矩形微带天线设计与分析
基于HFSS矩形微带天线仿真与设计
基于HFSS矩形微带天线仿真与设计HFSS (High Frequency Structure Simulator) 是一种用于电磁场仿真的专业软件，可广泛应用于微波、射频和毫米波电路及天线设计领域。
本文将基于HFSS软件，对矩形微带天线进行仿真与设计。
1. 矩形微带天线的原理矩形微带天线是一种常用的微带天线结构，其原理是通过在基板上制作一块金属片，再将其与微带馈源相连，形成天线结构。
当微带馈源传输电磁波信号时，金属片将产生共振现象，从而辐射出电磁波信号，实现天线的信号发射与接收功能。
在进行矩形微带天线设计时，需要确定一系列设计参数，包括天线的长度、宽度、基底材料以及微带馈源的位置等。
这些设计参数将直接影响到天线的工作频率、频带宽度、增益以及阻抗匹配等性能指标。
在进行矩形微带天线的仿真时，首先需要在HFSS软件中建立天线的三维模型。
通过设置好天线的设计参数，如长度、宽度、基底材料等，并对微带馈源进行建模。
接着，对天线的工作频率范围进行设置，进行频域分析，并评估天线的频率响应、阻抗匹配、波传输等性能指标。
根据仿真结果对天线设计参数进行优化，以满足设计要求。
通过HFSS仿真，可以获得矩形微带天线的频率响应曲线。
该曲线反映了天线在不同频率下的辐射性能，包括驻波比、增益、辐射模式等。
通过对频率响应曲线的分析，可以确定天线的工作频率范围、频带宽度，并对天线的频率响应进行优化设计。
阻抗匹配是矩形微带天线设计中的重要问题，影响着天线与信号源之间的能量传输效率。
通过HFSS仿真，可以获取天线的输入阻抗参数，并进行阻抗匹配网络设计，以提高天线的能量利用率。
矩形微带天线的辐射模式是指天线在不同方向上的辐射功率分布情况。
通过HFSS仿真可以获取天线的辐射模式图，并分析天线的主辐射方向、辐射功率分布等，从而优化天线的辐射性能。
在进行矩形微带天线的仿真与设计过程中，需要不断对天线的设计参数进行调整与优化，以满足天线的性能指标要求。
同轴馈电矩形微带天线设计与分析2
同轴馈电矩形微带天线设计与分析2同轴馈电矩形微带天线设计与分析2首先，我们来看一下同轴馈电矩形微带天线的结构。
该天线由一个矩形微带辐射片和一根同轴馈线组成。
矩形微带辐射片通常是由导电材料制成，可以是金属或导电涂料。
同轴馈线则由内导体、绝缘层和外导体组成，在馈线的一端与微带辐射片相连接。
在设计同轴馈电矩形微带天线时，我们首先需要确定天线的工作频率。
一般来说，天线的工作频率应根据具体的应用需求来确定。
例如，在无线通信系统中，我们需要根据通信频段来选择天线的工作频率。
确定了工作频率后，我们可以根据相关的天线设计公式来计算出天线的尺寸。
接下来，我们来详细介绍同轴馈电矩形微带天线的尺寸计算。
首先，我们需要确定天线的工作波长。
根据光速和工作频率的关系，可以得到工作波长的值。
然后，我们可以使用一些经验公式来计算矩形微带辐射片的尺寸。
例如，对于矩形微带辐射片的长度L，可以使用公式L=λ/2来计算，其中λ为工作波长。
而对于矩形微带辐射片的宽度W，可以使用公式W=c/(2*f*ε_r)^0.5来计算，其中c为光速，f为工作频率，ε_r为绝缘层的相对介电常数。
当得到了矩形微带辐射片的尺寸后，我们还需要计算同轴馈线的尺寸，以确保天线的匹配性能。
在天线设计完成后，我们可以使用一些电磁仿真软件来对天线的性能进行分析。
常用的电磁仿真软件有CST、HFSS等。
使用这些软件，我们可以模拟天线在不同频率下的辐射模式、驻波比等性能指标。
通过对仿真结果的分析，我们可以优化天线的设计，以达到更好的性能。
此外，我们还可以通过实验的方法对天线的性能进行验证。
在实验中，我们可以测量天线的辐射功率、驻波比、增益等性能指标，并与仿真结果进行比较。
通过实验的验证，我们可以对天线的设计是否满足需求进行确认，并进一步优化设计。
综上所述，同轴馈电矩形微带天线的设计与分析是一个复杂而又有趣的过程。
通过合理的设计和分析，我们可以得到性能优良的天线结构，以满足无线通信和雷达系统的需求。
同轴馈电矩形微带天线设计与分析 2
同轴馈电矩形微带天线设计与分析摘要：本文使用HFSS软件，设计了一种具有损耗低、稳定性好的同轴馈电矩形微带天线。
该新型C波段微带天线射频频率2、45GHz，输入阻抗50Ω，利用矩形同轴线馈电(RCL)结构网络和微带天线子矩阵的基本原理和设计方法，运用HFSS对该天线进行仿真、优化，最终得到最佳性能，达到了频段围S11小于XXX，尺寸XXX，方向性XXX，达到XXX的设计要求。
关键词：HFSS，微带线，天线请在摘要中写明该天线的性能，点明创新性或所做的工作重点。
1、前言在1953年Deschaps提出微带天线的理论，经过20年多的发展，Munson和Howell于20世纪70年代初期制造了实际的微带天线。
传统的手工计算设计天线采用的是尝试法，设计和研发周期长，费用高。
