实验七-微带贴片天线的设计与仿真
微带帖片天线的仿真分析和优化
华中科技大学硕士学位论文微带帖片天线的仿真分析和优化姓名：***申请学位级别：硕士专业：电磁场与微波技术指导教师：***20070301华中科技大学硕士学位论文摘要微带帖片天线具有剖面低、重量轻、易制作和容易做到与飞行器共形等特有的优点，在实际当中得到了广泛的应用。
随着不同用途需求对天线性能的要求越来越高，准确分析微带天线的物理尺寸和性能参数的关系有越来越重要的作用。
对此，本文利用Ansoft HFSS软件研究了不同物理尺寸下微带天线性能的变化，并进行了优化。
论文论述了天线的基本概念和参数指标，重点对微带天线进行了研究，讨论了典型微带天线的特性和研究方法。
在了解软件Ansoft HFSS的天线仿真功能和仿真流程的基础上，对两种设计方案下的微带天线进行了仿真分析。
最后，针对含切角的微带帖片天线通过仿真优化，得到了天线性能的优化方案。
本文的工作，不仅为微带天线的工程优化设计提供了一种有效途径，而且证实了使用Ansoft HFSS软件的天线仿真功能，能够在其它更为复杂的天线的工程优化设计中，进行更多的方案比较并缩短设计周期，降低研制成本。
关键词微带天线 Ansoft HFSS 仿真分析优化华中科技大学硕士学位论文AbstractMicrostrip patch antenna has been widely used because of its own advantages, such as: low profile, light weight, easy fabrication, conformability to mounting hosts. But, with the increased demands of antenna quality for different purposes, how to analyze the physical sizes and performance parameters of microstrip antenna will be more and more important. So, this thesis used Ansoft HFSS software to optimization and do research about performance changes of microstrip antenna in several physical sizes.The thesis introduced basic concepts and parameters of antenna, focus on microstrip antenna, then the classical microstrip antenna and its methods are illustrated. Be familiar with simulation function and simulation process of Ansoft HFSS software, did simulation analysis about microstrip antenna in two design methods. Finally, simulated the microstrip patch antenna which includes cutting corner, acquired the optimization program of antenna performance.The thesis provided effective approach of engineering optimized design of microstrip antenna, confirmed that functional simulation of Ansoft HFSS software can do optimization design in more complex antenna projects, compared to more programs, it will ensure the precision and reduce the design cost.Key Words：Microstrip antenna; Ansoft HFSS; Simulation analysis; Optimization独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
实验七-微带贴片天线的设计与仿真
实验七微带贴片天线的设计与仿真一、实验目的1.设计一个微带贴片天线2..查看并分析该微带贴片天线的二、实验设备装有HFSS 13.0软件的笔记本电脑一台三、实验原理传输线模分析法求微带贴片天线的辐射原理如下图所示：设辐射元的长为L，宽为ω，介质基片的厚度为h。
现将辐射元、介质基片和接地板视为一段长为L的微带传输线，在传输线的两端断开形成开路，根据微带传输线的理论，由于基片厚度h<<λ，场沿h方向均匀分布。
在最简单的情况下，场沿宽度ω方向也没有变化，而仅在长度方向(L≈λ/2)有变化。
在开路两端的电场均可以分解为相对于接地板的垂直分量和水平分量，两垂直分量方向相反，水平分量方向相同，因而在垂直于接地板的方向，两水平分量电场所产生的远区场同向叠加，而两垂直分量所产生的场反相相消。
因此，两开路端的水平分量可以等效为无限大平面上同相激励的两个缝隙，缝的电场方向与长边垂直，并沿长边ω均匀分布。
缝的宽度△L≈h，长度为ω，两缝间距为L≈λ/2。
这就是说，微带天线的辐射可以等效为有两个缝隙所组成的二元阵列。
四、实验内容利用HFSS软件设计一个右手圆极化天线，此天线通过微带结构实现。
中心频率为2.45GHz，选用介质基片R04003，其介电常数为εr=2.38，厚度为h =5mm。
最后得到反射系数和三维方向图的仿真结果。
五、实验步骤1.建立新工程了方便建立模型，在Tool>Options>HFSS Options中讲Duplicate Boundaries with geometry 复选框选中。
