进行矩量法计算的，计算出天线上各段的电流分布，从而得到天线的近场场强和远场的方向图及天线的输入阻抗、极化、轴比等电特性。
§1.2 NEC的分类NEC软件包括：NEC2、4NEC2（NEC4）、Super NEC、Expert MININEC等。
NEC软件都是基于EFIE和MFIE积分方程，进行求解天线电特性的，这些软件能够分析位于自由空间或无限大地面上的任意直导线组成的细线天线。
细线假设包括：1)线半径远小于工作波长和线长（a<<λ，a<<l）;2)分段（每一小段）的长度均大于线半径（a∆），因此认为>天线上只有轴向电流，而没有环向电流。
§1.3 NEC软件的介绍下面主要介绍NEC2和4NEC2的应用。
§1.3.1 NEC2的应用NEC2又称卡片式NEC，NEC2的程序主要由一些卡片参数控制，并且这些程序以文本的格式保存，比如保存为：*.nec的格式。
NEC2的计算引擎是FORTRAN 90编译器，它采用三角形函数为基函数的伽略金矩量法（Galerking’s Procedure of Moment Method）。
从使用者的观点看，NEC2有三个主要的部分：1.使用者能够把描述天线结构的文本文件转换为模拟天线结构的数据。
2.建立计算子，并用EFIE方程计算得到需要的参数。
3.结果以文本文件的形式输出，里面包含天线的结构描述、特定几何结构的分析结果和需要的天线电性能参数。
天线CAD课件2006(2)概要
§3.2 HFSS(High Frequency Structure Simulator, 高频结构仿真器 §3.2.1 简介(Brief IntroductionAnsoft 公司是全球最大的提供以电磁技术为核心的专业 EDA 厂商,成立于1984年,总部设于美国宾西法尼亚州的匹兹堡市,在全球主要国家和地区设有 26家分公司和办事机构,直接为当地用户提供支持与服务。
Ansoft 公司自 1997年进入中国市场后,先后在北京、上海和成都开设了办事处;并在北京理工大学、西安电子科技大学和北京航空航天大学设立三个培训中心; 拥有上百家国内商业用户和每年超过 30%的业务增长。
Ansoft 软件是从事射频 /微波、 EMI/EMC、信号完整性以及电机 /变压器、机电系统领域设计人员的首选工具。
高频产品 :Ansoft 公司高频软件包是一个功能非常强大的设计工具,可应用于迅猛发展的无线技术、宽带通信网络、天线系统、航空航天电子等领域, 进行系统分析、电路设计、电磁仿真和物理设计。
高频产品包括:Ansoft Designer、 HFSS 和Nexxim 。
Ansoft Designer:全新的射频、微波及无线通信领域,电磁场、电路及系统仿真的综合解决方案。
HFSS :三维高频电磁场分析软件。
Nexxim :下一代频域和时域仿真器。
经过二十多年的发展, HFSS 以其无以伦比的仿真精度和可靠性,快捷的仿真速度,方便易用的操作界面,稳定成熟的自适应网格剖分技术使其成为高频结构设计的首选工具和行业标准,已经广泛地应用于航空、航天、电子、半导体、计算机、通信等多个领域,帮助工程师们高效地设计各种高频结构,包括:射频和微波部件、天线和天线阵及天线罩,高速互连结构、电真空器件,研究目标特性和系统 /部件的电磁兼容 /电磁干扰特性, 从而降低设计成本, 减少设计周期,增强竞争力。
射频和微波器件设计HFSS 能够快速精确地计算各种射频 /微波部件的电磁特性,得到 S 参数、传播特性、高功率击穿特性,优化部件的性能指标,并进行荣差分析,帮助工程师们快速完成设计并把握各类器件的电磁特性,包括:波导器件、滤波器、转换器、耦合器、功率分配 /和成器,铁氧体环行器和隔离器、腔体等。
天线CAD大作业 02111206 赵书宽
天线CAD大作业班级：021113学号：02111206姓名：赵书宽微带天线一：设计要求基本要求：工作频带1.1-1.2GHz，带内增益≥4.0dBi，VSWR ≤2:1。
微波基板介电常数为，厚度H≤5mm，线极化。
总结设计思路和过程，给出具体的天线结构参数和仿真结果，如VSWR、方向图等。
二：设计思路一个简单的微带天线，由辐射源、介质层和参考地三部分组成。
与其有关的参数有辐射源的长度L、宽度W、介质的相对介电常数和损耗正切、介质层的长宽和厚度。
这次要设计矩形微带贴片，采用同轴馈电，即将同轴线接头烦人内芯穿过参考地和介质层与辐射源相连。
如下图（俯视图）测试图：三：参数计算由题目要求可知取中心频率为1.15GHz，长度取4.5mm，介质相对介电常数为6，其他参数由计算可得矩形贴片宽度W=67.9mm，矩形贴片长度L=52.276mm，参考地长度L GND>=79.276mm，参考地宽度W GND>=96.7mm，同轴线馈电位置坐标（Xf，Yf，0）Xf=11.4mm，Yf=0计算过程如图四：设计仿真及优化1.建立模型（1）首先画出矩形贴片微带天线的模型，根据参考地的要求，设定其为110mm*110mm，介质层为100mm*100mm，高为4.5mm，贴片大小为52.276mm*67.6mm。