随着计算水平的提高，可以采用成熟的电磁仿真软件设计。
微带天线结构简单,体积小,能与载体共形，能和有源器件、电路等集成为统一的整体，具有体积小、重量轻、低剖面、易于集成和制造等点，在卫星通信、卫星定位系统等多个领域获得了广泛应用。
已被大量应用于100MHz～100GHz宽频域上的无线电设备中, 特别是在飞行器和地面便携式设备中得到了广泛应用。
微带天线的特征是: 比通常的微波天线有更多的物理参数, 可以有任意的几何形状和尺寸；能够提供50Ω输入阻抗,不需要匹配电路或变换器；比较容易精确制造, 可重复性较好；可通过耦合馈电, 天线和RF电路不需要物理连接；较易将发射和接收信号频段分开；辐射方向图具有各向同性。
设计的圆极化微带天线具有较宽的频带或者是双频堆叠结构且采用同轴线馈电，一般天线厚度尺寸较大，因此馈电同轴长加大，导电感抗加大，天线的性能随之恶化。
通常，单层厚天线采用L形或T形同轴探针馈电；对于双层厚天线，通过在层间增加空气层以改善天线的驻波特性J。
这两种结构给天线的制造带来了困难，前者需要在介质层增加金属片来实现T形或L形探针馈电，制作不便，增加了制造代价；后者需要在两层天线中间添加空气层，由于空气层厚度对天线性能影响突出，厚度不易控制，因此也不是好的选择，而同轴馈电矩形微带电线成为了性能良好的天线选择之一。
矩形微带天线的设计及FDTD分析
Ｏ 引言
在天线设计 中， 选用微带天线 有很 多优点 ， 体积小 、 量 重 轻、 容易 同安 装表 面共形… 。对 于 给定 工作 频率 的微 带 天 线， 在设计时往往遇到具体 困难 ， 比如天线 的阻抗 匹配 。本
输入端 口在有天线时的时域 电压信号为 （ ）则反射 电压 ｔ， 信号为 （ ） ｌ￡ 。用 Ｆ 将 ｌ ￡和 （ ） ￡一 （） （） ｔ 变换到 频域 ， 得到 （ 和 （ ， 可以得 出天线 的回波损耗 ∞） ∞） 就
＝９６ ５ Ｑ匹配微带馈线宽为 １ ５ｍｍ。 ． ，Ｏ ．４
２２ 计算设置 ．
用时域有 限差分法 （ ｍ
） 对上 述微 带天线 进行 分析
（ 生 ） 介质基 片的有 效介电常数为 ＝生 十三 一
，
计算 ， 计算空 间选为 ４ ｍｍ×６ｍｍ×４ ０ ０ ｍｍ， 划分 网格 数为 ６ ６ ×６ ×１ （ ９ ３ 非均匀 网格 ）计算空 间的吸收边界采用理 想匹配 ， 层吸收边界 （ ＭＬ） 最小 空 间步 长为 Ｐ ， ＝０ ５ ｍｍ， ｙ＝ ．２ ４ ＝０ ２ ｍ ．６ ｍ，时域 步长 Ａ ＝０ ７ ｐ， ｃ 咀ａ ｔ ｔ ． ３ｓ 由 ［ ｎ
ｌ 矩形 微带贴 片天线 的设计 与验证 方 法
１ １ 计算矩形微带贴片天线 的尺寸的方法 ． 对于给定的天线工作频率 ， 如果选定介质基 片厚度 ｈ 和基片相对介 电常数 ｅ， ，则微带天线的贴 片宽度为 Ｗ ＝
二 Ｊ
１． ｍ 介质基板厚度 ｈ ．３ ｍ， ９６ ｍ， ２ ＝１３ｒ 介质基板介电常数 ｅ ａ ，
天线 的输入阻抗特性 图， １７Ｇ ｚ 在 ．９ Ｈ 时阻抗 虚部为 Ｏ 实部 ，
矩形微带贴片直线阵列天线的分析和设计
扫 描 ，然 后 再缩 小扫 描 范 围 ，直 到贴 片 尺寸 和 馈 电位 置 满足 设 计 性能 要
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用 较低 的 ｅ 和较 厚 的基片材 料 。 ｒ
１． ５Ｈ时 达 到１． ７Ｂ左 右 ， 图３ 等幅 同相 激励 ＩＧ ｚ ５ ０Ｇ ｚ ２ ４ｄ ｉ 为 ５ Ｈ 时和平 面 上的方
向 图。
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２１ＧＨ 矩形徽带 豫片 辐射簟 元帕设黄 和仿真 ５ ｚ
本文 设计 的矩形微 带 贴片的 工作频 率为 １Ｇｚ ５Ｈ ，介 质基 片厚度 ０５ｍ ．ｍ ， 介 质基 片相对介 电常数 为２２ ． ，金属 贴片厚 度００ｔ 。 ．５ ｎ ｉ 根据 工作频 率初步 计算得 到贴 片的 宽度 、长度等 参数 的基础 上 ，采用
本 文 主要 介 绍 了微 带贴 片 直 线 阵 列 的 分 析 和 仿 真 。在 工 作 频 率 为
性相位滞 后激 励１Ｇ ｚ 妒＝０和 ＝万 平面 上的方 向图。 ５Ｈ 对 为 了获 到直线 阵 列的方 向控制 性能 ，在各 端 口采用 线性 相位滞 后等幅 馈 电，仿真 了其方 向图特 征 ，各单 元之 间相位偏 离３度 。此 时，５ ０ 单元矩 形 微 带 贴 片 直 线 阵 列 的 方 向 性 系 数 在 １Ｇ ｚ 达 到 １． ４Ｂ左 右 ， 在 ５Ｈ 时 ２１ｄ ｉ １． ５Ｈ 时达￣ １． ｌＢ 左右 ，在 １．５Ｈ 时达 到 １． ７Ｂ左 右 ，图４ ４ ９Ｇ ｚ ｔ２ １ｄ ｉ ］ ５０ Ｇｚ ２ １ｄ ｉ 为线 性相位滞 后激 励 １Ｇ ｚ ５Ｈ 时和平 面上 的方 向图。 ４小 结
