微带天线CAD1
微带线的CAD设计
微带传输线的CAD设计谭利（陕西理工学院电信工程系电子信息工程专业，2006级3班，陕西汉中，723003）指导教师：聂翔【摘要】微波射频电路的平面化、小型化、集成化使得微带线成为单片微波集成电路中信号传输的主要载体。
论文先首先论述了微带线的工作原理和核心性能参数，具体详述了基于HFSS软件对微带线进行建模仿真的方法，仿真计算给出的S参数图和远区场增益覆盖图显示了设计的正确性。
【关键词】微带线，高频结构仿真器，特性阻抗，散射参数CAD design of the microstrip lineTan li(Grade 06,Class 3,Major electronics and information engineering ，Electronics and information engineering Dept.，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723000，Shaanxi)Tutor: Nie Xiang【Abstract】The developing tendency of compactness，miniaturization and integration for the microwave radio frequency circuits makes microstrip line play a key role in transporting signals in MMIC. The work principles and core performance parameters of the microstrip line are demonstrted in this paper. The approach of modeling and simulation in microstrip line based on HFSS are specified. The S parameter chart and far field overlay of calculation and simulation prove the design correct.【Key words】Micro-strip line HFSS(high frequency structure simulator) Characteristic impedance Scattering parameters目录1引言 (1)2微带线的工作原理及分析方法 (2)2.1微带线工作原理 (2)2.2微带线分析方法 (2)3微带线核心参数的计算 (5)4微带线HFSS建模与仿真 (7)4.1A NSOFT HFSS设计环境 (7)4.2建立3D模型 (8)4.3建立波端口 (11)4.4创建报告 (16)5数据分析及结论 (19)5.1S参数分析 (19)5.22D远区场增益分析 (19)致谢 (21)参考文献 (22)附录A：科技文献翻译 (23)附录B：英语科技文献原文 (28)1引言微带线的发展历程经过由传统微波传输线→带状线→耦合带状线→微带线。
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。
微带天线PPT
尽管微带天线的研究思想可以追溯到1953年， 但是直到七十年代初期才被人们所重视。微带 天线是在微带电路出现后发展起来的一种新型 天线。从七十年代中期开始，从理论、技术到 应用对这种天线进行了大量的研究，至今势头 不减。微带天线主要用在微波、毫米波段。
微带天线的结构及微带电路
微带天线由一块厚度远 小于波长的介质板（称为 介质基片）和覆盖在它的 上、下两个面上的金属片 构成。其中，下面完全覆 盖介质板的金属片称为接 地板；上面的金属片如果 尺寸可以和波长相比拟， 则称为辐射元；如果上面 的金属是长窄带，就构成 了微带传输线
微带电路：是微波电路的一 种。它是一种微波信号的 传输线。类似于波导。只 是它做在印制电路板上的 带状电路。
微带天线的分类
微带贴片天线：导体贴片通常是规则形状 的面积单元 微带振子天线：它是一个窄长的条状薄片 振子 微带线型天线：它利用微带线的某种形变 来形成辐射 微带缝隙天线：它利用开在接地板上的缝 隙，由介质基片另一侧的微带线或其他馈 线对其馈电
微带天线的工作原理
