微带天线仿真设计(圆形侧馈)
一种圆形开槽微带天线的设计
方式 , 微带天线 的等效谐振 电路等 。在这些影响因
素 中, 微带 天线 基 板 的相对 介 电常 数 、 介 质损 耗 角 、 几 何 尺寸 是基 本 的影 响 因素[ 2 ] 。而使 微 带天 线 宽频
a n d P r o p a t a t i o n , 1 9 8 2 , ( 3 0 ) : 9 1 8 — 9 2 2 .
本文 的分析和仿真可见 , 在辐射贴片上开槽扩展 了
微 带 天线 的带宽 , 也 实现 了天线 的小 型化 。
作者 简介 赖 慧芳 ( 1 9 8 5 一) , 女, 江西 石城人 , 硕士研 究生 ,
助教 , 主 要 研究 方 向 : 光 学 工程 、 应用 光学 、 微 带 天
参考 文献
[ 1 ] Ya n g F , Z h a n g X X , Y e X N, Ya h y a R S
线。
圆环[ 4 ] , 通过贴片形状的变化 , 使得天线等效谐振 电
路的 Q值降低 , 从而使天线获得更大 的带宽。或者
在天 线贴 片 开槽 或者 地 平 面开槽 , 增加 天 线上 的 电 流路 径 长度 , 使 天线 产生 一 个 比常 规矩 形贴 片 谐 振 频 率 较低 的谐 振 点 , 从 而 扩展 了天 线 的带 宽 。通 过
C o mmu n i c a t i o n s[ J ] . I E E E T r a n s a c t i o n s o n nt A e n n a s
a n d P r o p a g a t i o n , 2 0 0 1 , 4 9 ( 0 7 ) : 1 0 9 4 — 1 1 0 0 . [ 2 ] K. R . C a r v e r , J . W. Mi n k . Mi c r o s  ̄ i p nt A e n n a T e — c h n o l o g y[ J 】 . I E E E T r a n s . On nt A e n n a s a n d P r o p a g a — t i o n , J a n . 1 9 8 1 , 2 9 ( 0 2 ) : 2 - 2 4 . 【 3 1 V. P a l a n i s a my a n d R. G a r g . R e c t a n g u l a r - - Ba n d E- - s h a p e d P a t c h An t e n n a s f o r Wi r e l e s s
一种圆形开槽微带天线的设计
一种圆形开槽微带天线的设计介绍:微带天线是一种常见的天线形式,广泛应用于无线通信系统中。
圆形开槽微带天线是一种具有较大带宽和较高辐射效率的设计。
它由圆形金属基底和中心开槽组成,通过调整开槽的参数,可以实现不同频率上的工作。
设计步骤:1.选择合适的基底材料:常见的基底材料有FR-4玻璃纤维胶片和PTFE,选择材料时要考虑其介电常数和损耗因子。
2.计算基底尺寸:根据工作频率和介电常数,计算得到合适的基底尺寸。
对于圆形开槽微带天线,基底的直径应大于波长的四分之一3.设计圆形开槽:圆形开槽是通过在基底中心开一个圆形孔的方式实现的。
孔的直径和位置会影响天线的工作频率和辐射特性。
可以使用天线模拟软件进行仿真和优化。
4.添加微带线:在孔的边缘连接到微带线,微带线的宽度和长度也是可以调整的参数之一、微带线的长度可以根据公式l=λ/4来计算,其中l为微带线长度,λ为工作频率的波长。
5.优化设计:通过仿真和测试,对设计进行优化。
可以调整基底尺寸、开槽参数和微带线参数等,以实现更好的性能。
6.制作天线:使用PCB制作技术将设计好的天线印刷在基底上。
可以选择双面PCB板,将微带线印刷在一侧,然后通过焊接连接到另一侧,形成闭路。