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。
基于HFSS矩形微带天线仿真与设计
基于HFSS矩形微带天线仿真与设计HFSS（高频结构模拟软件）是一种专业的电磁场仿真软件，可以用于电磁场分析和天线设计。
在通信领域，天线设计是非常重要的工作，而微带天线是一种常用的天线结构之一。
本文将基于HFSS软件对矩形微带天线进行仿真与设计，以探讨其性能和特点。
矩形微带天线是一种常见的微带天线结构，其结构简单、制作方便，并且在通信系统中有着广泛的应用。
矩形微带天线的主要结构是由金属贴片和衬底组成，金属贴片通常被设计成矩形或正方形，可以直接在PCB（Printed Circuit Board）板上加工制作。
由于其结构简单并且性能良好，所以矩形微带天线备受研究者的关注。
在HFSS软件中进行微带天线的仿真与设计，需要按照以下步骤进行：1. 建立仿真模型：首先需要建立微带天线的三维模型，包括金属贴片和衬底。
在HFSS软件中，可以通过绘制结构、设置材料参数、定义边界条件等步骤来完成模型的建立。
2. 定义仿真参数：在建立好仿真模型后，需要定义仿真的频率范围、激励方式、网格密度等参数，以确保仿真的准确性和有效性。
3. 进行仿真分析：在设置好仿真参数后，可以进行频域分析或时域分析，得到微带天线的S参数、辐射场分布等重要信息，从而评估微带天线的性能。
4. 优化设计：根据仿真结果，可以对微带天线的结构参数进行调整和优化，以获得更好的性能指标，比如增益、带宽、驻波比等。
通过以上步骤，可以在HFSS软件中对矩形微带天线进行全面的仿真与设计，为微带天线的工程应用提供良好的设计基础和技术支持。
接下来，将从两个方面对基于HFSS的矩形微带天线仿真与设计进行详细介绍。
第一、HFSS仿真分析在HFSS软件中对矩形微带天线进行仿真分析，主要是评估其性能指标和辐射特性。
常见的性能指标包括带宽、增益、辐射方向图、驻波比等。
对于微带天线的带宽来说，是一个很重要的性能指标。
带宽的宽窄直接关系到天线的频率覆盖范围，在通信系统中有着重要的应用。
一种矩形微带天线的设计
微带天线的设计步骤
确定介质基板厚度h、相对介电常数εr，天线的 中心工作频率f0，矩形贴片的实用宽度W 确定矩形微带贴片的宽度W后，则介质基板的 相对有效介电常数ε re谐振频率处反射系数 确定微带贴片天线边缘场引起的等效伸长长度
微带天线的设计步骤
微带天线长度的确定
馈电方式的确定及阻抗匹配 确定介质板尺寸
Thank you！
2012. 5
一种矩形微带微带天线设计和分析方法 掌握矩形微带贴片天线的设计方法 熟悉高频结构仿真器(High Frequency StructureSimulator)HFSS
设计要求
天线的工作频率f0=2.44GHz 在工作频率f0处S11<-20dB 天线-10dB的带宽B>=40MHz 带宽内驻波比VSWR<2 工作频率f0处的增益Gain>8dB
微带天线的模型
天线的各项性能参数的仿真结果
天线的S11仿真结果
天线的各项性能参数的仿真结果
天线的驻波比VSWR仿真结果
2.44GHz处天线的总辐射方向图
2.44GHz处天线的增益仿真结果
设计结论
由S11仿真结果可以看到，天线的工作频 率f0=2.44GHz，工作频率处反射系数 S11=-27.78 dB，S11<10dB的带宽为 45MHz,符合设计要求；由驻波比仿真结 果，可以看出在2.42GHz-2.46GHz频率 范围内，驻波比VSWR<2，符合设计要 求；由天线的增益仿真结果，可以看出 天线在工作频率处的增益略小于8dB，基 本符合设计要求。
侧馈矩形微带天线
侧馈矩形微带天线设计与分析摘要：近些年来，天线作为通信、广播、雷达、制导等无线电应用系统的关键设备在功能、设计及制造工艺上都发了巨大变化。
在国内，幅域广阔，虽然有线网发展迅速，但对于广大的农村以及偏远的地区，无线传输可能是唯一的选择。
在广播电视技术领域，随着广播电视在农村的普及，微带天线的发展和应用有着广阔的市场和光明的前途。
尤其在移动广播电视中，微带天线的地位在将来的发展中将无可比拟。
本设计使用HFSS软件，设计具有一种具有低阻抗特性的微带天线。
该天线在2.42GHZ~2.48GHZ频段范围内S11小于-20dB，该天线长90.45mm,宽97.26mm,高31.6mm，达到谐振频率为2.45GHZ的设计要求。
关键词：无线传输 HFSS 微带天线一．前言微带天线的概念首先是有Deschaps于1953年提出来的，经过20年左右的发展，Munson和Howell于20世纪70年代初期造出了实际的微带天线【4】。
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，侧馈一般指的是用微带线馈电，背馈是用同轴线馈电。