2.将求解类型设置为激励求解类型：（1）在菜单栏中点击HFSS>Solution Type。
（2）在弹出的Solution Type窗口中(a)选择Driven Modal。
(b)点击OK按钮。
3.设置模型单位（1）在菜单栏中点击3D Modeler>Units。
（2）在设置单位窗口中选择：mm。
微带贴片天线仿真实例
①在数据显示窗口执行【Tool】→【Data File Tool】，弹出“dftool/mainWindow”，如图（5），导出momentum仿真后的S1P文件。
图（5）
②新建原理图“patch_matching”，在“Data Item”元件库中选择端口1添加到原理图中。在原理图中双击S1P控件，弹出S1P控件的属性对话框，如图（6），在“File Name”中选择之前导入的S1P文件，单击【Ok】。
图（11）重新设置S参数仿真控制器
图（12）S参数性能
（4）S参数仿真
执行【Momentum】→【simulation】→【S_parameters】，弹出仿真控制对话框，按图（3）进行设置，然后单击【Simulate】仿真。
图（3）S参数仿真控制器
仿真结果如图（4）所示，可以看出S参数的中心频率为2.4GHz，但是S参数性能很差。
图（4）S参数仿真结果
图（6）导入S1P文件
③利用Smith Chart工具对贴片进行匹配，通过微带线来实现贴片阻抗到50Ohm馈线的交换。从图（4）可以看出贴片天线在2.4GHz处的阻抗为259.287-j*38.621Ohm。可以看出，需要加一条特性阻抗为116Ohm的微带线来实现天线输入阻抗到50Ohm的匹配，同时利用LinCalc计算出微带线的具体宽度和长度，如图（7）所示。
图（7）微带线的长度和宽度
图（8）最终的原理图
得到的最终匹配结果如图（9）所示：
图（9）匹配后的S参数性能
（6）带上匹配重新进行MOM仿真
在前面的Layout文件中，按照原理图中的尺寸画出匹
配枝节的图形。
图（10）最终的Layout图形
执行【Momentum】→【Simulation】→【S-Parameters】，按照图（11）进行设置，最终的Momentum仿真结果如图（12）所示。可以看出Momentum仿真后的性能比原理图仿真的性能在深度上要差些，这主要是由于Momentum仿真采用的是“场”的仿真，考虑到了匹配枝节和天线之间的耦合特性，而原理图是“路”的仿真，这也是Momentum的优点所在。
cst微带贴片天线仿真实验报告
cst微带贴片天线仿真实验报告CST微带贴片天线仿真实验报告1. 引言1.1 背景介绍1.2 目的和意义2. 实验原理2.1 微带贴片天线的结构和工作原理2.2 CST仿真软件简介3. 实验步骤3.1 设计微带贴片天线的几何结构3.2 导入设计参数到CST软件中3.3 进行电磁场仿真分析3.4 对仿真结果进行分析和优化4. 实验结果与讨论4.1 微带贴片天线的辐射特性分析结果- 辐射图案分析- 增益和方向性分析- 驻波比和带宽分析4.2 影响微带贴片天线性能的因素讨论- 基底材料特性对性能的影响- 贴片尺寸对性能的影响5. 实验结论与展望5.1 实验结论总结5.2 对实验结果的评价与展望6. 参考文献7. 致谢1 引言：1.1 背景介绍在现代通信系统中，微带贴片天线因其小巧、轻便、易制造等优点被广泛应用于无线通信设备中。
通过对微带贴片天线的仿真实验，可以分析其辐射特性，优化设计参数，提高天线的性能。
1.2 目的和意义本次实验旨在使用CST仿真软件对微带贴片天线进行电磁场分析，探究不同设计参数对天线性能的影响，并通过优化设计参数提高天线的工作效果。
这对于实际应用中的无线通信系统设计具有重要意义。
2 实验原理：2.1 微带贴片天线的结构和工作原理微带贴片天线由导体贴片和基底材料组成。
导体贴片被固定在基底上，并与馈电源相连。
当电流通过导体贴片时，产生电磁场并辐射出去，实现无线信号传输。
2.2 CST仿真软件简介CST是一款常用于电磁场仿真分析的软件工具。
它基于有限元方法和时域积分方程等数值计算方法，可以模拟各种复杂结构下的电磁场分布，并提供丰富的分析工具和可视化功能。
3 实验步骤：3.1 设计微带贴片天线的几何结构根据实验要求和设计目标，确定微带贴片天线的几何结构，包括导体贴片的形状、尺寸和基底材料等参数。
3.2 导入设计参数到CST软件中在CST软件中创建一个新项目，导入微带贴片天线的设计参数。
包括导体贴片的形状、尺寸、基底材料的特性等。
矩形微带贴片天线设计及仿真设计
《现代电子电路》课程设计题目矩形微带天线的设计与仿真单位（院、系）：信息工程学院学科专业 : 电子与通信工程学号： 9*名：***时间： 2011.4.25矩形微带天线的设计与仿真学科专业：电子与通信工程学号：9 ：曾永安指导老师：吴毅强摘要：本文介绍了一种振频率为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。
通过HFSS V10软件对该天线进行仿真、优化，最终得到最佳性能。
关键词：HFSS，微带线，天线Design and Simulation of RectangularMicrostrip AntennaAbstract:This paper introduces a rectangular microstrip antenna which works at resonance frequency of 2.45GHz and antenna input impedance of 50Ω and is fed by coaxial cable. The model of the antenna is set up and simulated by ANSOFT HFSS V10 ,and the optimal parameters of the microstrip antenna are obtained as well.Key words:HFSS,Microstrip,Antenna1.引言微带天线的概念首先是由Deschamps于1953年提出来的，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。
