阵列天线设计与仿真资料
基于HFSS的4×24微带阵列天线的研究与设计
第５期基于ＨＦＳＳ的４×２４微带阵列天线的研究与设计３ＨＦＳＳ仿真设计结果及分析３．１ＨＦＳＳ仿真设计平台ＨＦＳＳ是Ａｎｓｏｆｔ公司推出的ｊ维电磁仿真软件，是世界上第一个商业化的三维结构电磁场仿真软件，业界公认的ｉ维电磁场设计和分析的电子设计工业标准。
ＨＦＳＳ软件拥有强大的天线设计功能，它可以计算天线参量，如增益、方向性、远场方向图剖面、远场３Ｄ图和３ｄＢ带宽。
绘制极化特性，包括球形场分量、圆极化场分量、Ｌｕｄｗｉｇ第三定义场分量和轴比。
使用ＨＦＳＳ可以计算：（１）基本电磁场数值解和开边界问题，近远场辐射问题；（２）端口特征阻抗和传输常数；（３）Ｓ参数和相应端口阻抗的归一化ｓ参数；（４）结构的本征模或谐振解。
而且，由ＡｎｓｏｆｔＨＦＳＳ和ＡｎｓｏｆｔＤｅｓｉｇｎｅｒ构成的Ａｎｓｏｆｔ高频解决方案，是目前唯一以物理原型为基础的高频设计解决方案，提供了从系统到电路直至部件级的快速而精确的设计手段，覆盖了高频设计的所有环节。
ｈｎｍ（ａ）矩形微带贴片模型（”２Ｘ４子阵形式图２插槽型微带贴片与子阵天线结构图３＿２阵列天线的整体仿真利用ＨＦＳＳ进行微波无源器件及电路的设计大体经过物理建模、给模型参数赋予初值、运行仿真、参数调整优化等步骤。
在进行计算机建模之前，需要经过详细的理论分析过程，利用微带天线工程设计的相关经验公式来确定相关尺寸数据，理论分析大体经历分析数据、全波仿真分析优化贴片尺寸、馈电网络设计等步骤。
利用ＨＦＳＳ软件对由ＲＣＬ馈电网络的２Ｘ４微带子阵进行了仿真，建立的互维物理模型如图３所示，通过数据后处理就可以得出全向电场方向图和全向增益方向图，分别如图４和图５所示。
按照阵列天线方向图叠加原理和模块化的设计方法，可以得出４×２４结构微带阵列天线的整体Ｅ面和Ｈ面方向图，如图６所示。
通过２ｘ４微带子阵的全向电场方向图和全向增益方向图可知，天线最大估计电场强度为５．５Ｖ，天线最大估计增益为４ｄＢ。
同心圆阵列天线设计与实现
同心圆阵列天线设计与实现一、引言无线通信技术的迅速发展，对天线设计提出了更高的需求。
同心圆阵列天线作为一种新型的天线设计方案，因其具有较小的尺寸、较高的增益和较低的旁瓣级等优点，成为研究热点。
本文将介绍同心圆阵列天线的设计方法和实现过程，以期给读者带来启发和指导。
二、同心圆阵列天线的设计原理同心圆阵列天线是通过将多个同心圆环状的辐射单元组合在一起形成的。
这些辐射单元可以是贴片天线、微带贴片天线等。
通过调整每个辐射单元的位置和电气参数，可以实现对天线的增益、波束方向、旁瓣级等性能的调节。
三、同心圆阵列天线的设计步骤1. 确定设计需求：根据具体的通信需求，确定同心圆阵列天线的工作频率、增益要求、波束方向等指标。
2. 辐射单元的选取：根据设计需求，选择适合的辐射单元，如贴片天线、微带贴片天线等。
3. 辐射单元布局：将多个辐射单元布置在同心圆环状的阵列上，要确保辐射单元之间的相对位置和间距符合设计要求。
4. 电气参数的调节：根据设计需求，通过调节辐射单元的电气参数，如长度、宽度、电流等，来达到所需的性能指标。
5. 天线阵列的喂电网络设计：设计天线阵列的喂电网络，确保每个辐射单元得到适当的驱动信号。
四、同心圆阵列天线的实现1. PCB制作：根据设计图纸，使用PCB制作工艺制作同心圆阵列天线的电路板。
2. 辐射单元安装：将选取的辐射单元焊接到制作好的电路板上，并确保辐射单元与天线阵列的布局要求相匹配。
3. 喂电网络连接：设计好的天线阵列的喂电网络需要连接到适当的驱动信号源上。
4. 调试与测试：对制作好的同心圆阵列天线进行调试与测试，通过观察测试结果，对比设计需求，检查是否满足要求的性能指标。
5. 优化与改进：根据测试结果，对天线的性能进行优化与改进，进一步提升其性能指标。
五、同心圆阵列天线的应用领域同心圆阵列天线由于其小尺寸、高增益和低旁瓣级等特点，在许多领域有着广泛的应用。
例如，无线通信系统中，同心圆阵列天线可以用于宽带数据传输、无线电频率识别等。
天线工程设计基础课件：阵列天线
性，根据电磁波在空间相互干涉的原理，把具有相同结构、
相同尺寸的某种基本天线按一定规律排列在一起，并通过适
当的激励达到预定的辐射特性，这种多个辐射源的结构称为
阵列天线。根据天线阵列单元的排列形式，阵列天线可以分
为直线阵列、平面阵列和共形阵列等。
阵列天线
直线阵列和平面阵列形式的天线常作为扫描阵列，使其主波
波束最大值方向，则
阵列天线
6. 2. 2 天线阵的分析
1. 均匀线阵的分析
相邻辐射元之间距离相等，所有辐射元的激励幅度相同，
相邻辐射元的激励相位恒定的线阵就是均匀线阵，如图 6.2所示。列天线图 6.2 均匀线阵
阵列天线
1 )均匀线阵方向图
若 n 个辐射元均匀分布在 z 轴上，这时单元的位置坐标
向图函数。当阵列单元相同时， f n (θ ， ϕ ) = f ( θ ， ϕ )，
对于均匀直线阵有 I n = I 0 ，上式可化为
阵列天线
其中
阵列天线
式(6－62 )为方向图乘积原理，即阵列天线的方向图函
数等于阵列单元方向图函数与阵列因子的乘积。 S (θ ， ϕ )
称为阵列因子方向图函数，它和单元数目、间距、激励幅度
单元共轴排列所组成的直线阵，阵列中相邻单元的间距均为
d ，设第 n 个单元的激励电流为 I n ej β n ，通过将每个阵列
单元与一个移相器相连接，使电流相位依次滞后 α ，
阵列天线
将单元 0 的相位作为参考相位，则 βn =nα 。由几何关系可
知，当波束扫描角为 θ 时，各相邻单元因空间波程差所引起
瓣指向空间的任一方向。当考虑到空气动力学以及减小阵列
天线的雷达散射截面等方面的要求时，需要阵列天线与某些
稀疏阵列mimo天线matlab仿真
稀疏阵列mimo天线matlab仿真稀疏阵列MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）系统是一种利用多个天线进行传输和接收的技术，可以有效提高通信系统的传输速率和可靠性。
在稀疏阵列MIMO系统中，天线之间的间距较大，形成了一个“稀疏”分布的阵列。
本文将介绍稀疏阵列MIMO系统的原理，并通过MATLAB仿真来验证其性能。
稀疏阵列MIMO系统的基本原理是利用空间信道的多径传输来增加传输路径和信道容量。
通过多个天线进行信号传输和接收，可以实现空间分集和空间复用的效果，从而提高系统的传输速率。