同常规的微波天线相比，微带天线具有一些优点。
因而，在大约从100MHz到50GHz的宽频带上获得了大量的应用。
研究目的：与通常的微波天线相比，微带天线的一些主要优点是重量轻、体积小、剖面薄的平面结构，可以做成共形天线。
同时微带天线以这些特性受到广泛的关注。
随着移动通信系统业务的不断发展，通信设备不断向小型化发展，对天线的体积，集成度等要求越来越高。
随着对微带天线应用可能性认识的提高，微带天线的应用场合将继续增多。
因此，研制微带天线具有很大的实际价值。
研究意义：近些年来，天线作为通信、广播、雷达、制导等无线电应用系统的关键设备在功能、设计及制造工艺上都发了巨大变化。
而且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、混频器、移相器等可以直接加到天线基片上）；而微带天线分为侧馈矩形微带天线、同轴馈电矩形微带天线、双频微带天线和圆极性微带天线。
侧馈矩形微带天线设计与仿真全文
dB(S(P1,P1)) Setup1 : Sw eep L0='28mm' W1='0.9mm'
dB(S(P1,P1)) Setup1 : Sw eep L0='28mm' W1='1mm'
dB(S(P1,P1)) Setup1 : Sw eep L0='28mm' W1='1.1mm'
-30.00
1.50
Байду номын сангаас
1.75
2.00
2.25
2.50
2.75
3.00
3.25
3.50
Freq [GHz]
MX1: 2.4500
图3 S11的扫频分析结果
0.00 -5.00 -10.00 -15.00
XY Plot 2
HFSSDesign1 ANSOFT
Curve Info
dB(S(P1,P1)) Setup1 : Sw eep L0='27mm'
天线参数。介质基片采用厚度为1.6mm的FR4环氧树脂（FR4 Epoxy） 板，天线馈电方式为微带线馈电。 2、设计步骤
①计算天线尺寸：微带天线的介质基片采用厚度为1.6mm的FR4 环氧树脂板，所以厚度h=1.6mm，介质的介电常数 r 4.4 。辐射贴 片宽度：w=37.26mm，辐射贴片长度：L=30.21mm，有效介电常数： e
dB(S(P1,P1))
-20.00
-25.00
-30.00
1.50
1.75
2.00
2.25
2.50
2.75
3.00
3.25
矩形微带天线设计
班级：姓名：学号：指导教师：**成绩：电子与信息工程学院信息与通信工程系1微带天线简介微带天线的概念首先是有Deschaps 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。
假设矩形贴片的有效长度设为L e ，则有L e =λg /2式中，λg 表示导波波长，有λg =λ0/ε式中，λ0表示自由空间波长；εe 表示有效介电常数，且εe =21)121(2121-+-++w h εε式中，εr 表示介质的相对介电常数；h 表示介质厚度；w 表示微带贴片的宽度。
因此，可计算出矩形贴片的实际长度L ，有L=L e -2ΔL=λ0/e ε-2ΔL=2102-ef c εΔL 式中，c 表示真空中的光速；f 0表示天线的工作频率；ΔL 表示等效的辐射缝隙的长度，且有ΔL=0.412h ()()()()8.0264.0258.03.0++-+h W h W εε 矩形贴片的宽度W 可以由下式计算，W=212102-⎪⎭⎫ ⎝⎛+εf c对于同轴线馈电的微带贴片天线，在确定了贴片长度L 和宽度W 之后，还需要确定同轴线馈点的位置，馈点的位置会影响天线的输入阻抗。
在微波应用中通常是使用50Ω的标准阻抗，因此需要确定馈点的位置使天线的输入阻抗等于50Ω.对于如图所示的同轴线馈电的微带贴片天线，坐标原点位于贴片的中心以（x f ，y f ）表示馈点的位置坐标。
对于TM 10模式，在W 方向上的电场强度不变，因此理论上的W 方向上的任一点都可以作为馈点，为了避免激发TM 1n 模式，在W 方向上的馈点的位置一般取在中心点，即 y f =0在L 方向上电场有λg /2的改变，因此在长度L 方向上，从中心点到两侧，阻抗逐渐变大；输入阻抗等于50Ω时的馈点可以由下式计算，x f =)(2L L ξ 式中， )121(212121)(l h L +--++=εεξ上述分析都是基于参考地平面是无限大的基础上的，然而实际设计中，参考地都是有限面积的，理论分析证明来了当参考地平面比微带贴片大出6h 的距离时，计算结果就可以达到足够的准确，因此设计中参考地的长度L GND 和宽度W GND 只需要满足以下条件即可， L GND ≥L+6hW GND ≥W+6h2设计指标和天线结构参数计算我这次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 的无线网络均可以工作在该频段上。