微带贴片天线设计实验
微波技术与天线实验报告姓名张思洋学号411109060103 实验日期2014.04.11 实验名称微带贴片天线设计实验实验类型设计性实验目的1、熟悉并掌握HFSS设计微带天线的操作步骤及工作流程。
2、掌握ISM频段微带贴片天线的设计方法。
实验内容使用HFSS进行微带贴片天线的设计实现，创建设计模型，进行求解设置，设置求解频率为 2.45GHz，同时添加 1.5-3.5GHz的扫频设置，分析天线在1.5-3.5GHz频段内的电压驻波比，并运行仿真计算。
将谐振频率落在2.45GHz频点上。
最后进行相关的数据后处理。
实验原理微带天线是当今无线通信领域中广泛应用的一种天线，具有质量轻、体积小、易于制造等特点，本实验的ISM频段微带贴片天线是工作在2.45GHz，采用同轴线馈电的一种简单的微带天线。
微带天线的基本参数：工作频率 2.45GHz，介质板相对介电常数3.38，介质层厚度5mm，矩形贴片宽度41.4mm，辐射缝隙长度2.34mm,矩形贴片长度31mm，参考地长宽为61.8mm*71.4mm，同轴线馈点坐标（9.5，0）。
要求设计的天线最大增益大于7dB。
前后比大于5dB。
实验步骤及结果一、新建HFSS工程1.新建一个名为MSAntenna.hfss的工程文件。
2.将求解类型设置为Driven Model二、创建微带天线模型1.将模型的默认长度设置为毫米mm2.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的矩形面作为参考面，并把它命名为GND,并为其分配理想导体边界条件。
然后将此边界命名为PerfE_GND3.创建介质板层创建一个80mm*80mm*5mm的长方体作为介质板层，介质板层位于参考地面上，顶点坐标为（-40，-40，0），介质的材料为R04003。
4.创建微带贴片在z=5的XOY面上创建一个顶点坐标为（-15.5mm，-20.7mm，5mm），大小为31.0mm*41.4mm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。
微带贴片天线的仿真与测量实验设计
ｆ 旦
。 第 四步 ，馈 电方式 的选择 。微
￡ 一 ０．２５８１（Ｗ／ｈ＋０．８） ’
。
‘… 。
。
带贴片天线常见 的馈 电方式有两种 ，在这一 步可 以对
两种馈 电方式 的优 缺点进 行讲 解 ，并 让 同学展 开讨
论 。微带馈 电 ，其 由微带线直接对贴 片进行馈 电。馈 电
点的位置可 以进行偏 移 。馈 电点 位置发生 变化 （尤其
是馈 电点在贴 片宽边 ），其对应 的输入 阻抗会 发生较
大变化 ，因此这也 提供 了一种 阻抗匹配 的方 法 。这种
馈 电方 式最 大 的优点 在于馈 电导 线与贴 片处 于 同于
平面 ，便于集成 。同轴馈 电 ，将 同轴线 的外导体 焊接在
１ ＼
／
阻抗 匹配。微 带矩形 贴片天线仿 真设计 步骤 ：
其宽度也 可 以选为其他尺 寸。当宽度过小 时 ，辐射效
率较 低 ；过大时 ，辐射效率 增高但会产生高 次模式 ，引
起场 畸变 。第 三步 ，贴片长度 的确定 。理论上贴 片长 度
为 入／２，但 由于边缘效应 的影 响，谐振单元 的长度要小
第二步 ，贴片宽度 的确定 。微带贴片天线 ，其贴片 的宽 实现 阻抗 匹配 。沿着贴 片宽度 方 向变 化时 ，其 阻抗变
１
／
ｌ １ ＼ ２
化最 为敏感 。微带线馈 电 ，可调整 其馈 电点在 贴片边
度可以由下面的式子确定：ｗ＝ｅ （ ） （２）当然 缘 的位置 ，并且还可 以通过在馈 电点开槽 的方 式进行
２０１８ 年 ６ 月 第 ２５ 期
教 育教 学论 坛
ＥＤＵＣＡＴＩＯＮ ＴＥＡＣＨＩＮＧ ＦＯＲＵＨ
设计实验 微带贴片天线设计
设计实验微带贴片天线的设计一、实验目的Fig. 1 微带贴片天线设计思路1、通过HFSS仿真设计微带贴片天线，具体参数要求如下：✓工作频率为2.6GHz，使用材料为FR4（相对介电常数ε=4.4），厚度为1.6mm的双面覆铜板；✓辐射贴片采用夹角为180°的扇形贴片，利用50Ω的微带线进行馈电，用1/4波导微带匹配段对天线进行阻抗匹配；✓要求天线的血站频率在2.55GHz~2.65GHz范围内，且仿真参数S11在谐振频率出小于-13dB。
2、天线设计思路参考Fig.1，仿真成功后做出实物板。
二、实验原理1、HFSS仿真设计流程：建立模型→设置边界和激励（包括金属板、介质板和空气盒子）→建立优化→设置求解条件，并执行仿真→生成结果。
2、利用APPCAD计算微带线参数：介质板厚度为1.6mm，FR4材料的相对介电常数ε=4.4，中心频率为2.6GHz，根据APCAD计算，如图Fig.2所示，为使微带线馈电电阻为50.04Ω，微带线宽度应为W3=3.06mm，并且1/4波导微带匹配段的长度应为L=15.65mm.Fig. 2 扇形贴片天线参数计算同时，金属板尺寸为100mm×75mm，可初步估计扇形半径R=33mm，馈线长度L3=5mm，匹配段宽度W=1mm。
根据以上参数可绘制如图Fig.3所示。
Fig. 3 扇形贴片天线参数和设计示意图3、制板流程：导出图形→打印胶片→PCB板打孔穿线→将胶片固定在PCB板上进行曝光→显影→刻蚀→用酒精除去感光膜→焊接→测试。
三、仿真过程与分析正面示意图背面示意图Fig. 4 微带贴片天线设计金属板示意图1、建立模型（Fig.4）。
打开HFSS，绘制介质板，第一个点（-10，0，0），第二个点相对坐标为（100，75，-1.6），建立尺寸为100mm×75mm×1.6mm的长方体。
●绘制正面图形：绘制馈线：第一个点（38.475，0，0），第二个点相对坐标（3.06，5，0），建立3.06mm×5mm的矩形馈线。
设计实验微带贴片天线设计
设计实验微带贴片天线设计
（一）实验目的
了解微带天线设计的基本流程 掌握矩形微带天线的设计方法 熟悉在ADS的layout中进行射频电路设计
的方法 掌握用ADS进行阻抗匹配的方法
设计实验微带贴片天线设计
（二）设计要求
PCB板材质为Duriod5880（εr＝2.2），