与传统的天线阵列相比，稀疏阵列的天线间距较大，可以减少阵列间的干扰，提高系统的可靠性和性能。
稀疏阵列MIMO系统在无线通信、雷达、无人机通信等领域具有广泛的应用前景。
为了验证稀疏阵列MIMO系统的性能，可以利用MATLAB进行仿真。
首先，需要建立稀疏阵列MIMO系统的模型。
模型包括天线阵列的布局、信道模型的建立、发送和接收信号处理等。
通过设置好参数和信道条件，可以进行系统的仿真实验。
在MATLAB中，可以利用MIMO通信工具箱进行稀疏阵列MIMO系统的建模和仿真。
首先，需要定义阵列的几何布局和天线的数量。
根据阵列的布局和天线的坐标，可以计算出天线之间的距离、角度等信息。
然后，需要定义信道模型和路径损耗模型，包括多径传输、衰落模型等。
根据信道模型，可以计算出信道增益和相位差等信息。
在稀疏阵列MIMO系统中，常用的传输技术是空时编码（STC）和垂直波束成形（VBF）。
可以分别计算出两种传输技术的系统容量和误码率，以评估系统的性能。
在进行仿真实验之前，还需考虑天线之间的互相干扰问题。
由于天线之间的间距较大，可以采用空间滤波和天线选择技术来减小干扰。
通过优化天线权重和信号处理算法，可以实现稀疏阵列MIMO系统的性能优化。
通过MATLAB的仿真实验，可以得到稀疏阵列MIMO系统在不同信道条件下的性能曲线。
基于HFSS矩形微带阵列天线的设计与实现 通信工程专业
题目基于HFSS矩形微带阵列天线的设计与实现目录目录 (1)1前言 (3)1.1研究背景 (3)1.2微带天线的研究现状 (3)1.3 HFSS软件的仿真流程 (3)1.4本文主要内容 (3)2 微带天线与阵列理论 (4)2.1微带天线 (4)2.1.1微带天线辐射机理 (4)2.1.2微带天线的馈电方式 (6)2.1.3微带天线的特性参数 (6)2.2微带天线的阵列排布 (7)2.2.1 微带天线的圆形阵列阵因子 (7)3微带天线的设计 (8)3.1微带天线单元设计 (8)4 同轴馈电矩形天线阵列 (10)4.1基于同轴馈电矩形天线的轨道角动量研究 (11)4.1.1在6个单元天线组成的天线阵列下不同模态数的性能分析 (11)4.1.2在18个单元天线组成的天线阵列下不同模态数的性能分析 (12)4.1.3在36个单元天线组成的天线阵列下不同模态数的性能分析 (14)5 数据分析和结论............................................ 错误!未定义书签。
致谢.. (18)基于HFSS圆形微带阵列天线的设计与实现摘要在这个信息大爆炸的时代，各行各业都在飞速发展，当然通信技术也不例外，一代又一代的移动无线通信技术早就已经渗透到人们的生活当中。
在上个世纪的中后期一种新型天线——微带天线，逐渐被人们所重视。
因为其尺寸小，多频带，成本低，结构稳定和工艺相对简单等优点，所以该类天线的适用方向非常之多。
本文将对无线微带天线进行研究，以前人总结的微带天线理论知识为基础，先设计出一种同轴馈电矩形微带天线，然后以该天线为单元天线设计出三种不同的圆形天线阵列。
根据HFSS仿真出来的结果进行分析讨论，并且研究了不同模态数和不同数量的单元天线对辐射量的影响。
关键词：微带天线；圆形阵列；辐射量；电场Design and implementation of circular microstrip array antenna basedon HFSSAbstractIn this era of information explosion, all walks of life are developing rapidly. Of course, communication technology is no exception. Generations of mobile wireless communication technologies have long penetrated into people's lives. In the middle and late stages of the last century, a new type of antenna-the microstrip antenna, gradually attracted attention. Because of its small size, multiple frequency bands, low cost, stable structure and relatively simple process, this type of antenna can be used in many directions. This article will study wireless microstrip antennas. Based on the theoretical knowledge of microstrip antennas summarized by previous people, we first design a coaxial-fed rectangular microstrip antenna, and then use this antenna as a unit antenna to design three different circles. Shaped antenna array. According to the results of the HFSS simulation, it is analyzed and discussed, and the influence of different modal numbers and different numbers of element antennas on the radiation is studied.Key words：Microstrip antenna; circular ring array; radiation amount; electric field1前言1.1研究背景天线是无线通信技术中非常重要的一环，可以说没有天线也就没有了无线天线。
天线阵列仿真研究课程设计