微带天线的辐射机理实际上是高频的电磁泄漏。 一个微波电路如果不是被导体完全封闭，电路中 的不连续处就会产生电磁辐射。例如微带电路的 开路端， 结构尺寸的突变、折弯等不连续处也会 产生电磁辐射（泄漏）。当频率较低时， 这些部 分的电尺寸很小，因此电磁泄漏小；但随着频率 的增高，电尺寸增大，泄漏就大。再经过特殊设 计，即放大尺寸做成贴片状，并使其工作在谐振 状态。辐射就明显增强，辐射效率就大大提高， 而成为有效的天线。
间接馈电法：与贴片无直接接触， 主要是 电磁耦合法
馈电技术直接影响到天线的阻抗特性
微带天线的设计
微带天线的主要参数
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。
微波电路CAD基础讲解
(总)波束范围 A(或波束立体角)由主瓣范围加上副瓣范围所 构成。 波束范围越小，则定向性越高。
天线增益 G kD
效率因子k(0 k 1)
3. 天线&微带天线
天线增益实际上是在波阵面某一给定方向天线辐射强度的量度。 天线增益是一个实际(或现实)参量。由于天线总有损耗
(天线或天线罩的欧姆损耗)，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。有很多设 计良好的天线，其 k 值可以接近于1，但实际上G总是小于D且 以D为理想的最大值。
3. 天线&微带天线
天线基础
天线的特性参数
③天线效率
天线效率为天线辐射功率Pr与天线输入功率Pin(辐射功率Pr
微波电路CAD基础讲解
3. 天线&微带天线
天线基础
3. 天线&微带天线
天线基础
天线是一种导行波与自由空间波之间的转换器件或换能器。 接收端：将空间传播的电磁波转换为高频电流 发射端：将发射机的高频电流转换为空间电磁波
3. 天线&微带天线
天线基础
天线辐射电磁波原理
导线载有交变电流时，就可以形成电磁波的辐射，辐射 的能力与导线的长短和形状有关。如果导线位置如由于两导 线的距离很近，且两导线所产生的感应电动势几乎可以抵消， 因而辐射很微弱。如果将两导线张开，这时由于两导线的电 流方向相同，由两导线所产生的感应电动势方向相同，因而 辐射较强。当导线的长度l远小于波长时，导线的电流很小， 辐射很微弱。
3. 天线&微带天线
天线基础
天线的特性参数 ⑥输入阻抗&驻波比
为使天线能获得最多的功率，应使天线与馈线匹配。因 此，当天线的输入阻抗等于传输线的特性阻抗时，天线获得 最大的功率。 驻波比(VSWR)：由于入射波能量传输到天线输入端未被全波 吸收（辐射）、产生反射波，迭加而成。
微带单极子天线
微带单极子天线设计报告设计者：郑州（2009022052）邱玲（2009022043）胡克强（2009022060）丘定升（2009022050）郭昭君（2009022081）目录1、基本原理 (3)2、设计目标 (3)3、电磁场仿真 (4)（1）3D模型 (4)（2）仿真曲线 (4)4、电路版图设计 (5)(1)、CAD 图 (5)5、安装调试 (6)（1）实物图 (6)（2）测试曲线 (6)6、分析总结 (6)1、基本原理单极子天线是由直接垂直安装在地面或导电平面上的直导体组成的天线 。
单极子天线等效为一振子天线 单极子天线(λ41=h )的方向图E 面2、设计目标⏹ 频率：1800～2200MHz⏹ 增益：0dBi⏹极化方向：垂直⏹方位：全向⏹仰角：球面覆盖⏹电压驻波比：≤2：1⏹阻抗：50ohm⏹最大输入功率：20W⏹接头：SMA－K3、电磁场仿真（1）3D模型（2）仿真曲线4、电路版图设计(1)、CAD 图5、安装调试（1）实物图（2）测试曲线6、分析总结根据最终测试结果分析，此次设计基本达到了设计指标，实物数据与仿真结果一致。
虽然此次设计已经达到要求，但仍有许多不足：（1）、在接下来的学习中，我们应更多地运用ADS、HFSS等专业软件，已达到熟练掌握的程度。
（2）、在完成设计的基础上，要更深入地理解天线的工作原理，增强理论知识。
（3）、将实验设计与实际应用相结合，以便于更好地将其投入生产生活中。
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。
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。
实验10：微带天线(MicrostripAntenna)
实验十： 微带天线（Microstrip Antenna ） **一、实验目的：1.了解天线之基原理与微带天线的设计方法。
2.利用实验模组的实际测量得以了解微带天线的特性。