同轴线原点坐标为（11.4mm,0），半径为0.5mm，高度为4.5mm。
如下图：（2）创建传输端口，端口圆心与同轴线相同，半径为1.5mm，如图：（3）创建辐射边界，根据辐射边界表面距离辐射源通常需要大于四分之一个波长，可以取辐射边界大小为260mm*260mm*140mm，介质真空。
如图2.设置激励端口设置同轴线信号端口面的激励方式为集总端口激励。
端口阻抗为50欧。
3.添加使用变量添加Length，Width，Xf，初始值分别为52.276mm，69.7mm，11.4mm。
如图：然后把贴片的长度，宽度分别用Length和Width表示，把端口和同轴线的圆心坐标用Xf表示。
电调微带贴片天线CAD
电调微带贴片天线CAD
电调微带贴片天线CAD
微带天线由于其重量轻,制作简单、成本低,易于与载体平台共形以及适合组阵等诸多优点,自20世纪70年代以来越来越受重视并得到广泛应用。
它特别适用于各种移动地面设备,如移动通信、无线电话、GPS接收机、车载雷达等,以及飞行载体(如卫星、火箭和飞机等)电子设备。
但微带贴片天线的致命缺点是阻抗带宽太窄,只有百分之几,大大限制了它的应用范围。
近些年来,已有多种技术成功地用于改善带宽,这些方法中包括使用低介电常数的介质基板、使用水平或垂直方向多层寄生贴片、以及采用匹配结构等。
本文提出微带贴片天线加载变容管来提高有效带宽,用最简单的传输线模型理论设计微带贴片天线,研究变容管加载的探针馈电矩形微带天线电特性,重点考查了变容管加载微带天线后的谐振频率变化及可调谐范围,实验结果与预测符合得较好。
1 天线的分析与设计
微带天线的分析方法主要可分为三类,即传输线模型,腔模理论以及全波分析法。
全波分析法是最严格的分析方法,采用矩量法(MOM)、有限元法(FEM)及时域有限差分法(FDTD)等数值方法比较严格地求解,结果比较精确,但计算量都比较大。
在通常的工程应用中,采用传输线模型和腔模理论,只要根据经验公式和实际结构作适当的修正,也能得到满意的设计结果,误差可控制在。
天线CAD课件(NEC)word精品文档25页
§1 NEC (Numerical Electromagnetic Code，数值电磁代码) §1.1 简介（Introduction）NEC全称Numerical Electromagnetic Code（数值电磁代码），是由美国加利福尼亚的劳伦斯&利沃诺实验室创建的。
NEC是基于电场积分方程（EFIE）和磁场积分方程（MFIE）进行矩量法计算的，计算出天线上各段的电流分布，从而得到天线的近场场强和远场的方向图及天线的输入阻抗、极化、轴比等电特性。
§1.2 NEC的分类NEC软件包括：NEC2、4NEC2（NEC4）、Super NEC、Expert MININEC等。
NEC软件都是基于EFIE和MFIE积分方程，进行求解天线电特性的，这些软件能够分析位于自由空间或无限大地面上的任意直导线组成的细线天线。
细线假设包括：1)线半径远小于工作波长和线长（a<<λ，a<<l）;2)分段（每一小段）的长度均大于线半径（a∆），因此认为天>线上只有轴向电流，而没有环向电流。
§1.3 NEC软件的介绍下面主要介绍NEC2和4NEC2的应用。
§1.3.1 NEC2的应用NEC2又称卡片式NEC，NEC2的程序主要由一些卡片参数控制，并且这些程序以文本的格式保存，比如保存为：*.nec的格式。
NEC2的计算引擎是FORTRAN 90编译器，它采用三角形函数为基函数的伽略金矩量法（Galerking’s Procedure of Moment Method）。
从使用者的观点看，NEC2有三个主要的部分：1.使用者能够把描述天线结构的文本文件转换为模拟天线结构的数据。
2.建立计算子，并用EFIE方程计算得到需要的参数。
3.结果以文本文件的形式输出，里面包含天线的结构描述、特定几何结构的分析结果和需要的天线电性能参数。
下面具体介绍一下NEC2的用法：1.CM简单描述所创建的天线结构；2.CE输入的天线结构的总描述行，起着把天线的结构参数送进NEC 的软件中；3.GW一连串段来描述一直线GW tag segs x1 y1 z1 x2 y2 z2 radiusTag：所画物理结构直线的号码；Segs：直线分的段数；X1,y1,z1;x2,y2,z2代表直线的起始坐标和终点坐标；Radius：代表所画直线的半径。
微带天线CAD4
微带天线CAD (4)一、 宽频带微带天线技术与基站天线的设计1.1微带天线的宽频带技术1.1.1 引言为适应日益发展的广泛应用的需要，微带天线现在不但已发展了多种多样的宽频带技术，并且已产生了众多有效的宽频带技术和多频段工作方式。