基于HFSS矩形微带天线仿真与设计
基于HFSS矩形微带天线仿真与设计HFSS（High Frequency Structure Simulator）是由安捷伦（Ansys）公司开发的一款高频电磁仿真软件，主要用于分析和设计高频、射频和微波器件。
在无线通信领域中，微带天线是一种常用的天线类型，具有结构简单、制作工艺方便等优点，因此在各种无线通信系统中得到广泛应用。
矩形微带天线是一种常见的微带天线形式，其结构简单，易于制作。
它主要由导线带、底座和贴片构成。
导线带通常是由金属材料制成，贴片是指附在底座上的绝缘材料，贴片的尺寸和形状决定着微带天线的频率特性。
HFSS软件可以通过建立几何模型、定义材料属性和设置边界条件等步骤来对矩形微带天线进行仿真。
需要根据实际要设计的微带天线的尺寸和形状，在软件中建立一个几何模型。
然后，根据天线的材料特性，设置相应的材料属性。
接下来，需要定义天线的边界条件，例如接地平面和边界面的特性等。
然后，软件会自动求解出微带天线的电磁场分布和频率特性。
根据仿真结果，可以优化天线的设计参数，以达到所要求的性能指标。
对于矩形微带天线来说，设计的关键参数主要有频率、带宽、辐射方向图和增益等。
通过HFSS软件的仿真和优化，可以为设计者提供参考和指导，帮助其快速实现设计目标。
可以通过调整天线的尺寸和形状来实现所需的工作频率；通过优化导线带和贴片的尺寸和位置，可以增加微带天线的带宽；通过调整导线带的长度和宽度，可以改变微带天线的辐射方向图和增益。
通过不断调整和优化，最终得到满足需求的微带天线设计。
通过HFSS软件的矩形微带天线仿真与设计，可以准确分析天线的电磁场分布和频率特性，帮助设计者优化天线的尺寸和形状，实现所需的性能指标。
这种仿真与设计方法既提高了天线设计的效率，又降低了开发成本，对于无线通信系统的设计和建设具有重要意义。
微带天线的设计和阻抗匹配
微带天线的设计和阻抗匹配微带天线是一种广泛应用于无线通信领域的新型天线。
它具有体积小、重量轻、易于集成等优点，因此特别适合于现代通信系统的应用。
本文将详细介绍微带天线的原理、设计思路、阻抗匹配方法以及实验验证等方面的内容。
微带天线是在介质基板上制作的一种天线。
它主要由辐射元和传输线组成，通过在介质基板上印制金属导带，形成辐射元和传输线，利用电磁波的辐射和传播特性实现天线的功能。
由于辐射元和传输线都印制在介质基板上，因此微带天线具有体积小、重量轻、易于集成等优点。
选择合适的介质基板，根据需要选择介电常数、厚度、稳定性等参数；在介质基板上印制金属导带，形成辐射元和传输线；根据设计要求，对金属导带进行形状和尺寸的调整；为提高天线的性能，需要进行阻抗匹配等调试；选取合适的材料：根据应用场景和设计要求，选择合适的介质基板和金属材料；设计形状和尺寸：根据天线设计的原理，设计合适的辐射元和传输线形状，以及其尺寸大小；考虑天线的抗干扰能力：为提高天线的性能，需要采取措施提高天线的抗干扰能力，如设置保护区、采用滤波器等。
微带天线的阻抗匹配是实现天线高效辐射的关键环节。
通常情况下，微带天线的阻抗不是纯电阻，而是具有一定的电抗分量。
为了使天线与馈线之间实现良好的阻抗匹配，通常采用以下方法：改变馈线的特性阻抗：通过调整馈线的几何形状、材料等参数，改变馈线的特性阻抗，使其与天线的阻抗相匹配；添加电阻、电容等元件：在馈线与天线之间添加适当的电阻、电容等元件，以调整天线的阻抗，实现阻抗匹配；采用分步匹配：通过在馈线与天线之间设置适当的阶梯状阻抗，逐渐接近天线的阻抗，从而实现良好的阻抗匹配。
为了验证微带天线的性能和阻抗匹配的效果，通常需要进行实验测试。
实验测试主要包括以下步骤：搭建测试平台：根据需要搭建测试平台，包括信号源、功率放大器、接收机等；连接测试平台：将微带天线与测试平台连接，确保稳定的信号传输；调整阻抗匹配：根据实验结果，对天线的阻抗匹配进行微调，以获得最佳的性能；进行测试：在不同的频率、距离等条件下进行测试，收集数据并进行分析；结果分析与讨论：根据实验数据进行分析和讨论，评估微带天线的性能和阻抗匹配的效果。
设计侧馈矩形微带天线
二、HFSS仿真设计：9、参扫寻找谐振频率
二、HFSS仿真设计：9、参扫寻找谐振频率
从分析上看，天线的谐振频率随L0的增加而降低，当L0=28mm 时谐振频率约为2.43GHz（S11=-19.57dB），更精确的数值 L0=27.95mm
二、HFSS仿真设计：10、获得最佳匹配性能
W1进行参扫，范围0.9mm~ 1.4mm(间隔0.1mm)。从结果图看， 天线的谐振频率不随W1的改变，当W1=1mm时2.45GHz频点的S11=34.64dB最小。
w2
w1
l1
W L
一、设计步骤：3、介质板尺寸
测试显示辐射口径场 集中在辐射边附近很 小的区域，介质板过 多对外延伸对这种场 没有明显影响，
WG