二、预习内容：1．熟悉天线的理论知识。
2．熟悉天线设计的理论知识。
三、实验设备：四、理论分析：天线基本原理：天线的主要功能是将电磁波发射至空气中或从空气中接收电磁波。
所以天线亦可视为射频发收电路与空气的信号耦合器。
在射频应用上，天线的类型与结构有许多种类。
就波长特性分有八分之一波长、四分之一波长、半波天线；就结构分，常见有单极型（Monopole ）、双极型（Dipole ）、喇叭型（Horn ）、抛物型（Parabolic Disc ）、角型（Corrner ）、螺旋型（Helix ）、介电质平面型（Dielectric Patch ）及阵列型（Array ）天线，如图9-1所示。
就使用频宽来分别有窄频带型（Narrow-band,10%以下）及宽频带型（Broad-band,10%以上）。
(a)单极型(b)偶极型 (c)喇叭型λ/ 2图9-1 常见天线（一）天线特性参数1. 天线增益（Antenna Gain ’G ）：isotropicP P G =其中 G ——天线增益P ——与测量天线距离R 处所接收到的功率密度，Watt / m 2Pisotropic —— 与全向性天线距离R 处所接收到的功率密度,Watt / m 2由此可推导出，与增益为G 的天线距离R 处的功率密度应为接收功率密度：24R P G P tx rec ⋅⋅=π其中 G ——天线增益P tx ——发射功率，Watt / m 2 R ——与天线的距离，m2. 天线输入阻抗（Antenna Input Impedance ’Zin ）：IV Z in =其中 Z in ——天线输入阻抗V ——在馈入点上的射频电压 I ——在馈入点上的射频电流以偶极天线为例，其阻抗由中心处73Ω变化到末端为2500Ω。
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。
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。
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。
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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。
其中：re p c v ε/=， c 为自由空间中光的传播速度，波导波长（电磁波在介质中的波长）re g ελλ/=，λ为电磁波在自由空间中传播时的波长。
一般情况下，微带线的特性参数可有如下公式给出：Ω==377120πη称为自由空间波阻抗。
当工作频率升高（一般情况下大于2GHz ）时，微带线的电磁场将更集中于介质基片内，因而波的相速将减小，即等效相对介电常数增大。
显然，当频率f 无限升高时，与频率相关的等效相对介电常数趋近于基片的相对介电常数r ε。
随频率的变化曲线如图1—2所示。
也正因为如此，在设计高频微带天线时，应该考虑微带线的色散特性，并给予以适当的修正。
作为色散特性的修正，格津杰（W. J. Getsinger ）给出频率)(GHz f 时的等数相对介电常数如下：特性阻抗也随频率变化．哈默斯塔德（E. Hammcrstad)和詹森（O. Jenson ）建议利用下式作为相应的特性阻抗修正值：在微带天线工程设计中一般都必须计入色散特性的影响。
图1—2 等效介电常数随频率的变化一些常用的微带介质基片及其特性参数：1.3 微带天线结构及其分类1.3.1 简介早在1953年箔尚(G．A．DcDhamps)教授就已提出利用微带线的辐射来制成微带微波天线的概念。
但是，在放后的近20年里，对此只有一些零星的研究。
直到1972年，由于微波集成技术的发展和空间技术对低剖面天线的迫切需求，芒森(R．E．Munson)和豪威尔(J．Q．Howell)等研究者制成了第一批实用微带天线。
随之，国际上展开了对微带天线的广泛研究和应用。
1979年在美国新图西哥州大学举行了微带天线的专题目际会议，1981年IEEE天线与传播会刊在1月号上刊载了微带天线专辑。
至此，微带天线已形成为天线领域中的一个专门分支，两本微带天线专辑也相继问世，至今已有近十本书。
可见，70年代是微带天线取得突破性进展的时期；在80年代中，微带天线无论在理论与应用的深度上和广皮上都获得了近一步的发展；今天，这一新型天线已趋于成熟，其应用正在与日俱增。