目录一、设计要求............................................................. - 2 -二、设计作用与目的....................................................... - 2 -三、所用设备及软件....................................................... - 3 -四、系统设计方案......................................................... - 4 -1、简要阐述系统工作原理.............................................. - 6 -2、系统总体设计...................................................... - 4 -五、系统软件设计......................................................... - 8 -六、仿真调试分析......................................................... - 9 -七、设计中的问题及解决方法.............................................. - 10 -八、通信系统学习心得.................................................... - 10 -九、参考文献............................................................ - 11 -天线阵列的研究及仿真一、设计要求微带阵列天线的馈电方式有微带线馈电和同轴馈电两种方式，本文利用HFSS软件对微带阵列天线进行了研究，分析了两种馈电方式的传输损耗及其对天线方向图的阻碍，利用模块化的设计方式实现了一种基于同轴线馈电结构的多元矩形微带阵列天线。
FEKO应用5_喇叭天线及阵列仿真
FEKO应用5：矩形喇叭天线仿真内容：矩形喇叭天线及其阵列仿真一、模型描述天线模型描述：天线形式为：矩形喇叭天线馈电方式是：波导端口+波导激励图1 喇叭阵列天线计算项目：计算天线单元的辐射和空间辐射场强，采用MoM求解器。
计算天线阵列（3x3）的辐射，采用MoM的DGFM技术二、主要流程：启动CadFEKO，新建一个工程：horn.cfx，在以下的各个操作过程中，可以即时保存做个的任何修正。
2.1：定义长度单位：默认为m点击菜单“Home”中的图标按钮“Model unit”，在“Model unit”对话框中，选择cm；图2设置模型单位2.2：定义变量：在CadFEKO中左侧的树型浏览器中双击“Variables”节点，依次定义如下变量：工作频率：freq=1.645e9工作波长：lam=c0/freq/0.01波导截面长边尺寸：wa=12.96波导截面窄边尺寸：wb=4.86波导高度：wl=30.2开口喇叭长边尺寸：ha=55开口喇叭窄边尺寸：hb=42.80开口喇叭长度：hl=462.3：模型建立：天线模型建立：点击菜单“Construct”，选择“cuboid”，弹出“Create Cuboid”对话框：图3建立波导模型Definition methods: Base corner, width, depth，height ***采用默认设置Base centre (C)：U: -wa/2, V: -wb/2, N: -wlWidth(W) : waDepth(D): wbHeight (H): wlLabel: waveguide_section点击“Create”按钮点击菜单“Construct”，选择“Flare”，弹出“Create Flare”对话框：Definition methods: Base centre, width, depth, height, top width,top*** Base centre(C): U: 0.0, V:0.0, N:0.0Bottom width(Wb): waBottom depth(Db): wbHeight (H): hlTop width (Wt): haTop depth (Dt): hbLabel: horn点击“Create”图4 定义喇叭模型在左侧树型浏览器的“Model -> Geometry”中，同时选中新建立的模型，点击鼠标邮件，选择“Apply -> Union”，把生成的模型更名为“horn”;选中模型horn，点击鼠标右键，选择“Apply -> Simplify”，对模型进行冗余面的处理；在3D视图中，选中模型的喇叭天线顶部的面，点击鼠标右键选择“delete”，形成开口。
天线工程设计基础课件：天线仿真技术
其中下标 i 是用于误差控制的预设数集。与有限差分相比，
MoM 仿真时间和内存都耗费较大。
目前，主流的基于矩量法的电磁仿真软件主要有 ADS 、
AnsoftDesigner 、 MicrowaveOffice 、 IE3D 、 FEKO 。这里
天线仿真技术
2. 2. 1 矩量法以及基于矩量法的软件
1. 矩量法
1968 年， Harrington 提出了一种数值计算方法称之为
矩量法( MethodofMoment ，MoM )。经过多年的发展和完
善，矩量法已经成为电磁计算和天线设计中非常重要的算法
之一。矩量法是一种将连续方程离散化成代数方程组的方法，
计算精度的控制，包括收敛控制的要求、迭代的最小和最大
步骤；其他的设置还包括是否使用并行、多线程、远程控制、
虚拟内存等。
(3)解后处理。大部分电磁计算软件计算所得的结果是
基于算法所获得的用基函数表示的电流分布，这些结果必须
经过解后处理来转换成设计人员所需要的参数。解后处理的
主要任务就是依据想获取的天线特性通过解后处理层面的设
重点介绍天线设计中常用的软件 IE3D 和 FEKO 。下面首先
对IE3D 进行详细的介绍。
天线仿真技术
2.IE3D 软件介绍
1 )基本介绍
IE3D 是一个基于全波分析的矩量法电磁场仿真工具，
可以解决多层介质环境下的三维金属结构的电流分布问题。
它是通过各界面的边界条件和分层媒质中的并矢格林函数建
立起积分方程，然后导出阻抗矩阵和激励矩阵来求得电流系
天线仿真技术
假定两个函数 f 1 和 f 2 以及两个任意常数 a 1 和 a 2 有下
一种平面微带阵列天线的仿真与分析
第2期
李思敏等:一种平面微带阵列天线的仿真与分析
91
[3] 曹诞.K 波段微带阵列天线研究[D].西安:西安电子科 技大学,2014:12-21.