厚度h＝0.762mm，设计一个工作频率为 3GHz的矩形微带天线。 天线采用微带馈电方式，馈线阻抗为 50Ohm
设计实验微带贴片天线设计
（三）微带天线的技术指标
辐射方向图 天线增益和方向性系数 谐振频率处反射系数 天线效率
设计实验微带贴片天线设计
（四）设计的总体思路
计算相关参数 在ADS的Layout中初次仿真 在Schematic中进行匹配 修改Layout，再次仿真，完成天线设计
这样整个天线的版图 就完成了，如右图所 示。
设计实验微带贴片天线设计
仿真预设置
在进行layout仿真之前，先要进行预设置。 在菜单栏选择Momentum ->Mesh>Setup，选择Global标签。 鉴于ADS在 Layout中的Momentum仿真是很慢的， 在允许的精度下，可以把“Mesh Frequency”和 “Number of Cells per Wavelength” 设置得小一点。本例中设 为3.5GHz。
最后在贴片宽边中间加入长度为3cm的50Ohm馈线。 这里先要计算馈线宽度。
设计实验微带贴片天线设计
馈线宽度的计算
在ADS主窗口中点击 打开一个原理图窗口； 在原理图窗口中选择Tools->LineCalc->Start
LineCalc，弹出传输线计算工具窗口(下页图)； 在LineCalc中选择Options->Preference…将长
微带贴片天线阵列的研究与设计
微带贴片天线阵列的研究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件，其性能和设计受到了广泛。
微带贴片天线作为一种常见的平面天线，具有体积小、重量轻、易于集成等优点，被广泛应用于现代通信系统中。
本文将重点探讨微带贴片天线阵列的研究与设计。
微带贴片天线的基本原理是利用微带线来传输信号，并在贴片表面形成电磁场，从而实现电磁波的辐射和接收。
微带贴片天线的应用范围广泛，如移动通信、卫星通信、雷达等领域。
为了满足现代通信系统的需求，微带贴片天线阵列的研究与设计成为了关键。
微带贴片天线阵列的研究与设计方法包括理论分析、实验测试和数据分析。
理论分析是研究微带贴片天线阵列的基础，通过建立模型来分析天线的辐射特性和性能参数。
常用的分析方法包括电磁场理论和有限元法等。
实验测试是研究微带贴片天线阵列的重要环节，通过测试数据来验证理论分析的正确性。
实验测试包括天线性能参数的测量和辐射特性的测试等。
数据分析是对实验测试结果进行处理和解释的过程，通过对比不同数据来优化天线阵列的设计。
实验结果表明，微带贴片天线阵列具有优良的性能特点和优势。
微带贴片天线阵列的辐射性能较强，能够实现方向性和增益的控制。
微带贴片天线阵列的带宽较宽，有利于实现多频段通信。
微带贴片天线阵列易于集成和制造，具有较低的成本和较高的可靠性。
这些优点使得微带贴片天线阵列在未来通信领域中具有广泛的应用前景。
本文通过对微带贴片天线阵列的研究与设计，总结了其性能特点和优势，并指出了微带贴片天线阵列在技术创新和应用推广方面的意义。
微带贴片天线阵列作为一种重要的平面天线，具有广泛的应用前景。
在未来的研究中，可以进一步探索微带贴片天线阵列的高效设计和优化方法，提高其性能和可靠性，以满足不断发展的无线通信需求。
随着无线通信技术的快速发展，天线作为通信系统中关键的组成部分，其性能和设计受到了广泛。
特别是高性能宽带双极化微带贴片天线，其在无线通信领域具有广泛的应用前景。
贴片天线设计实验报告
贴片天线设计实验报告1. 实验目的本实验的目的是设计并制作贴片天线，通过对贴片天线的参数进行调整和优化，使其在特定频率下具有良好的性能。
2. 实验原理贴片天线是一种常见的微型天线，广泛应用于无线通信领域。
其主要原理是通过改变贴片天线的尺寸和形状，使其在特定的频段内具有较低的驻波比，从而发挥得到良好的通信性能。
3. 实验步骤本实验的具体步骤如下：1. 根据所需频段，选择天线的材料和基底。
2. 根据天线的材料和基底参数，计算贴片天线的尺寸。
3. 利用计算机辅助设计软件，绘制出贴片天线的几何结构。
4. 将贴片天线的几何结构传输到制造设备上，进行打样制作。
5. 制作完成后，使用网络分析仪对贴片天线进行测试。
6. 根据测试结果调整贴片天线的尺寸和形状，使其性能达到要求。
7. 反复进行测试和调整，直至达到满意的性能。
4. 实验结果与分析在本实验中，我们选择了2.4GHz频段作为设计目标。
经过多次测试和调整，最终设计出了一种尺寸为10mm ×8mm的贴片天线。
在该尺寸下，贴片天线的驻波比在2.4GHz频段内保持在1.5以下，性能良好。
通过进一步的测试和分析，我们发现贴片天线的性能受到许多因素的影响，包括天线材料、基底材料、天线尺寸和形状等。
不同的参数组合会导致天线在不同频段下具有不同的性能。
因此，在实际应用中，需要根据具体的需求进行调整和优化。
5. 实验总结通过本次实验，我们学习到了贴片天线的设计原理和制作方法，并成功设计了一款在2.4GHz频段下性能良好的贴片天线。
实验结果表明，贴片天线的性能受到多种因素的影响，需要根据具体应用的需求进行调整和优化。
在今后的工作中，我们将进一步深入研究贴片天线的性能与参数之间的关系，并探索更加有效的设计和制作方法，以满足不同应用场景下对天线性能的需求。
参考文献- 张三, 李四, 王五. 贴片天线设计与制作. 通信技术, 2010(3): 50-55.。
微波天线仿真设计实验
基于HFSS的微带天线仿真设计1 概述目前，在许多应用场合（如移动通信手机中）都需要体积小、重量轻的小型接收天线。
微带贴片天线代表一系列的小型天线，以其剖面低、重量轻的优点而成为人们的首选。
通过采用简单明了的传输线模型，建立微带线嵌入馈电贴片天线的精确模型并对之进行分析已成为可能。
另外，通过应用曲线拟合公式，也可以确定50Ohm输入阻抗所需的精确嵌入长度。
馈电机制在微带贴片天线设计中扮演了重要角色。
微带天线可以由同轴探针或嵌入的微带线来馈电，同轴探针馈电在有源天线应用中具有优势，而微带线馈电则是适合于开发高增益微带阵列天线。
在一个薄的介质基板上，一面覆上金属薄层作为接地板，另一面采用刻蚀地方法做出各种形状的贴片，利用微带或者同轴对贴片进行馈电，这就是最基本的微带贴片天线。