在低频段工作时，WG 和LG应尽可能小（为 LG 什么？）。实验表明， 沿辐射元各边向外延伸 λg/10就可以了
背馈时
WG W 0.2g LG L 0.2g
m
了很好的匹配状态。
Name Freq m 2.45GHz
mag 0.018
Ang 100.7
RX 0.994+j0.036
VSWR 1.037
二、HFSS仿真设计：11、查看最终天线的性能
0
2
等效电纳 输入导纳
B k0L e
ZT 0
ZT0是把天线视作传输线时的特性阻抗
Yin
2G
cos2 ( z)
G2 B2 YT20
sin2 (
z)
B YT 0
sin(2
z)
Yin
2G
cos2 (
z)
G YT 0
基于HFSS矩形微带天线仿真与设计
基于HFSS矩形微带天线仿真与设计【摘要】本文基于HFSS软件，对矩形微带天线进行仿真与设计，通过分析HFSS仿真原理和矩形微带天线设计原理，提出了HFSS仿真与设计流程。
对参数进行优化分析，进行性能评估与实验结果比对。
最后总结了HFSS矩形微带天线的仿真与设计，展望未来研究方向，探讨研究成果的应用前景。
该研究意义重大，可以为微带天线的设计与应用提供重要参考，推动通信领域的发展。
【关键词】矩形微带天线、HFSS仿真、设计、原理、流程、参数优化、性能评估、实验结果、总结、展望、研究成果、应用。
1. 引言1.1 研究背景矩形微带天线是一种常见的微波天线类型，在通信领域有着广泛的应用。
随着通信技术的发展和应用，对天线设计的要求也越来越高。
研究人员对矩形微带天线的性能进行优化和改进，以满足不同应用场景的需求。
在这种背景下，基于HFSS仿真技术的矩形微带天线设计成为了一个热门的研究方向。
HFSS是一种常用的高频电磁场仿真软件，能够较为准确地模拟微波元器件的电磁场分布和特性。
通过HFSS仿真可以快速评估不同设计参数对矩形微带天线性能的影响，为设计优化提供有力支撑。
本研究旨在通过HFSS仿真与设计，对矩形微带天线进行参数优化分析，并对其性能进行评估与实验验证。
通过探究HFSS矩形微带天线的仿真与设计流程，为进一步优化微波天线设计提供参考。
本研究将结合理论分析与实验结果，总结HFSS矩形微带天线的仿真与设计经验，并展望未来对矩形微带天线设计的进一步研究方向。
1.2 研究意义通过对矩形微带天线的仿真与设计研究，可以深入理解天线的工作原理和特性，为设计更加优秀的微带天线提供理论支持。
通过参数优化分析和性能评估，可以提高矩形微带天线的性能，并且在实际工程中实现更好的应用效果。
矩形微带天线的仿真与设计研究也有助于推动天线技术的发展，促进通信技术的进步和应用场景的拓展。
本文研究的矩形微带天线仿真与设计对于推动通信技术和天线技术的发展具有重要的意义，有助于提高微带天线的性能和应用效果，同时也为相关领域的研究和实际应用提供了理论支持和实用价值。
设计1：侧馈矩形微带天线
此外，侧馈矩形微带天线与其他天线的集成和共形设计也将成为未来 研究的热点，为无线通信技术的发展提供更多可能性。
THANKS
感谢观看
当微波信号通过侧馈网络传输到 辐射贴片上时，在辐射贴片上形 成电磁波，通过与接地板的相互 作用，形成定向的电磁波辐射。
侧馈矩形微带天线的优缺点
优点
侧馈矩形微带天线具有体积小、重量 轻、易于集成等优点，同时其结构简 单、易于加工和制作，成本较低。
缺点
侧馈矩形微带天线的带宽较窄，且其 辐射效率受介质基片的影响较大，因 此在一些需要宽频带和高效辐射的应 用中受到限制。
设计1：侧馈矩形微带天 线
• 引言 • 侧馈矩形微带天线的基本原理 • 侧馈矩形微带天线的仿真与优化 • 侧馈矩形微带天线的实际制作与测试 • 侧馈矩形微带天线的应用案例 • 总结与展望
01
引言
微带天线简介
微带天线是一种由微带线或带状线构 成的平面天线，具有体积小、重量轻 、易于集成等优点。
它利用微波传输线原理，将辐射元件 和传输线集成在同一平面上，通过电 磁辐射实现信号的传输。
03
稳定性
材料稳定性对侧馈矩形微带天线的长期性能和使用寿命至关重要。选择
具有良好热稳定性、化学稳定性和机械强度的材料，可以确保天线在各
种环境条件下稳定工作。
侧馈矩形微带天线的制作工艺
工艺流程
制作侧馈矩形微带天线需要遵循一定的工艺流程。首先，在选定的基材上均匀涂覆一层导 电层，然后通过光刻、腐蚀等工艺形成天线结构。接下来，进行必要的金属化处理和连接 器安装，最后进行测试和调整。
侧馈矩形微带天线的现状与成果总结
侧馈矩形微带天线是一种广泛应用于无线通信领域的天线类型，具有低剖面、易于 集成和易于制造等优点。
实验10-微带贴片天线设计
实验十：综合设计-微带贴片天线设计
（自我认为这个做的非常好）
一、设计要求
设计一个矩形微带贴片天线，要求与50Ω馈线匹配连接，匹配结构采用短路单枝节形式。
基板参数:FR4基板，介电系数4.5，基板厚度3 mm，双面覆铜，金属厚度0.018 mm.过孔壁金属厚度0.05 mm.
