微带天线设计
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；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 Boundary】→【Perfect E】，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）单击对话框的Command选项卡，在Position项对应的Value值处输入长方体的顶点坐标（40，40，0），在XSize、YSize和ZXize项对应的Value值处分别输入长方体的长、宽和高80、80和5。
（3）单击对话框的Attribute选项卡，在Name项对应的Value值处输入长方体的名称Substrate；单击Material项对应的Value值按钮，通过对话框左上方的Search By Name项搜索并选中介质材料Rogers R04003，然后单击ok按钮，设置长方体的材料为Rogers 04003；单击Color项对应的Edit按钮，将模型的颜色设置为绿色；单击Transparent项对应的Value值按钮，设置模型透明度为；最后单击“属性”对话框的按钮，完成设置，退出对话框。
4．矩形贴片的长度L
根据公式
把c=×108m/s，f0=，εe =，ΔL=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
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≥,WGND≥
6．同轴线馈点的位置坐标（xf，yf）
微带天线设计
仿真技术综合设计
班 级：
通信13-3班
姓 名：
王亚飞
学 号：
指导教师：
徐维
成 绩：
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。
（2）单击该对话框的Command选项卡，在Center Position项对应的Value值处输入圆柱体的底面圆心坐标（，0，0），在Radius项对应的Value值处输入圆柱体的半径，在Height项对应的Value值处输入圆柱体的高度5。
（3）单击对话框的Attribute选项卡，在Name项对应的Value值处输入圆柱体的名称Feed；单击Material项对应的Value值按钮，设置长方体的材料为pec。最后单击“属性”对话框的按钮，完成设置，退出对话框。创建后的模型如图所示。
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εr =，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εr =；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。
图创建好的介质板层
3.创建微带贴片
在z=5的xOy面上创建一个顶点坐标为（，，5mm），大小为×的矩形面作为微带贴片，命名为Patch，并为其分配理想导体边界条件。
（1）从主菜单栏选择【Draw】→【Rectangle】命令，或者单击工具栏按钮，进入创建矩形面模型的状态；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，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
图创建的同轴馈线
5.创ຫໍສະໝຸດ Baidu信号传输端口面
同轴馈线需要穿过参考地面，传输信号能量。因此，需要在参考地面GND上开一个圆孔允许能量传输。圆孔的半径为，圆心坐标为（，0，0），并将其命名为Port。
（1）从主菜单栏选择【Draw】→【Circle】命令，或者单击工具栏的按钮，进入创建圆面模型的状态，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，在绘制出一个圆形后单击鼠标左键确定第二个点，此时弹出圆面“属性”对话框。
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90mm×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】→【Rectangle】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
1．矩形贴片的宽度W
根据公式
把c=×108m/s，f0=，εr=代入，可以计算出微带天线矩形贴片的宽度，即W = =
2．有效介电常数εe
根据公式
把h=5mm，W=，εr=代入，可以计算出有效介电常数，即εe=
3．辐射缝隙的长度ΔL
根据公式
把h=5mm，W=，εeff=代入，可以计算出微带天线辐射缝隙的长度，即ΔL =
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OK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。
图Perfect E Boundary
4.创建同轴馈线的内芯
创建一个圆柱体作为同轴馈线的内芯，圆柱体的半径为，长度为5mm，圆柱体底部圆心坐标为（，0，0），材质为理想导体，同轴馈线命名为Feed。
（1）从主菜单栏选择【Draw】→【Cylinder】命令，或者单击工具栏按钮，进入
创建圆柱体模型的状态。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，绘制出一个圆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，绘制出一个圆柱体后单击鼠标左键确定第三个点。此时，弹出圆柱体“属性”对话框。
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HFSSDesign1，从弹出菜单中选择【Rename】命令项，把设计文件重新命名为Patch。
（3）按住Ctrl键，同时从操作历史树中按先后顺序单击选择面GND和Port；然后从主菜单栏选择【Modeler】→【Boolean】→【Substrate】命令，或者单击工具栏的按钮，打开如图所示的Subtract对话框；确认对话框的Blank Parts栏显示的是GND，Tool Parts栏显示的是Port，表明使用参考地模型GND减去圆面Port；为了保留圆面Port本身，请选中对话框的Clone tool objects before subtracting复选框。然后单击按钮，执行相减操作。执行相减操作后，即从GND模型中挖去了一块与圆面Port一样大小的圆孔，同时保留了圆面Port本身。