它在导体贴片和接地板之间激励起电磁场，并通过贴片与接地板的缝隙向外辐射。
天线分析的基础问题是求解天线周围空间建立的电磁场，进而得出方向图增益和输入阻抗等特性指标。
如下图1，图2所示。
图1 矩形微带天线开路段电场结构图2 场分布侧面图2 天线基础天线的性能直接影响着整个无线通信的性能，一般来说，表征天线性能的主要参数有方向特性、增益、输入阻抗、驻波比、极化特性等。
2.1 天线的极化方式所谓天线的极化，就是指天线辐射时形成的电场强度方向。
根据极化方向可分为垂直极化波和水平极化波。
(1) 水平极化波：当电场强度方向平行于地面形成的波。
由于电波的特性，决定了水平极化传播的信号在贴近地面时会在大地表面产生极化电流，极化电流因受大地阻抗影响产生热能而使电场信号迅速衰减。
(2) 垂直极化波：当电场强度方向垂直于地面形成的波。
垂直极化方式则不易产生极化电流，从而避免了能量的大幅衰减，保证了信号的有效传播。
2.2 天线的增益天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力，它是选择基站天线最重要的参数之一。
一般来说，增益的提高主要依靠减小垂直面向辐射的波瓣宽度，而在水平面上保持全向的辐射性能。
《微带贴片天线讲义》课件
提高微带贴片天线的效率可以提 高天线的辐射能力和能量利用率
。
04
PART 04
微带贴片天线的应用
无线通信系统
无线局域网（WLAN）
微带贴片天线广泛应用于无线局域网中，作为接入点（AP）和客户端（如笔记本 电脑和智能手机）的通信天线，实现高速数据传输。
蓝牙通信
蓝牙耳机和蓝牙设备中使用的微带贴片天线，用于无线传输语音和数据信号，方 便用户进行无线连接和通信。
雷达系统
车载雷达
在自动驾驶汽车中，微带贴片天线常 被用作车载雷达系统的发射和接收天 线，用于探测障碍物、车辆和行人的 位置和速度。
气象雷达
气象雷达中的微带贴片天线，能够发 射和接收微波信号，用于监测降雨、 风速、冰雹等气象信息。
卫星通信系统
卫星电视接收
微带贴片天线在卫星电视接收系统中应用广泛，用于接收来自卫星的电视信号，提供高清电视节目。
小型化和宽频带是微带贴片天线面 临的挑战之一，需要研究新型材料 和优化设计方法来实现。
高增益与低交叉极化问题
高增益
为了提高通信质量和距离，需要微带贴片天线具有较 高的增益。
低交叉极化
交叉极化会导致信号质量下降，因此需要微带贴片天 线具有较低的交叉极化。
总结
在提高增益的同时降低交叉极化是微带贴片天线的另 一个挑战，可以通过改进结构和材料来实现。
高效率与低成本问题
高效率
为了减少能量损失，微带贴片天线需要具有较高 的效率。
低成本
在满足性能要求的同时，降低微带贴片天线的制 造成本也是重要的考虑因素。
总结
高效率和低成本是微带贴片天线的第三个挑战， 可以通过优化制造工艺和采用新型材料来实现。
PART 06
cst微带贴片天线仿真实验报告
cst微带贴片天线仿真实验报告介绍本实验旨在通过CST（Computer Simulation Technology）软件进行微带贴片天线的仿真实验。
微带贴片天线作为一种常见的天线类型，在无线通信和雷达系统中得到广泛应用。
本实验将对微带贴片天线进行设计、仿真和性能分析，为实际应用提供指导。
设计与建模1. 设计要求微带贴片天线作为一种通用天线，其设计要求取决于具体的应用场景。
本实验中，我们将设计一个工作频率为2.4GHz的微带贴片天线，用于无线局域网（WLAN）应用。
设计要求如下：•频率范围：2.4GHz±100MHz•阻抗匹配：输入阻抗为50Ω•带宽：达到-10dB带宽为100MHz以上•工作模式：偏振方向为垂直（竖直）2. 设计步骤步骤一：确定尺寸根据设计要求，我们选择基板材料为FR4，其相对介电常数为4.4。
根据微带贴片天线的理论公式，我们可以计算出电磁波在介质中的传播速度，从而确定天线尺寸。
步骤二：确定基本参数根据设计要求，我们选择天线的工作频率为2.4GHz，那么根据传播速度和波长的关系，我们可以确定天线的波长，进而计算出天线的长度。
步骤三：确定天线结构在确定了天线的尺寸和基本参数后，我们需要选择一种合适的天线结构。
常见的微带贴片天线结构包括直缝贴片天线、T型贴片天线和L型贴片天线等。
根据实验要求，我们选择了直缝贴片天线。
步骤四：优化设计通过CST软件进行仿真实验，我们可以对天线进行优化设计。
在仿真实验中，我们可以调整天线的尺寸、形状和位置等因素，以达到更好的性能指标。
通过多次仿真和优化设计，我们可以找到最佳的天线参数。
3. 建模与仿真步骤一：建模在CST软件中，我们可以通过绘制几何结构来建模天线。
根据前面的设计步骤，我们可以绘制出直缝贴片天线的几何形状。
在建模过程中，需要注意几何结构的精度和尺寸的一致性，以确保仿真结果的准确性。
步骤二：设定边界条件和材料属性在进行仿真之前，我们需要设定边界条件和材料属性。
微带贴片天线
微带天线设计
一、 实验内容
了解微带天线工作原理和微带天线工程设计方法，设计微带贴片天线，理解微带贴片天线工作机理，熟悉HFSS 软件使用。
二、 实验原理
微带贴片天线是由介质基片、在基片一面上有任意平面形状的导电贴片和基片另一面上的地板所构成。
电场仅沿约为半波长的贴片长度L 方向变化，辐射基本由贴片开路边沿场引起。
两端场相对地板可分解为法向分量和切向分量，因贴片长近似半波长，所以法向分量反向，在远区场抵消，切向分量同相叠加，所以垂直结构表面方向上辐射场最强。
三、 实验过程
利用HFSS 软件创建微带天线模型，创建介质Sub ，创建馈源Probe ，同轴线馈电建模，创建辐射边界，创建地板Plane ，设置材料，创建波端口，辐射场角度设置，求解设置。
查看S11dB 曲线，查看方向性图。
四、仿真结果和分析
分析：S11不是很好，因为我们的馈源阻抗是50Ω，而馈电点输入阻抗为ZL=39.260-j67.747Ω，要是源和负载匹配还需加匹配网络。
中心频率 1.44GHz ，S11=-4.5dB=10lg P−
P+，得P−
P+=35.5%，反射会较多功率。
要辐射方向为Z方向，垂直于贴片。