7.测试性能:通过测试,检验天线的工作频率、辐射特性和带宽等性能指标。
8.优化设计:根据测试结果,对设计进行再次优化,进一步改善性能。
总结:圆形开槽微带天线是一种常见的天线设计,可以实现较大的带宽和较高的辐射效率。
在设计过程中,需要选择合适的基底材料和尺寸,并进行开槽和微带线的优化。
通过仿真、制作和测试,可以获得理想的性能。
这种设计可以广泛应用于无线通信系统中。
圆极化微带天线的设计与实现 (1)
2004年4月重庆大学学报Apr.2004 第27卷第4期Journal of Chongqing UniversityVol.27 No.4 文章编号:1000-582X (2004)04-0057-04圆极化微带天线的设计与实现Ξ韩庆文,易念学,李忠诚,雷剑梅(重庆大学通信学院,重庆 400030)摘 要:圆极化微带天线是一种低剖面的天线元,研究圆极化微带天线的特性在天线设计中显得十分重要,而微带贴片天线的馈电位置的确定是设计的关键。
针对单端侧馈五边形圆极化微带天线进行了详细分析和论述;简要介绍了微带天线的实现方法,并介绍了一种用于分析多边形微带天线的有效方法———有限元分析法;通过对一个5.6GHz 的五边形圆极化微带天线的研究设计,给出了圆极化微带天线的设计过程,找到了确定馈电点位置的合理方法,采用HFSS 软件进行优化设计,进行仿真,给出了合理的仿真结果。
关键词:微带天线;圆极化;轴比;五边形;方向图;电压驻波比;带宽 中图分类号:TN820.11文献标识码:A 目前简单的线极化天线已很难满足人们的需求,这就使得圆极化微带天线倍受青睐。
但在微带天线的分析中,近似处理较多,使得天线的设计准确性并不太好,微带贴片天线的馈电位置的确定往往需要实验调整的方法进行研究。
另外由于微带天线的频带窄,设计尺寸的微小误差都会造成天线谐振频率的偏离,极化特性也会变差。
在实际工作中由于介质基片的离散性,也影响了谐振频率的准确性[1]。
针对上述问题,特别对圆极化微带天线的设计过程进行了深入的分析;通过应用HFSS 高频结构软件仿真,使天线的性能得到了优化。
1 微带天线微带天线是一种基于微带传输线的天线。
它有多种形式,按结构特征,可把微带天线分为两大类,即微带贴片天线和微带缝隙天线;常用的一类,是贴片微带天线。
贴片可以是矩形、圆形、椭圆形及其它形状,在此选用五边形贴片。
微带天线的辐射,是由微带天线边沿和接地板之间的边缘场产生的。
微带天线仿真设计(5)汇总
太原理工大学现代科技学院微波技术与天线课程设计设计题目:微带天线仿真设计(5)专业班级学号姓名指导老师专业班级 学号 姓名 成绩 设计题目:微带天线仿真设计(5) 一、设计目的: 通过仿真了解微带天线设计 二、设计原理: 1、微带天线的结构 微带天线是由一块厚度远小于波长的介质板(成为介质基片)和(用印刷电路或微波集成技术)覆盖在他的两面上的金属片构成的,其中完全覆盖介质板一片称为接触板,而尺寸可以和波长想比拟的另一片称为辐射元。
微带天线的馈电方式分为两种,如图所示。
一种是侧面馈电,也就是馈电网络与辐射元刻制在同一表面;另一种是底馈,就是以同轴线的外导体直接与接地板相连,内导体穿过接地板和介质基片与辐射元相接。
微带天线的馈电 (a )侧馈 (b )底馈 2、微带天线的辐射原理 用传输线模分析法介绍矩形微带天线的辐射原理。
矩形贴片天线如图: ……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………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。
经过查阅资料,可以知道微带天线的波瓣较宽,方向系数较低,这正是微带天线的缺点,除此之外,微带天线的缺点还有频带窄、损耗大、交叉极化大、单个微带天线的功率容量小等.在这个课设中,借助EDA仿真软件Ansoft HFSS进行设计和仿真。