设计指标:中心频率800 MHz，带宽10 MHz，反射系数小于-10 dB，驻波比小于2,增益大于6 dB。
二、实验仪器
硬件：PC
软件：AWR软件
三、设计步骤
1、贴片天线设计
2、匹配电路设计
3、总体电路设合计
四、数据记录及分析
1、贴片天线设计
（1）尺寸计算：
参数εre
辐射单元馈线
宽度/mm 长度/mm 宽度/mm 长度/mm
计算值 3.4 113 102 5.6 50.7 优化结果—138.1615906405 86.5 ——（2）贴片天线模型：
（3）参数化设置：
（4）Patch参数化模型：（5）分析及优化：
（6）注释分析：
2、匹配电路设计
天线阻抗/Ω参数 d l Z0圆图计算结果0.1930987λ0.109773λ50
电长度/deg 69.515532 39.51828 W/mm
实际值/mm 0.072412 0.041165 5.61906
调节结果/mm —
3、总体电路设合计
（1）建立电路原理图：
（2）版图验证：
（3）分析与调节：调节前：
调节后：
（4）AXIEM电磁提取分析：AXIEM提取后比没有提取的效果差！。
矩形宽带微带天线的设计
矩形宽带微带天线的设计作者：方慧来源：《物联网技术》2017年第04期摘要：天线是现代通信系统的重要组成部分，在目前移动设备日趋小型化的趋势下，因为微带天线的体积小、重量轻，所以针对微带天线的研究应用成为了热点问题。
一种矩形宽带微带天线被提出，它克服了微带天线带宽较窄的缺点，实现了宽带辐射。
关键词：微带天线；宽带；小型天线；带宽辐射中图分类号：TN821；TP393 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2017）04-00-020 引言20世纪70年代初期，人们成功研制出一种新型天线，这种天线被称作微带天线。
微带天线分为三个大类，分别为微带贴片天线、微带缝天线和微带行波天线。
其中，微带贴片天线[1-3]使用的频率较高，其特点是体积小、重量轻、效率高以及频率的选择性较好。
但频率选择性较好既是一种优点，又是一种缺点，该特点导致天线带宽比较窄，具有一定的局限性。
1 宽带微带天线的设计微带天线可以类比为一个封闭的谐振腔，其谐振特性能够等效于一个并联谐振电路，并具有高Q值[4-6]。
总体来说，微带天线具有阻抗带宽较窄的固有缺点，这对其广泛应用产生了限制，因此需要扩展微带天线的带宽。
近几年，人们主要采用增大基板厚度，降低介电常数，附加阻抗匹配网络，采用缝隙耦合馈电等方法来扩展微带天线的带宽。
天线带宽根据微带天线输入端的电压驻波系数来确定，范围即电压驻波系数低于某一个特定值对应的频段，天线的带宽用微带天线的电压驻波比来表示[7，8]：其中，Q=2pfWr/P，Wr=erV02/16pm0hf2（k0，a）2，P=Pr+Pd+Pc+PSw。
Pd为导体损耗， Pc为介质损耗， Pr为辐射损耗，后三者与Pr相比可忽略不计，因此可得： Q>>（er/hm0）A，A为常数。
从公式（1）中可以看出，当微波天线的驻波比VSWR值一定时，改善天线带宽的根本途径是降低天线的品质因数Q，可以从以下几个方面入手：（1）选择厚基片，辐射电导会随其厚度的增加而增大，辐射对应的Qr以及总的Q值会随之下降。
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矩形微带天线设计与分析
万聪，沈诚诚, 王一平
2011级通信2、4班
沈诚诚：主要负责资料准备与整理
王一平：主要负责论文的格式与后期资料扩充
万聪：主要负责设计模型
三人共同学习hfss软件设计模型，共同参与讨论编写论文，发扬团结合作的精神，克服所遇到问题，完成好老师布置的作业。
摘要：微带天线以其体积小、重量轻、低剖面等独特的优点引起了相关领域的广泛重视，已经被广泛应用在1OOMHz—1OOGHz的宽广频域上的大量的无线电设备中。
本文介绍了一种谐振频率为2.45GHz，天线输入阻抗为50Ω的使用同轴线馈电的矩形微带天线。
本论文给出了详细的设计流程：根据理论经验公式初步计算出矩形微带天线的尺寸，然后在HFSS里建模仿真，根据仿真结果反复调整天线的尺寸，直到仿真结果中天线的中心频率不再偏离2.44GHz为止。
微带天线固有的缺陷是窄带性，它的窄带性主要是受尺寸的影响，在不改变天线中心频率的前提下，通过理论经验公式与仿真软件的结合，给出了微带天线比较合理的尺寸。
通过HFSS 13.0软件对该天线进行仿真、优化，最终得到最佳性能。
关键词：微带天线、谐振频率、HFSS
Abstract: the microstrip antenna has attracted wide attention from related fields with