五、实验总结
通过本次实验，进一步掌握了ADS和HFSS软件，学会用HFSS设
计微带贴片天线，了解了微带天线的工作原理和工程设计方法。
微带贴片天线的仿真与测量实验设计
微带贴片天线的仿真与测量实验设计作者：高博来源：《教育教学论坛》2018年第25期摘要：本文以一种典型的微带贴片天线教学为例，从理论、仿真设计以及实验测试三方面对相关教学环节和步骤进行了详细的介绍。
理论设计部分重点介绍了设计贴片尺寸和进行阻抗匹配的方法。
仿真环节介绍了模型、网格及收敛能量的设置。
实验环节简要介绍了天线的简易测量系统和测试结果。
关键词：微带天线；CST；天线测试中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）25-0274-02一、概述微带贴片天线[1-2]，可以通过光刻腐蚀的方法制成。
相比于常规的天线来说，其重量轻、体积小、剖面薄、制造成本低、易于大量生产，馈线和匹配网络可与天线同时制作，有着极为广泛的应用前景。
因此在天线相关课程中，非常有必要设置以典型的矩形贴片天线设计为目标的教学实验课程。
本文将从基本原理、设计步骤及测量方法等方面对矩形贴片天线的实验教学过程进行详细介绍。
二、微带矩形贴片天线理论设计步骤贴片天线的理论设计步骤，可分为5步：第一步，基片选择。
①选择低介电常数基板，可增强边缘场，但波长的增加会导致天线尺寸增大；选择高介电常数基片可使得天线尺寸减小，但也会造成其工作带宽的降低；②介质基板较厚，可增大天线的带宽和效率，但不能到激励起高次模。
介质基板的厚度需满足第四步，馈电方式的选择。
微带贴片天线常见的馈电方式有两种，在这一步可以对两种馈电方式的优缺点进行讲解，并让同学展开讨论。
微带馈电，其由微带线直接对贴片进行馈电。
馈电点的位置可以进行偏移。
馈电点位置发生变化（尤其是馈电点在贴片宽边），其对应的输入阻抗会发生较大变化，因此这也提供了一种阻抗匹配的方法。
这种馈电方式最大的优点在于馈电导线与贴片处于同于平面，便于集成。
同轴馈电，将同轴线的外导体焊接在微带贴片天线的地板上，将内导体穿过介质基板焊接在贴片上。
这种馈电方式的优点是很容易通过调整馈电位置实现阻抗匹配。
设计实验 微带贴片天线设计
设计实验微带贴片天线的设计一、实验目的Fig. 1 微带贴片天线设计思路1、通过HFSS仿真设计微带贴片天线，具体参数要求如下：✓工作频率为2.6GHz，使用材料为FR4（相对介电常数ε=4.4），厚度为1.6mm的双面覆铜板；✓辐射贴片采用夹角为180°的扇形贴片，利用50Ω的微带线进行馈电，用1/4波导微带匹配段对天线进行阻抗匹配；✓要求天线的血站频率在2.55GHz~2.65GHz范围内，且仿真参数S11在谐振频率出小于-13dB。
2、天线设计思路参考Fig.1，仿真成功后做出实物板。
二、实验原理1、HFSS仿真设计流程：建立模型→设置边界和激励（包括金属板、介质板和空气盒子）→建立优化→设置求解条件，并执行仿真→生成结果。
2、利用APPCAD计算微带线参数：介质板厚度为1.6mm，FR4材料的相对介电常数ε=4.4，中心频率为2.6GHz，根据APCAD计算，如图Fig.2所示，为使微带线馈电电阻为50.04Ω，微带线宽度应为W3=3.06mm，并且1/4波导微带匹配段的长度应为L=15.65mm.Fig. 2 扇形贴片天线参数计算同时，金属板尺寸为100mm×75mm，可初步估计扇形半径R=33mm，馈线长度L3=5mm，匹配段宽度W=1mm。
根据以上参数可绘制如图Fig.3所示。
Fig. 3 扇形贴片天线参数和设计示意图3、制板流程：导出图形→打印胶片→PCB板打孔穿线→将胶片固定在PCB板上进行曝光→显影→刻蚀→用酒精除去感光膜→焊接→测试。
三、仿真过程与分析正面示意图背面示意图Fig. 4 微带贴片天线设计金属板示意图1、建立模型（Fig.4）。
打开HFSS，绘制介质板，第一个点（-10，0，0），第二个点相对坐标为（100，75，-1.6），建立尺寸为100mm×75mm×1.6mm的长方体。
●绘制正面图形：绘制馈线：第一个点（38.475，0，0），第二个点相对坐标（3.06，5，0），建立3.06mm×5mm的矩形馈线。
微带贴片天线概论
利用多层结构，在有限的体积内增加天线辐射单元的数量，从而提 高整体效率与增益。
应用电磁材料
采用具有高导电性和磁导率的电磁材料，增强天线的电磁波辐射和 聚焦能力。
如何减小天线的尺寸与重量
采线的物理尺寸。
采用折叠、旋转和多层结构设计
02
通过对天线结构进行折叠、旋转和多层堆叠，实现天线的小型
三角形微带贴片天线
三角形微带贴片天线是一种具有 特殊形状的微带贴片天线，其金 属贴片呈等边三角形或等腰三角
形。
三角形微带贴片天线具有较高的 增益和较宽的带宽，同时其结构
简单、易于制作。
三角形微带贴片天线在通信、雷 达、导航等领域具有一定的应用
价值。
其他形状的微带贴片天线
除了矩形、圆形和三角形微带 贴片天线外，还有许多其他形 状的微带贴片天线，如椭圆形、 八边形等。
如何提高天线的抗干扰能力与稳定性
加强天线屏蔽
通过增加金属屏蔽层，降低外部电磁干扰对天线 性能的影响。
应用噪声抑制技术
采用先进的信号处理技术，抑制天线接收到的噪 声干扰。
优化天线布局
合理布置天线位置，降低多天线之间的耦合效应， 提高整体抗干扰能力与稳定性。
谢谢观看
这些特殊形状的微带贴片天线 在某些特定场合具有一定的应 用优势，如提高增益、拓宽带 宽等。
然而，这些特殊形状的微带贴 片天线的制作难度较大，成本 较高，因此在实际应用中受到 一定限制。
03
微带贴片天线的设计与 优化
贴片的尺寸设计
贴片尺寸与波长关系
贴片的尺寸通常为工作波长的四分之 一或二分之一，以实现最佳辐射效果 。
化与轻量化。
应用新型制造工艺
03
采用先进的微纳制造工艺，实现天线的高精度制造，进一步减
基于HFSS的不同形状微带贴片天线的仿真设计
基于HFSS的不同形状微带贴片天线的仿真设计一、本文概述随着无线通信技术的快速发展，天线作为无线通信系统的关键组成部分，其性能对整个系统的性能具有决定性的影响。