[4] MENDHEPJ,SAGIS K,MAHAJAN M B.Design anddevelopmentof24×24 Microstriparrayantenna usinghybridfeednetworkapproachatKu-band[C]// IEEEIndianConferenceonAntennasandPropogation. Piscataway,NJ:IEEE Press,2018:1-4.
εr、厚度h 和天线的中心频率f0 后,贴片天线的宽 度为
W
=2cf0
εr+1 2
-12
,
其中,c=3×108 m/s。
(3)
设λe 为介质内波长
λe= c , f εe
其中,εe 为有效介电常数,可表示为 εe=εr2+1+εr2-11+10Wh , -12
(4) (5)
第2期
李思敏等:一种平面微带阵列天线的仿真与分析
益为7.3dB。H 面半功率波束宽度为76.3°,副瓣为 -16.3dB;E 面半功率波束宽度为66.6°,副瓣为21.2 dB。
图5 微带单元仿真模型
2.3 微带阵列天线的仿真与分析 在确定了天线单元的参数并设计好馈电网络后,
表1 天线最终尺寸
mm 将两者相结合就构成了微带阵列天线[8-15],天线阵列
LISimin1,2,CAIMingming1
(1.SchoolofInformationandCommunication,GuilinUniversityofElectronicTechnology,Guilin541004,China; 2.SchoolofElectricalandInformationEngineering,GuangxiUniversityofScienceandTechnology,Liuzhou545006,China)
实验八-波导缝隙阵天线的设计与仿真
实验八 波导缝隙阵天线的设计与仿真一、实验目的1.设计一个波导缝隙阵天线2.查看并分析波导缝隙阵天线的二、实验设备装有HFSS 13.0软件的笔记本电脑一台三、实验原理波导缝隙阵具有口面效率高、副瓣电平低等优良的性能。
这里考虑宽边纵向谐振式驻波阵列，每个缝隙相距0.5λg ，距离波导宽边中心有一定偏移。
Stevenson 给出宽边上纵向并联缝隙的电导为()a x g g π21sin =()()g g b a g λλπλλ2cos 09.221=其中，x 为待求的偏移，a 为波导内壁宽边长度，λg 为波导波长。
在具体的设计中，可以利用HFSS 的优化功能来确定缝隙的谐振长度。
首先确定在谐振缝隙设计中存在的几个变量，主要有缝隙偏移波导中心线的距离Offset ，缝隙的长度L ，缝隙的宽度W 等。
一般可根据实际的加工确定出缝隙的宽度W ，应用HFSS 的优化功能得出缝隙的偏移量Offset 和缝隙长度Length 。
如图1所示，在波端口的Y 矩阵参数可以等效于距检测端口的1/2个波导波长的缝隙中心的Y 矩阵参数，根据波导缝隙的基本设计理论，在谐振时缝隙的等效阻抗或导纳为实数。
因此，当缝隙谐振时有Im(Y)=0。
单缝谐振长度优化示意图如下：设计一个由20个缝隙组成的缝隙阵，采用Chebyshev 电流分布，前10个缝的电平分布如下：n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 a n0.33 0.29 0.39 0.50.62 0.73 0.83 0.91 0.971.0根据电平分布进行归一化：∑==101212n naK短路波端口g λ41g λ21L可以得到K=0.100598。
由下式可以得到各个缝隙的导纳值:gn=Ka2n 各个缝隙的导纳如下：g_1=0.010955，g_2=0.00846 g_3=0.0153，g_4=0.0265 g_5=0.03867，g_6=0.0536 g_7=0.0693，g_8=0.0833 g_9=0.09465，g_10=0.100598选用WR-9型波导，其波导尺寸为：宽边a=22.86mm ，窄边b=10.16mm 。
阵列天线设计流程与高级培训
优化单元匹配
蜘蛛图可提供一种优化单元匹配的便捷方法
• 在Smith Chart上显示若干
频点上输入阻抗在扫描空间 内的变化
• 当Smith圆图的圆心位于所
有曲线中心时，为最理想 的匹配效果
F = 90o Scan Plane
10dB RL Circle
F = 90o plane at 11GHz violates the 10dB Return Loss requirement and cannot be resolved by improving the element’s match
generating initial model
• Facilitates parametric sweeps and
optimizations
Synthesis feature for each antenna
• Automatically generates physical
dimensions for desired frequency
setup, and post-processing reports for 50 common antenna elements
• Assists in learning to use HFSS for
antenna design
Parametric antenna geometry
• Easily modify parameters in HFSS after
Floquet Port Slave Master
天线单元采用微带T线馈电，设置为波端口
在辐射场上方采用Floquet端口
可结合Optimetrics模块中对相角 (qs,fs) 的参数 化扫描来预评估扫描盲区
阵列天线方向图及其MATLAB仿真
阵列天线方向图及其MATLAB仿真一．实验目的1.了解阵列天线的波束形成原理写出方向图函数2.运用MATLAB仿真阵列天线的方向图曲线3.变换各参量观察曲线变化并分析参量间的关系二．实验原理1.阵列天线：阵列天线是一类由不少于两个天线单元规则或随机排列并通过适当激励获得预定辐射特性的特殊天线。
阵列天线的辐射电磁场是组成该天线阵各单元辐射场的总和—矢量和由于各单元的位置和馈电电流的振幅和相位均可以独立调整，这就使阵列天线具有各种不同的功能，这些功能是单个天线无法实现的。