图 E Boundary 设置对话框
2.创建介质板层
创建一个长×宽×高为80mm×80mm×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。此时，弹出长方体的“属性”对话框。
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。
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 propertiesof newprimitive复选框，然后单击“确定”按钮，退出对话框，完成设置。
图矩形面“属性”对话框
（3）在操作历史树中，单击选中新建的微带贴片Patch，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 Boundary】→【Perfect E】，打开如图所示的Perfect E Boundary对话框，给微带贴片Patch分配理想导体边界条件，并将理想导体边界命名为PerfE_Patch，然后单击按钮ok结束。
话框。
（2）单击该对话框的Command选项卡，在Position项对应的Value值处输入矩形面起始点坐标（，，5），在XSize和YSize项对应的Value值处输入矩形面的长度和宽度。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Patch；单击Color项对应的Edit按钮，将模型的颜色设置为黄褐色；单击Transparent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“确定”结束。
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Command选项卡，在Position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Transparent项对应的Value值按钮，设置模型透明度为
（2）单击该对话框的Command选项卡，在Center Position项对应的Value值处输入圆面的圆心坐标（，0，0），在Radius项对应的Value值处输入圆面的半径；然后单击对话框的Attribute选项卡，在Name项对应的Value值处输入圆面的名称Port；最后，单击按钮，生成一个圆面Port，迭加在参考地面GND上。
根据εr=，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 = 0mm。
2HFSS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。
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εr和损耗正切tanδ、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 Boundary】→【Perfect E】，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）单击对话框的Command选项卡，在Position项对应的Value值处输入长方体的顶点坐标（40，40，0），在XSize、YSize和ZXize项对应的Value值处分别输入长方体的长、宽和高80、80和5。
（3）单击对话框的Attribute选项卡，在Name项对应的Value值处输入长方体的名称Substrate；单击Material项对应的Value值按钮，通过对话框左上方的Search By Name项搜索并选中介质材料Rogers R04003，然后单击ok按钮，设置长方体的材料为Rogers 04003；单击Color项对应的Edit按钮，将模型的颜色设置为绿色；单击Transparent项对应的Value值按钮，设置模型透明度为；最后单击“属性”对话框的按钮，完成设置，退出对话框。
4．矩形贴片的长度L
根据公式
把c=×108m/s，f0=，εe =，ΔL=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
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≥,WGND≥
6．同轴线馈点的位置坐标（xf，yf）
微带天线设计
仿真技术综合设计
班 级：
通信13-3班
姓 名：
王亚飞
学 号：
指导教师：
徐维
成 绩：
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。
（2）单击该对话框的Command选项卡，在Center Position项对应的Value值处输入圆柱体的底面圆心坐标（，0，0），在Radius项对应的Value值处输入圆柱体的半径，在Height项对应的Value值处输入圆柱体的高度5。
（3）单击对话框的Attribute选项卡，在Name项对应的Value值处输入圆柱体的名称Feed；单击Material项对应的Value值按钮，设置长方体的材料为pec。最后单击“属性”对话框的按钮，完成设置，退出对话框。创建后的模型如图所示。
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εr =，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εr =；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。
图创建好的介质板层
3.创建微带贴片
在z=5的xOy面上创建一个顶点坐标为（，，5mm），大小为×的矩形面作为微带贴片，命名为Patch，并为其分配理想导体边界条件。
（1）从主菜单栏选择【Draw】→【Rectangle】命令，或者单击工具栏按钮，进入创建矩形面模型的状态；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，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