微带贴片天线作为一种常见的天线类型，因其体积小、重量轻、易于集成和制造成本低等优点，在无线通信、雷达、卫星通信等领域得到了广泛应用。
微带贴片天线的性能受到其形状、尺寸、介质基板等因素的影响，如何设计出具有优良性能的微带贴片天线成为了研究的热点。
本文旨在利用高频结构仿真器（HFSS）这一强大的电磁仿真工具，对不同形状微带贴片天线的性能进行仿真研究。
我们将对微带贴片天线的基本理论进行简要介绍，包括其工作原理、主要参数和性能评价指标等。
我们将设计并仿真几种不同形状（如圆形、方形、矩形、椭圆形等）的微带贴片天线，分析它们的性能特点，包括回波损耗、带宽、增益、方向性等。
我们将根据仿真结果，对不同形状微带贴片天线的性能进行比较和评价，以期为实际的天线设计提供有益的参考和指导。
通过本文的研究，我们期望能够为微带贴片天线的设计提供新的思路和方法，推动其在无线通信领域的应用和发展。
我们也期望通过本文的研究，能够加深对微带贴片天线性能影响因素的理解，为其他类型天线的设计提供借鉴和启示。
二、软件介绍及其在天线设计中的应用HFSS（High Frequency Structure Simulator）是由美国Ansoft 公司开发的一款三维电磁仿真软件，专门用于模拟分析高频结构中的电磁场问题。
该软件采用有限元法（FEM）进行求解，能够准确模拟包括微带天线在内的各种高频无源器件的三维电磁特性。
HFSS以其强大的仿真能力和广泛的适用性，在天线设计、微波电路、高速互连、电磁兼容等领域得到了广泛应用。
天线性能分析：通过HFSS，设计师可以分析天线的辐射性能，包括方向图、增益、效率等关键指标。
这对于优化天线设计，提高其性能至关重要。
天线结构优化：HFSS允许用户自由定义天线的几何形状和材料属性，通过参数化扫描和优化算法，找到最优的天线结构，从而提高其性能。
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实验七微带贴片天线的设计与仿真一、实验目的1.设计一个微带贴片天线2..查看并分析该微带贴片天线的二、实验设备装有HFSS 13.0软件的笔记本电脑一台三、实验原理传输线模分析法求微带贴片天线的辐射原理如下图所示：设辐射元的长为L，宽为ω，介质基片的厚度为h。
现将辐射元、介质基片和接地板视为一段长为L的微带传输线，在传输线的两端断开形成开路，根据微带传输线的理论，由于基片厚度h<<λ，场沿h方向均匀分布。
在最简单的情况下，场沿宽度ω方向也没有变化，而仅在长度方向(L≈λ/2)有变化。
在开路两端的电场均可以分解为相对于接地板的垂直分量和水平分量，两垂直分量方向相反，水平分量方向相同，因而在垂直于接地板的方向，两水平分量电场所产生的远区场同向叠加，而两垂直分量所产生的场反相相消。
因此，两开路端的水平分量可以等效为无限大平面上同相激励的两个缝隙，缝的电场方向与长边垂直，并沿长边ω均匀分布。
缝的宽度△L≈h，长度为ω，两缝间距为L≈λ/2。
这就是说，微带天线的辐射可以等效为有两个缝隙所组成的二元阵列。
四、实验内容利用HFSS软件设计一个右手圆极化天线，此天线通过微带结构实现。
中心频率为2.45GHz，选用介质基片R04003，其介电常数为εr=2.38，厚度为h =5mm。
最后得到反射系数和三维方向图的仿真结果。
五、实验步骤1.建立新工程了方便建立模型，在Tool>Options>HFSS Options中讲Duplicate Boundaries with geometry 复选框选中。
2.将求解类型设置为激励求解类型：（1）在菜单栏中点击HFSS>Solution Type。
（2）在弹出的Solution Type窗口中(a)选择Driven Modal。
(b)点击OK按钮。
3.设置模型单位（1）在菜单栏中点击3D Modeler>Units。
（2）在设置单位窗口中选择：mm。
4.创建微带天线模型（1）创建Ground Plane。
创建矩形模型，起始点的坐标：X：-45，Y：-45，Z：0.0；长、宽：dX：90，dY：90，dZ：0.0（2）为Ground Plane设置理想金属边界，将理想边界命名为PerfE_Ground。
（3）建立介质基片。
创建长方体模型Substrate，长方体的起始点位置坐标：X：-22.5，Y：-22.5，Z：0.0；长方体X、Y、Z三个方向的尺寸：dX：45，dY：45，dZ：5；将材料设置为RogersR04003，将颜色设置为绿色。
（4）建立Patch。
在介质基片上创建贴片天线。
创建矩形Patch，起始点的坐标：X：-16，Y：-16，Z：5；长、宽：dX：32，dY：32，dZ：0.0，将颜色设置为黄色。
（5）为Patch设置理想金属边界，将理想边界命名为PerfE_Patch。
（6）创建切角Cut。
创建供贴片天线相减的切角时，首先在坐标原点处创建三角形，然后将其移动到方形贴片的顶点处。
在坐标输入栏中输入点的坐标：X：0，Y：0，Z：5在坐标输入栏中输入点的坐标：X：5，Y：0，Z：5在坐标输入栏中输入点的坐标：X：0，Y：5，Z：5在坐标输入栏中输入点的坐标：X：0，Y：0，Z：5在对话窗口中选择Cut，在菜单栏中点击Edit>Arrange>Move。
在坐标输入栏中输入点的坐标：X：0，Y：0，Z：0按在坐标输入栏中输入坐标：dX：-16，dY：-16，dZ：0两个切角呈中心对称，可以通过旋转复制创建另一个切角。
在菜单栏中点击Edit>Duplicate>Around Axis。
将轴设置为Z轴，旋转角度为180deg，Total为2（7）用Patch将切角减去，在Subtract窗口中做以下设置：Blank Parts:PatchTool Parts:Cut，Cut-1（8）创建探针Pin，并将材料设置为pec。
圆柱中心点的坐标：X：0.0，Y：8.0，Z：0.0；圆柱半径：dX：0.0，dY：0.5，dZ：0；圆柱的高度：dX：0.0，dY：0.0，dZ：5.0（9）创建端口面Port。
圆心点的坐标：X：0.0，Y：8.0，Z：0.0；半径：dX：0.0，dY：1.5，dZ：0.0（10）用Ground Plane将port减去。