同时，也发展了宽频带的馈电方法，其应用也越来越广泛。
宽频带微带天线在无线领域中有重要作用，特别移动通信中得到了广泛的应用。
作为移动通信中的基站天线，已经研发出重量轻、体积小，成本低的宽频带基站用的微带天线。
随着移动通信的发展，对移动通信天线设计师还有更进一步的要求。
众所周知，高明的天线设计会使天线产生另外的系统功能，例如分集接收能力来降低多路径衰落，或极化持性的选择功能等----双极化天线。
因此，移动通信天线设计不再局限于在轮廓分明的平坦基面上实现小型化、轻重量、薄剖面或平嵌安装的全向天线，而是建立一个复杂的电磁结构，使其在信号处理中发挥重要作用，并通常在不确定的时间变化环境中工作-----智能天线。
目前，国内用的基站天线的工作频率范围大多在：806 ~ 870MHz；824 ~ 896MHz；806~896MHz ，1710 ~ 1920MHz；1885 ~ 1990MHz；1710~1990MHz，1880~1930MHz，UMTS天线 (1920~2170MHz)。
对于一般的基站天线，一般不外乎要求高增益、宽频带。
为了保证基地站天线能同时同许多移动站进行通信，必须采用多信道，这就要求具有宽带特性和分路及(或)合成信道功能。
按照无线电规则的安排，800MHz 陆地移动通信的频带范围为810 ~ 960MHz 。
为了用一副天线覆盖整个频带，就需要17％的相对带宽。
当天线既发射又接收时，就会产生无源交调，因而增加干扰。
其次，为了保证基地站与业务区域内的移动站之间的通信，在业务区域内，无线电波的能量必须均匀辐射，并且天线增益应尽可能高。
由于业务区域的宽度是已经确定了的，所以不能通过水平面的波束宽度来提高天线的增益，只能通过变窄垂直面的波束宽度来提高天线增益。
微带天线CAD3
微带天线CAD (3)一、 圆极化微带天线的设计1.1微带天线的圆极化技术1.1.1 引言为适应日益发展的广泛应用的需要，微带天线现在不但已发展了多种多样的圆极化技术，并且已产生了众多有效的宽频带技术和多频段工作方式，同时也发展了宽频带的馈电方法。
此外，在方向图控制和介质覆盖技术等方面也都有了新的发展。
下面，将依次对这些新技术及其CAD加以介绍。
这里首先介绍微带天线的圆极化技术。
圆极化微带天线在无线领域中有重要作用。
特别航天飞行器中，由于航天器位置姿态不固定，它们的通讯测控设备都要求共形的，重量轻、体积小，又成本低的圆极化天线。
圆极化微带天线是能满足这些要求的比较理想的天线形式之一，并得到了广泛的应用。
1.1.2 圆极化天线原理和特性参数辐射或接收圆极化波的天线称为圆极化天线，圆极化波具有以下重要性质：1) 圆极化波是一个等幅的瞬时旋转场。
即沿其传播方向看去，波的瞬时电场矢量的端点轨迹是一个圆。
若瞬时电场矢量沿传播方向按左手螺旋的方向旋转，称之为左旋圆极化波，记为LHCP(LHCP—Left Hand Circular polarization)；若沿传播方向按右手螺旋旋转，称之为右旋圆极化波，记为RHCP(RHCP—Right Hand Circular Polarization)。
2) 一个圆极化波可以分解为两个在空间上和在时间上均正交的等幅线极化波。
由此，实现圆极化天线的基本原理就是：产生两个空间上正交的线极化电场分量，并使二者振幅相等、相位相差900。
3) 任意极化波可分解为两个旋向相反的圆极化波。
作为特例，一个线极化波可分解为两个旋向相反、振幅相等的圆极化波。
因此，其他任意极化的来波都可由圆极化天线收到；反之，圆极化天线辐射的圆极化波也可由其他任意极化的天线收到，这正是在电子侦察和干扰等应用中普遍采用圆极化工作的原因。
4) 天线若辐射左旋圆极化波，则只接收左旋圆极化波而不接收右旋圆极化波；反之，若天线辐射右旋圆极化波，则只接收右旋圆极化波，这称为圆极化天线的旋向正交性。
天线CAD大作业
圆极化微带天线的仿真设计要求设计一付工作频率为1200±5MHz圆极化微带天线，微波基板介电常数为2.2，厚度为1.5mm。
要求带内增益大于4.0dBi，VSWR小于2.0，轴比小于3dB。
设计步骤1.计算天线的尺寸微带天线的介质基片采用厚度为1.5mm的Neltec NY9220（Im），介质的介电常数ε=2.2，由公式可以计算出天线的辐射贴片的宽度和长度，以及有效介电常数的等效缝隙宽度。
此次大作业的原始天线数据，我是采用的《HFSS天线设计》第四章中的微带天线的设计实例中的数据首先进行仿真。
2. HFSS仿真设计参照《HFSS天线设计》第四章中的微带天线的设计，采用的书中例题的原始数据，再根据设计的要求，逐步优化得到想要的设计要求。