1.3.2 微带天线结构微带天线是在带有导体接地板的介质基片上贴加导体薄片而形成的天线。
它利用微带线或同轴线等馈线馈电，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。
因此，微带天线也可看作为一种缝隙天线。
其典型结构如图1-2所示。
图1-2 典型微带天线结构通常介质基片的厚度与波长相比是很小的，因而它实现了一维小型化，属于电小天线的一类。
另外，随着技术的进步，现在许多手机天线都是采用曲折线型的微带天线实现了手机天线的小型化。
导体贴片一般是规则形状的面积单元，如矩形、圆形或园环形薄片等；也可以是窄长条形的薄片振于(偶极子)。
由这两种单元形成的微带天线分别称为微带贴片天线和条带振子天线，如图1-2(a,b)所示。
微带天线的另一种形式是利用微带线的某种形变（如弯曲、直角弯头等)来形成辐射，称之为微带线型天线，如图1-2(c)所示。
这种天线因为沿线传输行波，又称为微带行波天线。
微带天线的第四种形式是利用开在接地板上的缝隙，由介质基片另一侧的微带线或其它馈线(如稽线)对其馈电，称之为微带行波天线，如图1-2(d)所示。
由各种微带辐射单元可构成多种多样的阵列天线，如微带贴片阵天线，微带振子阵天线，等等。
1.3.3 微带天线的馈电微带天线通常采用微带线馈电或者是同轴线馈电，其结构如图1-3所示。
微带线由图1-3 典型微带天线馈电结构当然，还有多种馈电形式：电磁耦合馈电、口径耦合馈电等。
下面举一些实际微带天线的馈电例子：H型缝隙（slot）耦合馈电的阻抗特性曲线具有短路片的微带天线圆形微带天线的同轴探针馈电电容耦合馈电及L型馈电电阻加载的微带天线三角形微带天线的微带线馈电口径耦合的微带天线三角形微带天线的电磁耦合馈电U-slot antenna E patch antenna非平面的微带天线微带天线的场分布1.3.3 微带天线的优缺点与应用与普通微波天线相比，微带天线有如下优点：(1)体积小，重量经；(2)有平面结构，并可制成与导弹、卫星等起体表面相共形的结构；(3)馈电网络可与天线结构一起集成，适合于用印刷电路技术大批量生产；(4)能与有源器件和电路集成为单一的配件；(5)便于获得圆极化，容易实现双频段、双极化等多功能工作．(6)没有作大的变动，天线既能很容易地装在导弹、火箭和卫星。
(7)天线的散射截面较小；(8)稍稍改变馈电位置就可以获得线极化和圆极化(左旋和右旋)。
(9)比较容易制成双频率工作的天线，微带天线适合于组合式设计(固体器件，如振荡器、放大器、可变衰减器、开关、调制器、很频器、移相器等可以直接加到天线基片上)；馈线和匹B网络可以和天线结构同时设计和加工。
但是，与通常的微波天线相比，微带天线也有一些缺点：微带天线的主要缺点是：1) 频带窄；2) 有导体和介质损耗，并且会激励表面波，导致辐射效率降低；3) 功率容量较小，适用于中、小功率场合；4) 性能受基片材料影响大；5) 馈线与辐射元之间的隔离差；但是，有一些办法可以减小某些缺点。
例如，只要在设计和制造过程中特别注意就可抑制或消除表面波。
1.3.4 微带天线的应用在许多实际设计中，微带天线的优点题远超过它的缺点。
甚至目前(1980年)仍认为微带天线处于它的幼年时期的情况下，微带天线已有许多不同的和成功的应用。
随着微带天线的继续研究和发展以及日益增多的使用，可以预料，对于大多数的应用，它将最终取代常规的天线。
在一些显要的系统中已经应用微带天线的有：卫星通讯；多普勒及其它雷达，无线电测高计，指挥和控制系统导弹遥测；武器信管；便携装置；环境检测仪表；复杂天线中的馈电单元；卫星导航接收天线；生物医学辐射器。
这些绝没有列全，随着对撤带天线应用可能性认识的提高，微带天线的应用场合继续增多。
（为什么要微带天线大多采用50欧姆的馈电？作业二）下一次课将主要讲述微带天线的分析方法与设计方法微带天线的辐射是由微带天线导体边沿和地板之间的边缘场产生的；开路撤带线的辐射机理己在文献[4—12]中作了详细论述。
Lewin对檄带不连续性的辐射首次作了研究N?，他的分析是基于导体中流动的电流进行的。
这个方法也可用来计算辐射对于微带谐振器品质因数的影响。
这个分析是以微带开赂墙和地板所构成的口径场为基础。
按此分析，辐射对于总品质因数的影响可描述为谐振器尺寸、工作颠串、相对介电常数及基片厚度的函数。
理论和实验结果表巩在高招时，辐射损耗远大于导体和介质的损耗。
还证明，在用厚的而介电常数佃的基片冰开路微带线的辐射更强。