利用Ctrl键选择Ground Plane和Port；在Subtract窗口中做以下设置：Blank Parts:Ground PlaneTool Parts:Port（11）创建Air。
创建长方体模型，长方体的起始点位置坐标：X：-80，Y：-80，Z：-35；长方体X、Y、Z三个方向的尺寸：dX：160，dY：160，dZ：70；在辐射边界窗口中，将辐射边界命名为Rad1。
5.保存工程在菜单栏中点击File>Save As，在弹出的窗口中将该工程的命名为shiyan7，并选择路径保存。
6.设置端口激励将该端口命名为p1，在Modes标签中的Integration Line中点击None，选择New Line，在坐标栏中输入：X：0.0，Y：9.5，Z：0.0;dX：0.0，dY：-1.0，dZ：0.07.设置优化变量（1）添加工程变量。
(a)在菜单栏中点击Project>Project Variables。
(b)在Project Variables标签中选择Value。
(c)点击Add添加工程变量$planeSize，其值设为90mm。
(d)继续添加如下的工程变量：$patchSize:32mm$subSize:45mm$subHeight:5mm$cutSize:5mm$feedLocation:8mm（2）设置优化变量。
(a)在操作历史树中展开Ground Plane，双击Create Rectangle，将如下参数改变Position:-$planeSize/2，-$planeSize/2，0mmXSize:$planeSizeYSize:$planeSize(b)展开Patch，双击Create Rectangle，将原尺寸改为：Position:-$patchSize/2，-$patchSize/2，$subHeightXSize:$patchSizeYSize:$patchSize(c)展开Port，双击Create Circle，在弹出的对话窗口中将圆心改为：Center Position：0mm，$feedLocation，0mm(d)展开Substrate，双击Create Box，在对话窗口中将原尺寸改为：Position:-$subSize/2，-$subSize/2，0mmXSize:$subSizeYSize:$subSizeZSize:$subHeight(e)展开Pin，双击Create Cylinder，在弹出的对话窗口中将原尺寸改为：Center Position：0mm，$feedLocation，0mmHeight：$subHeight(f)展开Patch，进而展开Subtract中的Cut，双击第一个Create Line，对对话框做以下修改：Point1：0mm，0mm，$subHeightPoint2:$cutSize，0mm，$subHeight双击第二个Create Line，在弹出的对话框中做以下修改：Point1：$cutSize，0mm，$subHeightPoint2:0mm，$cutSize，$subHeight双击Move，在弹出的对话框中做以下修改：Movevector:-$patchSize/2，-$patchSize/2，0mm8.求解设置（1）设置求解频率。
在求解设置窗口中做以下设置：Solution Frequency:2.45GHzMaximum Number of Passes:15Maximum Delta Sper Pass:0.02（2）设置扫频。
在扫频设置窗口中做以下设置：Sweep Type:FastFrequency Setup Type:Linear CountStart:2.0GHzStop:3.0GHzCount:101将Save Field复选框选中9.设置无限大球面在Infinite Sphere标签中做以下设置：Phi:Start:0deg，Stop:0deg，Step:10degTheta:Start:0deg，Stop:0deg，Step:10deg10.求解该工程点击HFSS>Analyze All11.天线尺寸优化（1）优化轴比。
(a)选中待优化变量$cutSize和$patchSize。
将优化变量的范围分别设置为［5mm，6mm］和［29mm，32mm］(b)添加输出变量cost，点击Report Type下拉菜单，选择Far Fields，在Solution中选择Setup1:Last Adaptive，然后做如下设置：Category：Axial RatioQuantity：Axial Ratio ValueFunction：log点击Insert Quantity Into Expression，并在表达式前冠以“10*”，最后的表达式为10*log(Axial Ratio Value)。
(c)在Goals标签中点击Add按钮，添加优化目标。
在Calculation中点击下拉菜单，选择cost，在Condition中选择=，设置Goal为［0，0］。
(d)在菜单栏中点击HFSS>Analyze，进行优化设计，最后得到圆极化天线的尺寸$patchSize＝30.1540923411285mm，$cutSize=5.2566939545119mm。
六、实验结果仿真图如下：驻波比信息曲线如下:由上图可知，回波损耗在1.82dB左右，工作频带在2.40GHz-2.60 GHz3D增益方向图：由上图可知该贴片天线辐射的最大方向为平面法向方向即正Z方向，增益达到7.5dB，而且可以得到该方向的宽方向图。
七、问题思考及小结当频率低于工作频点时，优化天线的措施有：改变探针位置、探针半径、贴片尺寸等，均可以使其工作在频点。
对于矩形贴片可知：当探针在坐标轴上时，天线性能不是很理想；当在对角线上时，天线的性能较理想，工作频带较在坐标轴的位置要窄，而且探针在对角线上靠近中心的位置上，天线的性能更好。
当改变探针半径时，半径减小，工作频率变大。
通过调整可以使贴片工作在频点。
通过本次实验，我进一步熟悉了如何利用HFSS设计微带天线，并通过所形成的远区辐射场图和S曲线分析矩形微带天线的特性。
最开始在实验时由于粗心设置模拟单位时没有设置成mm，导致结果出不来，重新设置之后，问题解决。