^2.方向图原理：对于单元数很多的天线阵，用解析方法计算阵的总方向图相当繁杂。
假如一个多元天线阵能分解为几个相同的子阵，则可利用方向图相乘原理比较简单地求出天线阵的总方向图。
一个可分解的多元天线阵的方向图，等于子阵的方向图乘上以子阵为单元阵列天线天线阵的方向图。
这就是方向图相乘原理。
一个复杂的天线阵可考虑多次分解，即先分解成大的子阵，这些子阵再分解为较小的子阵，直至得到单元数很少的简单子阵为止，然后再利用方向图相乘原理求得阵的总方向图。
这种情况适应于单元是无方向性的条件，当单元以相同的取向排列并自身具有非均匀辐射的方向图时，则天线阵的总方向图应等于单元的方向图乘以阵的方向图。
三．源程序及相应的仿真图1.方向图随n变化的源程序clear;sita=-pi/2::pi/2;lamda=;]d=lamda/4;n1=20;beta=2*pi*d*sin(sita)/lamda;z11=(n1/2)*beta;z21=(1/2)*beta;f1=sin(z11)./(n1*sin(z21));F1=abs(f1);figure(1);plot(sita,F1,'b');hold on;n2=25;：beta=2*pi*d*sin(sita)/lamda;z12=(n2/2)*beta;z22=(1/2)*beta;f2=sin(z12)./(n2*sin(z22));F2=abs(f2);plot(sita,F2,'r');hold on;n3=30;beta=2*pi*d*sin(sita)/lamda;z13=(n3/2)*beta;z23=(1/2)*beta;>f3=sin(z13)./(n3*sin(z23));F3=abs(f3);plot(sita,F3,'k')hold off;grid on;xlabel('theta/radian');ylabel('amplitude');title('方向图与阵列个数的关系'); legend('n=20','n=25','n=30');·结果分析：随着阵列个数n的增加，方向图衰减越快，效果越好；2.方向图随lamda变化的源程序clear;sita=-pi/2::pi/2;n=20;d=;lamda1=;beta=2*pi*d*sin(sita)/lamda1;z11=(n/2)*beta;z21=(1/2)*beta;f1=sin(z11)./(n*sin(z21));~F1=abs(f1);%·½ÏòͼÇúÏßfigure(1);lamda2=;beta=2*pi*d*sin(sita)/lamda2;z12=(n/2)*beta;z22=(1/2)*beta;f2=sin(z12)./(n*sin(z22));F2=abs(f2);lamda3=;beta=2*pi*d*sin(sita)/lamda3;z13=(n/2)*beta;，z23=(1/2)*beta;f3=sin(z13)./(n*sin(z23));F3=abs(f3)plot(sita,F1,'b',sita,F2,'r',sita,F3,'k');grid on;xlabel('theta/radian');ylabel('amplitude');title('方向图与波长的关系');legend('lamda=','lamda=','lamda=');四．,随着波长lamda的增大，方向图衰减越慢，收敛性越五．结果分析：不是很好；3.方向图随d变化的源程序clear;sita=-pi/2::pi/2;n=20;lamda=;d1=;beta=2*pi*d1*sin(sita)/lamda;z11=(n/2)*beta;z21=(1/2)*beta;【f1=sin(z11)./(n*sin(z21));F1=abs(f1);%·½ÏòͼÇúÏßfigure(1);plot(sita,F1,'b');hold on;d2=;beta=2*pi*d2*sin(sita)/lamda;z12=(n/2)*beta;z22=(1/2)*beta;f2=sin(z12)./(n*sin(z22));F2=abs(f2);-plot(sita,F2,'r');hold on;d3=;beta=2*pi*d3*sin(sita)/lamda;z13=(n/2)*beta;z23=(1/2)*beta;f3=sin(z13)./(n*sin(z23));F3=abs(f3)plot(sita,F3,'k')hold off;grid on;xlabel('theta/radian');ylabel('amplitude');title('·½ÏòͼÓëÌìÏßÕóÁмä¸ôdµÄ¹Øϵ'); legend('d1=','d=','d=');结果分析；随着阵元之间间隔的增加，方向图衰减越快，主次瓣的差距越大，次瓣衰减越快，效果越好。
5g微带阵列天线仿真设计
要求：利用介质常数为2.2，厚度为1mm ，损耗角为0.0009的介质，设计一个工作在5G 的4X4的天线阵列。
评分标准： 良：带宽〈7%优：带宽〉7%且效率大于60%1微带辐射贴片尺寸估算设计微带天线的第一步是选择合适的介质基板，假设介质的介电常数为r ε，对于工作频率f 的矩形微带天线，可以用下式设计出高效率辐射贴片的宽度W ，即为：121()2r c w f ε-+=式中，c 是光速，辐射贴片的长度一般取为/2e λ；这里e λ是介质内的导波波长，即为：e λ=考虑到边缘缩短效应后，实际上的辐射单元长度L 应为：2L L =-∆式中，e ε是有效介电常数，L ∆是等效辐射缝隙长度。
它们可以分别用下式计算，即为：1211(112)22r r e h wεεε-+-=++ (0.3)(/0.264)0.412(0.258)(/0.8)e e w h L hw h εε++∆=-+2.单元的仿真由所给要求以及上述公式计算得辐射贴片的长度L=19.15mm,W=23.72mm 。
采用非辐射边馈电方式，模型如图1所示：图1 单元模型此种馈电方式，可以通过移动馈电的位置获得阻抗匹配，设馈电点距离上宽边的偏移量为dx,经仿真得到当dx=4mm 时，阻抗匹配最好。
另外，之前计算出的尺寸得到的谐振点略有偏移，经过仿真优化后贴片尺寸变为L=19mm,W=23.72mm 。