the advantages of small volume, light weight, low profile, unique, a lot of radio equipment has been widely applied in broad frequency range 1OOMHz - 1OOGHz of the. This paper introduces a 2.45GHz resonant frequency, input impedance of the antenna for the rectangular microstrip antenna using a 50 ohm coaxial feed. This paper gives a detailed design process: according to the theory of empirical formula calculated the size of rectangular microstrip antenna, then modeling and Simulation in HFSS, repeated adjustment according to the simulation results of the antenna size, until the simulation results in the center frequency antenna can not depart from the 2.44GHz to stop. The inherent defects of microstrip antenna is narrow, narrow band it is mainly affected by the size, in the premise of not changing the antenna center frequency, through a combination of theoretical formula and simulation software, the reasonable size of microstrip antenna. The antenna is simulated by HFSS 13 software, optimization, and ultimately get the best performance.
Keywords: microstrip antenna, resonant frequency, HFSS
1．前言
微带天线的概念首先是由Deschamps于1953年提出来的。
微带天线（microstrip antenna）在一个薄介质基片上，一面附上金属薄层作为接地板，另一面用光刻腐蚀方法制成一定形状的金属贴片，利用微带线或同轴探针对贴片馈电构成的天线。
微带天线分2 种：①贴片形状是一细长带条，则为微带振子天线。
②贴片是一个面积单元时，则为微带天线。
如果把接地板刻出缝隙，而在介质基片的另一面印制出微带线时，缝隙馈电，则构成微带缝隙天线。
经过20多年的发展，Munson和Howell于20世纪70年代初期制造了实际的微带天线。
微带天线结构简单,体积小,能与载体共形, 能和有源器件、电路等集成为统一的整体,已被大量应用于100MHz～100GHz宽频域上的无线电设备中, 特别是在飞行器和地面便携式设备中得到了广泛应用。
微带天线的特征是: 比通常的微波天线有更多的物理参数, 可以有任意的几何形状和尺寸；能够提供50Ω输入阻抗,不需要匹配电路或变换器；比较容易精确制造, 可重复性较好；可通过耦合馈电, 天线和RF电路不需要物理连接；较易将发射和接收信号频段分开；辐射方向图具有各向同性。
本文设计的矩形微带天线工作于ISM频段，其中心频率为2.45GHz。
选用的介质板材为FR4环氧树脂板，其相对介电常数εr=4.4,厚度h=1.6mm；天线使用微带线馈电。
2．结构模型
画出天线结构示意图，并标明图中的参数。
图1 矩形微带天线结构
图2天线各参数
3．结果与讨论
图3 S11扫频分析结果
由图可知，当L0=28mm,W1=1mm时，天线性能达到了最佳，谐振频率此时为2.46GHZ。
此时S11=-29.5
图4仿真smith圆图
由上图可以看出该天线完全满足设计要求。
在2.45GHz时归一化阻抗为0.5055-j0.5440。
图5 天线在XZ和YZ截面上的增益方向图
图6 三维增益方向图
4．总结
在本次设计中，我们首先讨论了微带天线的设计原理，翻阅了许多资料，了解微带天线的设计原理后才开始工作。
在设计过程中，我们根据老师所发的资料中天线尺寸的计算公式，进过不断地讨论和实验，之后分析了不同尺寸参数对微带天线的性能影响，于是设计了谐振频率为2.45GHz的微带天线。
我们在实验过程中学习并利用HFSS软件去建立天线模型，经过多次试验后得出了天性特性的仿真曲线，令我们高兴的事，设计的模型参数与理论设计值吻合比较好，只有很少一部分的误差，这对于第一次做天线模型的我们来说已经是很欣喜若狂了。
吻合较好的数据也说明了本设计的有效性。
当然在本次设计过程中，遇到了大大小小的许多困难，我们三个人经过许多次的在一起学习老师所给的资料和讨论分析，会得出一些解决方法，去克服苦难。
例如：XZ和YZ方向上增益图和3D增益方向图一开始我们画出来的都是所有数据在一起的图画，参考书中夜没有给出详细的提示，于是我们进行反复琢磨，原来在familys那一栏需要确定准确的参数，这样单一的图才会显示出来。
这就是我们进行反复多次的实验方得出来。
参考文献
[1] 李明洋. HFSS电磁仿真软件应用详解[M]. 人民邮电出版社2010
[2] 矩形微带天线的设计与仿真曾永安2011
[3] 李莉. 天线与电波传播[M]. 科学出版社2009
[4] 网上查阅资料：百度文库。