创建的天线仿真仿真模型如图3.仿真数据的分析在使用书中例题的数据进行优化的同时，发现了天线的谐振频率随着Lc的增加而减小，经过优化，分析后得出，Lc的值在82mm的时候，能基本满足设计要求得1.2GHz的谐振频率，得到的其他的结构参数如图4.初步的仿真结果一．天线的方向图从方向图中可以看出，带内的最大增益达到了6dB,能达到设计要求的条件二．电压驻波比设计要求的电压驻波比是小与2，然而设计经过优化始终得到的只是略大于2的值三．轴比的分析设计按照书中给出的例子，在进行仿真，数据分析后得到的轴比远远不能达到设计的要求始终高于要求的3dB，一度达到了9dB通过上网查资料，得知，想要实现圆极化，必须满足轴比小于3dB的要求，于是对原先的设计进行了切角设计，相应的也改变了馈源的位置，于是得到了如下的天线设计得到的圆极化天线基本满足了轴比小于3dB八木—宇田天线设计要求设计一付工作频率2.4-2.5GHz八木—宇田天线，要求带内增益大于13.0dBi，VSWR小于2.0设计步骤1．八木天线的设计包括振子尺寸的设计和优化和平衡不平衡转换设计。
首先是振子尺寸的设计和优化。
微带天线CAD2
微带天线CAD (2)一、 微带天线CAD微带天线可以单独使用，也可以作为阵列的一部分而同其它相同的单元组合使用。
无论哪种情况，设计者均应掌握微带天线单元的详细设计步骤。
要设计微带天线，首先是要认识或了解微带天线。
通常情况下，微带天线有如下特性：1) 贴片的尺寸接近于半波长（2/g λ， 介质中的波长），包括单层或多层。
2) 工作于主模的微带天线，沿谐振长度的方向，输入阻抗在贴片的边缘为最大，在贴片中心为零。
因此，改变馈电点的位置可以实现与馈线特性阻抗的匹配。
也正因为如此，通常可以在贴片的中心采用金属支撑，并可以起到直流接地的作用。
一般地有：式中0in R 为侧馈时的输入阻抗，0Y 是背馈点离侧馈边的距离。
于是，可以用实验方法方便地在某一个0Y 处实现与50欧姆馈电线的匹配，省去了阻抗变换器。
当微带天线作为独立天线应用时，背馈方式是常被采用的，而当它作为单片微带天线的阵元时，又势必采用侧馈。
(无论是对何种贴片天线，总有这样的等效特性)。
3) 由于微带天线一般都带有无限大的金属接地板，所以它具有定向的辐射方向图。
当地板的尺寸减小时，其后向辐射增强。
4) 单层微带天线单元的增益一般在3 ~ 8dB 左右，与天线的体积有关！双层或多层微带天线单元的增益可以达到9dB 。
（实际上，这与无限大金属地板上的水平对称镇子天线的增益相当！）5) 单层微带天线单元的带宽一般在1 ~ 5%左右，与天线的体积有关！双层或多层微带天线单元的带宽可以达到30 ~ 60% 。
6) 天线的极化：通常是线极化工作，可以方便地实现圆极化工作。
在这里我们将主要讲述常规微带天线的CAD，并提供如下相应的计算程序。
下面就讲述微带天线的设计以及设计程序的具体应用。
二、 微带天线CAD2.1 矩形微带天线的基本设计公式矩形微带天线的结构及常用的馈电形式如图2.1所示。
其主要参数有：辐射元长度L ，辐射元宽度W 。
介质板厚度h ，介质板的长度LG 和宽度WG ，介质的相对介电常数r ε和损耗角正切值δtg 。
天线CAD课件(NEC)39页word文档
§1 NEC (Numerical Electromagnetic Code，数值电磁代码)§1.1 简介（Introduction）NEC全称Numerical Electromagnetic Code（数值电磁代码），是由美国加利福尼亚的劳伦斯&利沃诺实验室创建的。
NEC是基于电场积分方程（EFIE）和磁场积分方程（MFIE）进行矩量法计算的，计算出天线上各段的电流分布，从而得到天线的近场场强和远场的方向图及天线的输入阻抗、极化、轴比等电特性。
§1.2 NEC的分类NEC软件包括：NEC2、4NEC2（NEC4）、Super NEC、Expert MININEC 等。
NEC软件都是基于EFIE和MFIE积分方程，进行求解天线电特性的，这些软件能够分析位于自由空间或无限大地面上的任意直导线组成的细线天线。
细线假设包括：1)线半径远小于工作波长和线长（a<<λ，a<<l）;2)分段（每一小段）的长度均大于线半径（a∆），因此认为天线>上只有轴向电流，而没有环向电流。
§1.3 NEC软件的介绍下面主要介绍NEC2和4NEC2的应用。
§1.3.1 NEC2的应用NEC2又称卡片式NEC，NEC2的程序主要由一些卡片参数控制，并且这些程序以文本的格式保存，比如保存为：*.nec的格式。
NEC2的计算引擎是FORTRAN 90编译器，它采用三角形函数为基函数的伽略金矩量法（Galerking’s Procedure of Moment Method）。
从使用者的观点看，NEC2有三个主要的部分：1.使用者能够把描述天线结构的文本文件转换为模拟天线结构的数据。
2.建立计算子，并用EFIE方程计算得到需要的参数。
3.结果以文本文件的形式输出，里面包含天线的结构描述、特定几何结构的分析结果和需要的天线电性能参数。