图创建的同轴馈线
5.创ຫໍສະໝຸດ Baidu信号传输端口面
同轴馈线需要穿过参考地面，传输信号能量。因此，需要在参考地面GND上开一个圆孔允许能量传输。圆孔的半径为，圆心坐标为（，0，0），并将其命名为Port。
（1）从主菜单栏选择【Draw】→【Circle】命令，或者单击工具栏的按钮，进入创建圆面模型的状态，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，在绘制出一个圆形后单击鼠标左键确定第二个点，此时弹出圆面“属性”对话框。
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90mm×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】→【Rectangle】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
1．矩形贴片的宽度W
根据公式
把c=×108m/s，f0=，εr=代入，可以计算出微带天线矩形贴片的宽度，即W = =
2．有效介电常数εe
根据公式
把h=5mm，W=，εr=代入，可以计算出有效介电常数，即εe=
3．辐射缝隙的长度ΔL
根据公式
把h=5mm，W=，εeff=代入，可以计算出微带天线辐射缝隙的长度，即ΔL =
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OK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。
图Perfect E Boundary
4.创建同轴馈线的内芯
创建一个圆柱体作为同轴馈线的内芯，圆柱体的半径为，长度为5mm，圆柱体底部圆心坐标为（，0，0），材质为理想导体，同轴馈线命名为Feed。
（1）从主菜单栏选择【Draw】→【Cylinder】命令，或者单击工具栏按钮，进入
创建圆柱体模型的状态。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，绘制出一个圆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，绘制出一个圆柱体后单击鼠标左键确定第三个点。此时，弹出圆柱体“属性”对话框。
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HFSSDesign1，从弹出菜单中选择【Rename】命令项，把设计文件重新命名为Patch。
（3）按住Ctrl键，同时从操作历史树中按先后顺序单击选择面GND和Port；然后从主菜单栏选择【Modeler】→【Boolean】→【Substrate】命令，或者单击工具栏的按钮，打开如图所示的Subtract对话框；确认对话框的Blank Parts栏显示的是GND，Tool Parts栏显示的是Port，表明使用参考地模型GND减去圆面Port；为了保留圆面Port本身，请选中对话框的Clone tool objects before subtracting复选框。然后单击按钮，执行相减操作。执行相减操作后，即从GND模型中挖去了一块与圆面Port一样大小的圆孔，同时保留了圆面Port本身。
图 E Boundary 设置对话框
2.创建介质板层
创建一个长×宽×高为80mm×80mm×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。此时，弹出长方体的“属性”对话框。
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。
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 propertiesof newprimitive复选框，然后单击“确定”按钮，退出对话框，完成设置。
图矩形面“属性”对话框
（3）在操作历史树中，单击选中新建的微带贴片Patch，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 Boundary】→【Perfect E】，打开如图所示的Perfect E Boundary对话框，给微带贴片Patch分配理想导体边界条件，并将理想导体边界命名为PerfE_Patch，然后单击按钮ok结束。
话框。
（2）单击该对话框的Command选项卡，在Position项对应的Value值处输入矩形面起始点坐标（，，5），在XSize和YSize项对应的Value值处输入矩形面的长度和宽度。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Patch；单击Color项对应的Edit按钮，将模型的颜色设置为黄褐色；单击Transparent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“确定”结束。
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Command选项卡，在Position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Transparent项对应的Value值按钮，设置模型透明度为
（2）单击该对话框的Command选项卡，在Center Position项对应的Value值处输入圆面的圆心坐标（，0，0），在Radius项对应的Value值处输入圆面的半径；然后单击对话框的Attribute选项卡，在Name项对应的Value值处输入圆面的名称Port；最后，单击按钮，生成一个圆面Port，迭加在参考地面GND上。
根据εr=，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 = 0mm。
2HFSS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。
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εr和损耗正切tanδ、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。