设计4:圆极化微带天线设计
分析结果:①谐振频率随Lc的变大而降低 ;
②当Lc在
44.4mm~44.5mm之间时,谐振频率在1.58GHz~1.57GHz之间
查看输入阻抗和馈电位置的关系
查看当Lc=44.45mm时的输入阻抗
实部 虚部
当工作频率为1.575GHz时,输入阻抗为(32.34+j8.51)Ω, 要使输入阻抗为50 Ω左右,则L1的值必须大于初始值6.9mm。
查看输入阻抗和馈电位置的关系
添加L1的参扫:范围7.4mm~9mm,间隔0.2mm
分析结果:①输入阻抗随L1的变大而变大 ; ②当L1=8.8mm时,输入阻抗约为50Ω
优化分析
优化变量
Lc
8mm~9mm 44mm~45mm
dB(S(1,1))
目标函数 dB(AxialRatioVa lue)
单馈电圆极化天线实现原理
同轴线的馈电点位于辐射贴片的对角线位置时,可以激发 TM10和TM01两个模式如果让辐射贴片的长宽相同,这样激发 的两个模式的频率相同、强度相等,而且两个模式电场的相位 差为零。若辐射贴片谐振长度Lc,微调谐振长度:L=Lc+a W=Lc-a。前者对应容抗,后者对应感抗,调节a的值,使每一 个阻抗实部和虚部相等(B=G),则两阻抗大小相等,相位分 别为-45和+45,这就满足了圆极化条件
1.6mm Lc-Delta Lc+Delta 6.9mm
50mm L1
46.1mm 0.0143*Lc
查看天线的谐振点
m
f 1.53GHz
S11 -16.89dB
在初始尺寸下的谐振频率为1.53GHz,而设计要求中心频率为 1.575GHz,因此需要参数扫描分析谐振频率和Lc的关系
(多图)单频圆形微带贴片天线设计
(多图)单频圆形微带贴片天线设计关键字:微带贴片天线同轴馈电 HFSS软件回波损耗微带天线是在一块背面敷以金属薄层作接地板的介质基片上,贴一金属辐射片而形成的天线。
它有微带线和同轴线这两种主要的馈电方式。
微带天线在金属贴片与金属接地板之间激发辐射场,通过贴片四周与接地板之间的缝隙向外辐射,因此也称作缝隙天线。
频带窄、功率容量小、损耗大和基片对性能影响较大等是微带天线的缺点,其优点是体积小,质量轻,低剖面,制造简单,成本低,易集成,容易实现双频、多频段工作等,也正是这些优点,使得工作在100 MHz~50 GHz频率范围内的微带天线常用于卫星通信、指挥和控制系统、导弹遥测、武器引信、环境检测等。
无线电引信在军事上可用于控制武器弹丸的引炸,来达到最大的杀伤效果。
而天线属于引信察觉装置的一部分,用于发射和接收信号。
所以,天线的性能对引信的工作状态以及武器弹丸的杀伤力有非常大的影响。
由于天线要附着在弹头上,而一般的弹体头部大都是圆锥形,为了便于将微带天线安装在弹头部位,本文将设计一个中心频率为7.2 GHz的圆形微带贴片天线,其相对介电常数为εr = 4.4,损耗正切tan δ = 0.164 6。
1 圆形微带天线设计1.1 介质设计在天线设计中,介质基片的材料及厚度,对天线的性能有很大影响,所以首先需要考虑介质的材料及其厚度。
而材料选择主要考虑的电特性参数是其相对介电常数εr和损耗角正切tan δ。
介电常数的稳定性非常重要,变化的介电常数将导致贴片频率漂移。
介电常数大能减小贴片尺寸,但通常也会减小贴片单元带宽;介电常数小又会增加贴片周围的边缘场,降低辐射效率。
大损耗基片常常会降低天线效率,增加反馈损耗,所以在选择介质材料时,需要综合考虑。
本设计综合考虑后,确定以FR4环氧树脂板为介质材料,其相对介电常数为εr= 4.4,损耗正切tan δ = 0.164 6,这也是微带天线设计中常用的一种材料。
对基片的厚度而言,厚介质基片,可提高天线机械强度、增加辐射功率、减小导体损耗,展宽频带;但同时也会增加介质损耗,引起表面波的明显激励。
一种微带线馈电的宽带圆极化微带天线的设计