仿真结果图如图2，图3所示。
3.504.00 4.505.00 5.506.00 6.50Freq [GHz]-30.00-25.00-20.00-15.00-10.00-5.000.00d B (S (1,1))HFSSDesign1XY Plot 1ANSOFTm 1m 2m 3Curve InfodB(S(1,1))Setup1 : Sw eepName XYm 1 4.9500-10.3381m 2 5.0600-10.1725m 35.0000-26.9508图2 S11参数-200.00-150.00-100.00-50.000.0050.00100.00150.00200.00Theta [deg]-20.00-15.00-10.00-5.000.005.0010.00d B (G a i n T o t a l )HFSSDesign1XY Plot 2Curve InfodB(GainTotal)Setup1 : LastAdaptive Freq='5GHz' P hi='0deg'dB(GainTotal)Setup1 : LastAdaptive Freq='5GHz' P hi='90deg'图3 增益图从图中可以看出谐振点为5GHz ，计算的相对带宽为2.2%，增益为5.78dB 。
箭载共形相控阵天线设计仿真与测试
空间扫描, 具有波束快速扫描、波束形状快速变化、 空间功率合成能力、与载体平台共形等能力, 因此非 常适用于运载火箭中继测控天线。平面相控阵技术 成熟, 但由于所有天线单元均分布于同一平面, 在火 箭和航天器等高速移动载体表面无法布置。共形相 控阵天线与载体表面共形, 不改变载体飞行器的空 气动力学性能, 可实现更大角域的扫描和更高的天 线增益, 在天线扫描过程中能维持或基本维持天线 波束的形状和天线增益。本文基于工程实际需求, 设计了一个与箭体共形的 S 波段相控阵天线实例, 并进行了性能仿真和测试。
Simulation and Testing of a Conformal Phased Array Antenna Used on Launch Vehicle
KANG De di, WU Bin
( Beijing Inst it ut e of T racking an d T el ecomm unicat ions T echn ology, Beijing 100094)
常数。
确定了矩形微带贴片的宽度后, 可得介质基板
材料的等效介电常数为[ 2]
e=
r+ 2
1+
(
r2
1)
1+
1 0h w
-
1 2
( 2)
由式( 1) 和式( 2) 可求出微带贴片天线边缘场引
起的等效伸长长度为
L=
0.
412 h
(
(
e
e+ -
0. 0. 2
3) 58)
( w / h + 0. 264) ( w / h + 0. 8)
L/h !1
天线阵面的优化与仿真-文档资料
2
2N
2 N
12
Hamming加权波束分析
从图中可以看出，hamming 加权有步进但是不连续，使得旁瓣衰减接近 0 （1/n）。Blackman-Harris 加权波束只是对更高阶波束经行分析的
13
Blackman-Harris加权
Blackman-Harris加权把Hamming加权过程扩展到更高阶谐波的情况，并
2
2N
2 N
0.04ssiin（ n（N2(u(u--2N2)） )）ssiin（ n（N2(u(u4N4)） )）
2N
2 N
14
Kaiser权值为
Kaiser加权
（ n ˆ） I（ 01- 2 N n ˆ 2） -N ， 2 1n ˆN 2 -1
15
Kaiser加权
Kaiser 加权随 变化图
5
均匀加权
均匀权值为
n
1 ， n 0 ， .....N .. .1 ., N
在U空间的波束方向图
B（u u）
1 n
sin（nd u）
sin（d u）
我们把精力放在标准线阵上，所以上式可以简化为
B（ u u）
1 n
sin Nu
2
sin u
2
6
Cosine加权
考虑当N是奇数的情况，Cosine加权为
（ n ） s（ in ） c（ on s） -N -1 ， nN -1
2N N 2 2
其中 sin 是一个常数，使得 2N
jn
-jn
B （ u u ） 1 2si（ n2N ） eN 2eN ， -N 2 -1nN 2 -1
7
均匀加权和Cosine窗加权波束分析
2024版HFSS天线仿真实例系列教程1
导出报告
将仿真结果和优化过程导出为报告，供后续分析 和参考。
27
07
总结与展望
2024/1/29
28
教程内容回顾
2024/1/29
HFSS天线仿真基本原理
介绍了高频结构仿真（HFSS）的基本原理及其在天线设计中的应用。
天线设计基础
详细阐述了天线设计的基本概念，如辐射、方向性、增益等，以及常 见的天线类型和性能指标。
03
优化设计
根据分析结果，对天线设计进行优 化，如调整振子长度、改变馈电结
构等，以提高天线性能。
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02
结果分析
对仿真结果进行分析，包括S参数 曲线、辐射方向图、增益等性能指
标的评估。
04
再次仿真验证
对优化后的设计进行再次仿真验证， 确保性能达到预期要求。
19
05 微带天线仿真实例
2024/1/29
• 天线参数：描述天线性能的主要参数有方向图、增益、输入阻抗、驻波比、极化等。这些参数可以通过仿真或 测量得到，用于评估天线的性能优劣。
• 仿真模型：在天线仿真中，需要建立天线的三维模型并设置相应的边界条件和激励源。模型的准确性直接影响 到仿真结果的可靠性。因此，在建立模型时需要充分考虑天线的实际结构和工作环境。
求解参数设置
包括频率范围、收敛精度、最大迭代次数 等参数的设置。
B
C
自适应网格划分
根据模型复杂度和求解精度要求，自动调整 网格大小和密度。
并行计算支持
利用多核处理器或集群计算资源，加速求解 过程。
D
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03 天线设计原理及性能指标
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12