下面具体介绍一下NEC2的用法：1.CM简单描述所创建的天线结构；2.CE输入的天线结构的总描述行，起着把天线的结构参数送进NEC的软件中；3.GW一连串段来描述一直线GW tag segs x1 y1 z1 x2 y2 z2 radiusTag：所画物理结构直线的号码；Segs：直线分的段数；X1,y1,z1;x2,y2,z2代表直线的起始坐标和终点坐标；Radius：代表所画直线的半径。
天线CAD微带天线
天线CAD微带天线----b8d2de15-715a-11ec-a564-7cb59b590d7d基本要求：工作频带1.1-1.2ghz，带内增益≥4.0dbi，vswr≤2:1。
微波基板介电常数为0=6.0，厚度h≤5mm，线极化。
总结设计思路和过程，给出具体的天线结构参数和仿真结果，如vswr、方向图等。
（80分）扩展要求：查阅文献，学习和理解微带天线圆极化的实现方法，尝试将上述天线设计为左手圆极化天线，并给出轴比计算结果。
（20分）一．微带天线1.结构与分类微带天线是近30年来逐渐发展起来的一种新型天线。
微带天线的概念早在1953年就提出了，但至今尚未引起工程界的重视。
在20世纪50年代和60年代，只有一些零星的研究，真正的开发和使用是在70年代。
一种常见的微带天线是在薄的介质基片（如PTFE玻璃纤维层压板）上，一侧附着一层薄的金属层作为接地板，另一侧通过光刻和腐蚀制成一定形状的金属贴片，贴片由微带线和轴探头馈电，它构成了一个微带天线。
当贴片为面积单元时，称为微带天线；如果贴片是细长条，则称为微带振荡器天线。
长为l，宽为w2的矩形微带天线元可看作一般低阻传输线连接两个辐射缝组成。
l为半个微带波长即为λg/2时，在低阻传输线两端形成两个缝隙a-a和b-b，构成一二元缝阵，向外辐射。
另一种微带天线是微带缝隙天线。
本实用新型将接地板雕刻成窗口即槽，并在介质基板的另一侧打印微带线以馈送槽。
按结构特征把微带天线分为两大类，即微带贴片天线和微带缝隙天线；按形状分类，可分为矩形、圆形、环形微带天线等。
按工作原理分类，无论那一种天线都可分成谐振型(驻波型)和非揩振型(行波型)微带天线。
前一类天线有特定的谐振尺寸，一般只能工作在谐振频率附近；而后一类天线无谐振尺寸的限制，它的末端要加匹配负载以保证传输行波。
2.微带天线的性能微带天线一般应用在1～50ghz频率范围，特殊的天线也可用于几十兆赫。
和常用微波天线相比，有如下优点：（1）体积小、重量轻、外形小巧、与航母（如飞机）保持一致(2)电性能多样化。
微带天线CAD1
微带天线CAD1微带天线CAD(1)⼀、微波传输线与微带天线§1.1 微波传输线传输线：同轴线(双导线)，波导，微带线天线：线天线喇叭天线微带天线所谓的传输线是传播微波能量的，天线是⽤来辐射能量的。
只要能传播微波能量，就能设计成专业的天线⽤来辐射能量！天线所辐射的能量就是来⾃于传输线，因此，将微波传输线的形状改变就能够设计成为天线！也正因为如此，每种传输线都对应于⼀系列的天线形式。
例如：⽤双导线和同轴线设计的线天线；⽤波导设计的喇叭天线以及抛物⾯天线；⽤微带线设计的微带天线，等等。
这⾥我们主要讲述微带天线的CAD。
§1.2 微带传输线微带线由⼀条宽度为w的导体带和背⾯有导体接地板的介质基⽚构成(如图1—1所⽰)。
导体带宽度为t，介质基⽚厚度为h，相对介电常数为rε。
ε=1 表⽰的是什么？空⽓介质！近年来，以空⽓为介质的微带天线在基r站天线中得到了⼴泛的应⽤，例如：西安华天。
微带线是⼀种开放线路，因此它的电磁场可⽆限延伸。
这样，微带线的场空间由两个不同介电常数的区域（由空⽓和介质)构成。
我们知道，只有填充均匀媒质的传输线才能传输单⼀的纯横向场——TEM 模。
现在由于空⽓—介质分界⽽的存在，使微带中的传输模是具有电场和磁场所有三个分量(包括纵向分量)的混合模。
不过，当频率较⾼，微带宽度w 和⾼度h 与波长可相⽐拟时，微带中可能出现波导型横向谐振模。
其最低模TEl0的截⽌波长为：(1-1)04h 是计⼊边缘效应后的等效宽度的延伸量。
（a ）(b)图1—1 微带传输线最低次TM 模（TM01）的截⽌波长为：（1-2）此外，微带线中还存在表⾯波。
最低次TM 型表⾯波（TM 0)的截⽌波长为∞，即其截⽌频率没有下限。
最低次TE 型表⾯波TE 0的截⽌波长：（1-3）上述波导模和表⾯波模称为微带的⾼次模。
为抑制⾼次模的出现，微带尺⼨的选择需满⾜如下条件：亦即对应于最⾼的⼯作频率。
（为什么要抑制微带中的⾼次模？作业⼀）微带传输线传输的是准TEM 模，其有两个主要持性参数：特性阻抗（characteristic impedance ）Z 0和沿线传输相速（亦即电磁波在介质中的传播速度）p v 或有效介电常数(effective dielectric constant )re ε。
西电天线CAD大作业
西电天线CAD大作业————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：天线CAD大作业姓名：班级：学号：微带天线一设计基本要求工作频带1.1-1.2GHz，带内增益≥4.0dBi，VSWR≤2:1。
微波基板介电常数为6.0，厚度H≤5mm，线极化。
总结设计思路和过程，给出具体的天线结构参数和仿真结果，如VSWR、方向图等。
二设计思路本设计方法采用微带线馈电，微带线馈电方式又称侧馈，它用与微带辐射贴片集成在一起的微带传输线进行馈电。
它可以中心馈电，也可以偏心馈电，如下图，馈电点的位置取决于激励哪种模式。
对于微带传输线的馈电方式，当微带天线的尺寸确定以后，可以用以下方法进行阻抗匹配：先将中心馈电天线辐射贴片同50欧姆一起光刻，测量输入阻抗并设计出阻抗匹配变换器，然后在天线辐射贴片与馈线之间接入该阻抗匹配器，重新做成天线。
如果矩形贴片的场沿着某边有变化，那么输入阻抗也会随之变化。
因此，改变馈电点的位置是活得阻抗匹配的简单方法。
三设计步骤1 参数计算由公式计算辐射贴片的宽度W，计算结果为69.72mm，再由公式可以计算出L0为107.64mm初始的仿真数据如下：2 建立模型主视图俯视图3 初步仿真结果S11曲线：0.500.751.00 1.25 1.50Freq [GHz]-3.50-3.00-2.50-2.00-1.50-1.00-0.500.00d B (S (P 1,P 1))HFSSDesign1XY Plot 1ANSOFTCurve InfodB(S(P 1,P 1))Setup1 : Sw eep由图可见，很明显谐振频率不在1.1到1.2GHZ 。
故上述指标需要进一步优化。
4 参数优化a 对贴片长度变量L0的优化由理论分析可知，矩形微带天线谐振频率主要由辐射贴片的长度决定，谐振频率随着贴片长度的缩短而变大。
FEKO_天线仿真应用_微带天线
FEKO_天线仿真应用_微带天线问题描述参考FEKO自带的例子:E某ample-A8Microtrippatchantenna采用多种求解技术–全模型：MoM+磁对称–格林函数：MoM+磁对称采用多种端口激励方式–线端口电压源激励：WirePort–微带型棱边端口电流源激励：MicroStripPort线馈端口:WirePort棱边端口:EdgePort线端口:WirePortDEMO1:全模型+线端口线馈端口:WirePortDemo1:建模-定义变量、设定长度单位启动CadFEKO,创建:Microtrip_Patch_Antenna_Pin_Feed_Finite_Ground.cf某设定建模单位为mm–”ContructTab”中点击”ModelUnit”;弹出”Modelunit”对话框:设定为”Millimetre(mm)”点击”OK”.“Contruct”树型浏览器中,添加如下变量:–––––––––––fmin=2.73e9fma某=3.3e9freq=3e9epr=2.2lambda=c0/freq某1e3length 某=31.1807lengthY=46.6480offet某=8.9ubtrateHeight=2.87ubtrateLength某=50ubtrateLengthY=80 Demo1:建模-定义材料定义好的变量如右图所示左侧树型浏览器中,选中”Media”节点点击鼠标右键,选择”Dielectric”,弹出”CreateDielectricmedium”对话框:––––Relativepermittivity:eprDielectriclotangent:0.0Label:ubtrate点击”Create”;–点击”OK”–点击”OK”Demo1:建模-patch设定材料在树型浏览器的”Contruct”中,选中“patch”,在”Detail”中,展开”Face”,选中右图所示的Face:”Face1”,点击鼠标右键,弹出”Facepropertie”–点击”OK”Demo1:建模-Feed、线端口树型浏览器中,选中”feedPin”,在”Detail”树型浏览器中,展开”wire”,选中Wire,点击鼠标右键,选择”Createport->Wireport”,弹出”Createwireport”对话框:––––Locationonwire:MiddleLabel:Port1点击”Add”点击”Cloe”Demo1:模型处理-Union树型浏览器中,同时选中”feedPin”,”patch”和”ubtrate”,点击鼠标右键,选择”apply->Union”,把新生成的模型更名为antenna:Demo1:设定工作频率进入左侧树型浏览器的”Configuration”中,展开”Global”,选中”Frequency”,点击鼠标右键,选择”Frequency”,弹出”Solutionfrequency”对话框:–选择:SingleFrequency–Frequency(Hz):freq–点击”OK”Demo1:设定激励进入左侧树型浏览器的”Configuration”中,展开”Global”,选中”Source”,点击鼠标右键,选择”Voltageource”,弹出”Addvoltageource”对话框:––––Port:Port1采用默认设置点击”Add”点击”Cloe”Demo1:设定远场计算-ff_某Z进入左侧树型浏览器的”Configuration”中,展开”Configurationpecific”,选中”Requet”,点击鼠标右键,选择”Farfield”,弹出”Requetfarfield”对话框:–––––tart:theta->-90.0;phi->0.0end:theta->90.0;phi->0.0Increment:theta->2;phi->0.0Label:ff_某Z点击”Add”Demo1:设定远场计算-ff_YZ同样的操作:弹出”Requetfarfield”对话框:–––––tart:theta->-90.0;phi->90.0end:theta->90.0;phi->90.0Increment:theta->2;phi->0.0Label:ff_YZ点击”Add”Demo1:设定磁对称、生成网格进入”Solve/Run”,点击”Symmetry”,弹出”Symmetrydefinition”对话框:–Y=0plane:Magneticymmetry–点击OK进入”meh”,点击”CreateMeh”,弹出”Createmeh”对话框:–Mehize:Standard–Wireegmentradiu:0.25–点击MehDemo1:后处理结果显示计算完成之后,进入”Solve/Run”,点击”PotFEKO”,弹出”PotFEKO”.DEMO1:格林函数MOM+线端口线端口:WirePortDemo2:创建工程把上述建立的工程”Microtrip_Patch_Antenna_Pin_Feed_Finite_Ground.cf某”另存为”Microtrip_Patch_Antenna_Pin_Feed_Infinite_Ground.cf某”;进入左侧树型浏览器中的”Contruct”,“展开Model->Geometry>antenna”,选中”ubtrate”,按住鼠标左键不放,拖动鼠标位置到”Geometry”节点,释放鼠标左键,在弹出的浮动窗口中选择”Moveout”;删除释放出来的”ubtrate”模型;。
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微带天线
基本要求：工作频带1.1-1.2GHz，带内增益≥4.0dBi，VSWR≤2:1。
微波基板 =6.0 ，厚度H≤5mm，线极化。
总结设计思路和过程，给出具体介电常数为
的天线结构参数和仿真结果，如VSWR、方向图等。
（80分）
拓展要求：检索文献，学习并理解微带天线实现圆极化的方法，尝试将上述天线设计成左旋圆极化天线，并给出轴比计算结果。
（20分）
一．微带天线
1.结构与分类
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。
长为L，宽为W2的矩形微带天线元可看作一般低阻传输线连接两个辐射缝组成。
L为半个微带波长即为λg/2时，在低阻传输线两端形成两个缝隙a-a 和b-b，构成一二元缝阵，向外辐射。
另一类微带天线是微带缝隙天线。
它是把上述接地板刻出窗口即缝隙，而在介质基片的另一面印刷出微带线对缝隙馈电。
按结构特征把微带天线分为两大类，即微带贴片天线和微带缝隙天线；按形状分类，可分为矩形、圆形、环形微带天线等。
按工作原理分类，无论那一种天线都可分成谐振型(驻波型)和非揩振型(行波型)微带天线。
前一类天线有特定的谐振尺寸，一般只能工作在谐振频率附近；而后一类天线无谐振尺寸的限制，它的末端要加匹配负载以保证传输行波。
2.微带天线的性能
微带天线一般应用在1～50GHz频率范围，特殊的天线也可用于几十兆赫。
和常用微波天线相比，有如下优点：
(1)体积小，重量轻，低剖面，能与载体(如飞行器)共形
(2)电性能多样化。
不同设计的微带元，其最大辐射方向可以从边射到端射范围内调整；易于得到各种极化
(3)易集成。
能和有源器件、电路集成为统一的组件。
3.分析方法
微带天线进行工程设计时，要对天线的性能参数(例如方向图、方向性系数、效率、输入阻抗、极化和频带等)预先估算，这将大大提高天线研制的质量和效率，降低研制的成本。
这种理论工作的开展，带来了多种分析微带天线的方法，例如传输线、腔模理论、格林函数法、积分方程法和矩量法等。
用上述各种方法计算微带天线的方向图，其结果是一致的，特别是主波束。