5g微带阵列天线仿真设计
要求：利用介质常数为2.2，厚度为1mm ，损耗角为0.0009的介质，设计一个工作在5G 的4X4的天线阵列。
评分标准： 良：带宽〈7%优：带宽〉7%且效率大于60%1微带辐射贴片尺寸估算设计微带天线的第一步是选择合适的介质基板，假设介质的介电常数为r ε，对于工作频率f 的矩形微带天线，可以用下式设计出高效率辐射贴片的宽度W ，即为：121()2r c w f ε-+=式中，c 是光速，辐射贴片的长度一般取为/2e λ；这里e λ是介质内的导波波长，即为：e λ=考虑到边缘缩短效应后，实际上的辐射单元长度L 应为：2L L =-∆式中，e ε是有效介电常数，L ∆是等效辐射缝隙长度。
它们可以分别用下式计算，即为：1211(112)22r r e h wεεε-+-=++ (0.3)(/0.264)0.412(0.258)(/0.8)e e w h L hw h εε++∆=-+2.单元的仿真由所给要求以及上述公式计算得辐射贴片的长度L=19.15mm,W=23.72mm 。
采用非辐射边馈电方式，模型如图1所示：图1 单元模型此种馈电方式，可以通过移动馈电的位置获得阻抗匹配，设馈电点距离上宽边的偏移量为dx,经仿真得到当dx=4mm 时，阻抗匹配最好。
另外，之前计算出的尺寸得到的谐振点略有偏移，经过仿真优化后贴片尺寸变为L=19mm,W=23.72mm 。
仿真结果图如图2，图3所示。
3.504.00 4.505.00 5.506.00 6.50Freq [GHz]-30.00-25.00-20.00-15.00-10.00-5.000.00d B (S (1,1))HFSSDesign1XY Plot 1ANSOFTm 1m 2m 3Curve InfodB(S(1,1))Setup1 : Sw eepName XYm 1 4.9500-10.3381m 2 5.0600-10.1725m 35.0000-26.9508图2 S11参数-200.00-150.00-100.00-50.000.0050.00100.00150.00200.00Theta [deg]-20.00-15.00-10.00-5.000.005.0010.00d B (G a i n T o t a l )HFSSDesign1XY Plot 2Curve InfodB(GainTotal)Setup1 : LastAdaptive Freq='5GHz' P hi='0deg'dB(GainTotal)Setup1 : LastAdaptive Freq='5GHz' P hi='90deg'图3 增益图从图中可以看出谐振点为5GHz ，计算的相对带宽为2.2%，增益为5.78dB 。
14元阵列天线方向图及其MATLAB仿真
阵列天线方向图及其MATLAB 仿真1设计目的1.了解阵列天线的波束形成原理写出方向图函数2.运用MATLAB 仿真阵列天线的方向图曲线3.变换各参量观察曲线变化并分析参量间的关系2设计原理阵列天线：阵列天线是一类由不少于两个天线单元规则或随机排列并通过适当激励获得预定辐射特性的特殊天线。
阵列天线的辐射电磁场是组成该天线阵各单元辐射场的总和—矢量和由于各单元的位置和馈电电流的振幅和相位均可以独立调整，这就使阵列天线具有各种不同的功能，这些功能是单个天线无法实现的。
在本次设计中，讨论的是均匀直线阵天线。
均匀直线阵是等间距，各振源电流幅度相等，而相位依次递增或递减的直线阵。
均匀直线阵的方向图函数依据方向图乘积定理，等于元因子和阵因子的乘积。
二元阵辐射场：式中： 类似二元阵的分析，可以得到N 元均匀直线振的辐射场：令 ，可得到H 平面的归一化方向图函数，即阵因子的方向函数：式中：ζφθψ+=cos sin kd均匀直线阵最大值发生在0=ψ 处。
由此可以得出])[,(212121ζθθθϕθj jkr jkr m e r e r e F E E E E --+=+=12cos ),(21jkrm e F r E E -=ψϕθθζφθψ+=cos sin kd ∑-=+-=1)cos sin (),(N i kd ji jkrme erF E E ζϕθθϕθ2πθ=)2/sin()2/sin(1)(ψψψN N A =kdm ζϕ-=cos这里有两种情况最为重要。
1.边射阵，即最大辐射方向垂直于阵轴方向，此时 ，在垂直于阵轴的方向上，各元观察点没有波程差，所以各元电流不需要有相位差。
2.端射振，计最大辐射方向在阵轴方向上，此时0=mϕ或π，也就是说阵的各元电流沿阵轴方向依次超前或滞后kd 。
3设计过程本次设计的天线为14元均匀直线阵天线，天线的参数为：d=λ/2，N=14相位滞后的端射振天线。
基于MATLAB 可实现天线阵二维方向图和三维方向图的图形分析。
12.5GHz 4×4微带天线阵列的设计
12.5GHz 4×4微带天线阵列的设计
随着无线通信技术的迅速发展，小型化、大容量的通信系统成为现在
以至于为来的主要发展目标。
由于双极化天线具有同频段的双通道通信、提高
通信容量、实现双工操作、可以提高系统灵敏度、抗多径效应等性能，从而日
益得到人们的青睐。
由于微带贴片天线在馈电方式和极化制式的多样化，以及
馈电网络、有源电路集成一体化等方面具有很多的优点，从而采用双极化天线
成为提高通信容量的一种比较实际的做法。
目前常用的双极化工作方式主要有
两类，第一就是利用方贴片作为辐射单元，对方贴片天线采用正交边双馈电就
能激励一对极化方向相互垂直的辐射波。
第二就是利用不同层的天线阵列分别
实现不同的极化，缺点是结构复杂，制作困难，造价高。
我们采用在同一平面
上实现两种极化方式，贴片单元的馈电方式却不用改变。
本文就是设计实现了
这种双极化微带天线阵列的组阵单元-4 乘以4 天线阵列。
1 微带天线阵列的设计
本文采用的贴片天线的基本结构如
设计过程中贴片层和接地层都采用铜，介质层采用介电常数为2.2 的Rogers RT/duroid 5880。
根据天线工作的中心频率12.5GHz，微带贴片天线单元的长和宽、反馈部分的长宽、组阵单元之间的阻抗匹配以及其他相关数据都可
以通过计算或者仿真优化得到。
根据以上的计算及仿真数据，我们制成了天线
的PCB 板，4 乘以4 微带天线阵列的实物
2 微带天线阵列的仿真和测试结果
我们通过Ansoft HFSS 仿真软件对天线阵列首先进行了仿真计算，。
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设计步骤
1. Draw the unit cell, containing all appropriate boundaries and source definitions.
2. Create the antenna array, including name, dimensions, master and slave boundaries where needed for conformal meshing, and selection of row and column master/slave pairs for implicit definition of lattice propagation vectors. Designate which cells are active, passive, and padding.
Unit Cell Creation
Verifying the Unit Cell Geometry
Floquet Ports Overview
Floquet Mode Visualization
Floquet Ports: Determining the Modes to Include
计算模型
单个天线的设置
求解设置
求解设置
天线阵设置
计算结果
单独计算用后处理叠加
求解设置
频率设置与前面相同
求解设置
计算结果
计算结果
计算结果
计算结果
计算结果
设置后处理
计算结果
直接计算方式
模型、边界 条件和场观 察器等与前 面的设置相 同。
求解设置
计算结果
Байду номын сангаас 计算结果
Antenna array simulation
Small arrays Feed networks Large arrays Active element pattern
Online demo
A small selection...
Antenna Simulation
Different antenna types require different solver technologies.
阵列天线仿真
阵列天线仿真
电子科技大学 贾宝富 博士
Array Overview
Analysis Approaches
Unit Cell Analysis with Master / Slave Boundaries
Unit Cell Simplification
Master/Slave Boundaries
Array Pattern Scanned to 45o in the E-Plane
Explicitly Solved Patch Array vs. DDM Comparison
用CST Microwave Studio仿真阵列天线
Outline
Antenna simulation
Different solvers for different antennas
Results: Return Loss/Insertion Loss
Finite Array Analysis
Challenges for Large Finite Array Modeling
Domain Decomposition Overview
Solution: Finite Array Domain Decomposition
Modes Calculator
Floquet Port Setup
Floquet Port Setup
What if the Lattice is Triangular
Floquet Port Setup
Floquet Port Setup
Floquet Port Setup
Results – Matrix Data
Infinite Array
Active Element Pattern
Finite Array Analysis
CST Array Wizard
Summary
用HFSS仿真阵列天线
序言
HFSS 计算实 际的阵列天线 是基于阵列天 线中的一个单 元。对于模式 驱动和端口驱 动的设计，使 用分布仿真过 程。使你能够 快速定义、显 示和仿真阵列 天线设计。
Embedded Element Patterns
Array Pattern in the E-Plane
Array has no phase shift taper so thebeam is pointed toward boresite
Sidelobe Levels are -10.86dB and13.23 dB in the E & H Planes.
Unit cell is analyzed to create mesh Unit cell mesh is then replicated to form remaining elements in the
array
Mutual Coupling Data
Active Return Loss with Phase Taper
Finite Array DDM Tool Advantages
How It Works!!!
How It Works!!!
How It Works!!!
How It Works!!!
Probe Fed Patch Array with Feed Network
Finite Phased Array Setup Using DDM
Antenna Arrays
Small Arrays
Distributed Computing (DC)
Multiple Element Excitation
Array Feeding Networks
Large Arrays
Infinite Array
Infinite Array
FarfieldArray
Transient Solver
Frequency Solver
Integral Equation Solver
阵列天线仿真基本方法
由单个天线计算天线阵；
未考虑天线之间的耦合。
由整体模型单独激励计算辐射场；
计算涉及天线结构之间的影响。
整体模型，同时激励；
同时涉及结构和激励状态的影响。