二． 设计思路和过程
1.根据设计要求 选中心频率为0f = 1.15GHz 、厚度设为h=4mm ，参考《HFSS 应
用详解》的微带天线设计实例，由天线几何结构参数推导计算公式求得相关参数：
介质基板厚度:h=4mm
介电常数为:r =6ε 矩形贴片的宽度：1/201c W=()139.522
r mm f ε-+= 有效介电常数：1/211
(112)22r r e h w εεε-+-=++ 等效缝隙长度：(0.3)(/0.264)0.412(0.258)(/h 0.8)
e e W h L h W εε++∆=-+
矩形贴片的实际长度：249.4L L mm =-∆= 对于同轴馈电的微带贴片天线，在确定贴片长度L 和宽度W 之后，还需要确定同轴馈电的位置,馈点的位置会影响天线的输入阻抗。
在微波应用中通常使用50Ω的标准阻抗，因此需要确定馈电的位置使天线的输入阻抗等于50欧姆。
对于10TM 模式，在W 方向上电场强度不变，因此理论上W 方向上任意一点都可以作为馈电，一般情况在W 方向上馈电位置选取在中心点。
在L 方向上电场有/2g λ的改变，因此在L 长度方向上，从中点到两侧，阻抗逐渐变大，输入阻抗等于50欧姆时馈电位置可以由下式计算
f x =
式中 1/211
(L)(112)22r r re h L
εεξ-+-=++ 求解得10.7f x mm =
参考地长度L 6GND L h ≥+ ;宽度6GND W W h ≥+
应该模型选取参考地的长度和宽度分别为：D =75mm GN L GND W =164mm
2.用HFSS 根据相关参数创建微带天线模型:
（1）创建参考地
（2）创建介质板层
（3）创建微带贴片
（4）创建同轴馈线的内芯
（5）创建信号传输端口面
（6）创建辐射边界条件
模型如图：
馈电位置
3.设置激励端口完成后，求解设置。
4.设计检查和运行仿真分析
5.查看相关结果图。
三．仿真结果分析
1.天线的S11参数
2查看天线的S11参数的史密斯圆图
天线的归一化阻抗为（0.3961+j0.5784）
3.3D增益方向图E面方向图
H面方向图
3D增益仿真模型
4选取1.15GHz某一处的轴比
矩形微带天线的极化方式为线极化
四.微带矩形天线的宽频带和圆极化
1.改变贴片结构
这种方法包括：采用多贴片结构，电磁耦合馈电；在贴片或接地板上开槽；在电路中采用非线性调制元件，如变容二极管。
采用多贴片结构，它是通过寄生耦合，利用每个贴片天线的谐振中心频率各不相同，而各个谐振带宽又相互交叉，使整个天线的总体带宽展宽。
根据类似
的原理已研制成了多层贴片构成的微带天线。
但这样会增加微带天线的厚度。
在微带贴片天线的不同位置开不同形状的槽或缝隙，可等效成引人阻抗匹配
元件，使微带天线的馈电端形成多级的等效谐振电路，从而实现频带的展宽。
使用这一方法的一个成功的例子是微带U型槽天线，U型槽微带天线中心频率1815MHz，相对带宽达到27.5%。
2.采用特殊基板
这种方法包括：采用楔形或阶梯形基板；采用非线性基板材料。
用非线性基板材料也可以拓宽微带天线的频带，如采用铁氧体材料作为基板
材料，其电磁特性可显著缩小天线尺寸，还有铁氧体具有非线性的色散特性，
其有效磁导率随频率的升高而减低，由实验知铁氧体基板的微带天线具有多谐
特性，可以在不同频率上对应同一贴片尺寸，从而实现展宽微带天线的带宽。
但采用铁氧体其损耗较大，效率较低。
3.极化特性：各种利用贴片形状微扰、切槽加载和多馈点组合等技术实现的圆
极化天线在固定波束的角域内可提供宽频带、高极化纯度的性能。
困难的是在
宽频带、宽角域内保持高极化纯度,以适应固态有源相控阵辐射单元的要求。
此外,为了用于极化分集或收发极化隔离的系统已制成多种型式的双馈双正交极化微带贴片单元,但性能受制于阵列环境和馈线布局、其极化隔离度还有待改进。
4.基于以上方法为了改变天线的极化特性，特作切角处理。
大多数情况下，矩形微带天线工作于线极化模式，但是通过采用特殊的馈电机制及对微带贴片的处理，它也可以工作于圆极化和椭圆极化模式。
圆极化的
关键是激励起两个极化方式相互正交的线极化波，当这两个模式的线极化波幅
度相等，且相位相差90度时，就能得到圆极化的辐射。
矩形微带天线获得圆极化特性的馈电方式有两种：一种是单点馈电，另一种是正交馈电。
本文采用单
点馈电。
列举了开槽和改变馈电位置等多种方法，仿真结果不理想,时间有限，有待
优化。
五总结：
通过天线CAD该课程的学习，对天线有了更深的认识，通过特别是大作业，在大作业的完成过程中，熟悉了HFSS仿真软件，之前对天线只停留在想象阶段，通过HFSS仿真软件，可以观察天线的具体辐射特性等，对天线的各性能参数有了进一步的理解，通过设计和优化过程，了解到各尺寸对天线性能的影响。
该
课程对今后有关天线的学习和工作有很大的帮助。