一种微带线馈电的宽带圆极化微带天线的设计引言在通信领域中,天线是不可或缺的一个设备,而微带天线因其结构简单、成本低廉、易于集成等优点,已经成为了现代通信领域中应用广泛的一种天线。
在微波领域中,圆极化天线通常被用来避免天线之间的互干扰和提高通信质量。
然而,许多微带圆极化天线的带宽是有限的,这使得这些圆极化天线的通信传输性能大大受到限制。
因此,本文提出了一种微带线馈电的宽带圆极化微带天线的设计方案,旨在解决微带圆极化天线带宽狭窄的问题。
设计原理本设计方案采用了一种微带线馈电的宽带圆极化微带天线。
其中,天线由一个正方形微带辐射片和一个环形贴片构成。
其工作原理基于微带线馈电的正方形微带辐射片,是以TM模式的耦合方式进行馈电的。
正方形微带辐射片的一边通过一条微带线馈电导线与馈电点相连,另一边则用接地板连接。
环形贴片作为一个反射器,通过正方形微带辐射片的边缘和接地板之间的短接实现电路的反射。
设计步骤1.计算天线的工作频率和所需圆极化方式。
根据这些参数确定天线的尺寸和形状。
2.设计并确定微带线馈电导线和连接设备的点。
3.添加环形贴片,并在模拟软件中进行必要的优化,以提高天线的性能。
4.按照所需的角度选择天线的旋转方向,并调整微带线馈电导线与天线的尺寸,以实现所需的圆极化方向。
仿真结果为了验证设计的性能,我们使用了一款天线仿真软件进行模拟实验。
仿真过程中,我们使用S参数和体表波图形来评估天线的性能。
以下是一些关键指标的仿真结果:•工作频率:4.4GHz•带宽:360~630MHz,VSWR小于2•圆极化方向:左旋•Gain:6.5dB•Axial Ratio: 1.1dB结论本文提出的一种微带线馈电的宽带圆极化微带天线设计方案,能够在4.4GHz 的频率范围内实现左旋或右旋的圆极化方式。
其带宽可达到360~630MHz,在这个带宽范围内可以实现VSWR小于2的传输性能。
此外,天线具有高增益和低轴比等优点。
因此,这种设计方案具有较好的前景和实际应用价值。
基于cst仿真的6GHz圆极化微带贴片天线设计
Harbin Institute of Technology课程设计说明书(论文)课程名称:天线仿真设计题目:圆极化微带天线的仿真院系:班级:设计者:学号:指导教师:设计时间:哈尔滨工业大学一、课程设计目的1、了解微带天线的辐射原理和分析方法,并掌握微带天线尺寸计算一般过程;2、了解微带天线圆极化的方法,并设计一种圆极化微带天线;3、学习并掌握CST软件的使用,熟悉天线仿真的流程,并完成天线的优化设计。
二、天线设计目标本文设计的圆极化矩形微带贴片天线的中心频率为6 GHz,并且将满足一下技术指标:1、反射系数S11<10dB(VSWR<2);2、天线轴比小于3dB;3、绝对带宽100MHz;4、增益大于5dB;5、输入阻抗50Ω;6、波瓣宽度大于70deg。
三、微带天线背景1、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。
由于微带天线有独特的优点,而缺点随着科技的进步正在研究克服,因此它有广阔的应用前景。
一般说来,它在飞行器上的应用处于优越地位,可用于卫星通讯、天线电高度表、导弹测控设备、导引头、环境监测设备、共形相控阵等。
徽带天线在地面设备上应用也有其优势方面。
特别是较低功率的各种民用设备,例如医用微波探头,直播卫星的接收阵以及当前的蓝牙设备的收发天线等,由于微带带天线能集成化,它在毫米波段的优势非常明显。
当然它并不是完美无缺的,我们将其与微波天线相比,简单介绍它的优缺点。
微带天线和常用的微波天线相比较,它有以下一些突出的优点:(1)重量较轻,体积比较小,剖面低,能与飞行器等载体共形。
微带天线仿真设计圆形侧馈
XX理工大学微波技术与天线课程设计设计题目:微带天线仿真设计学生XX学号专业班级指导教师XX理工大学现代科技学院课程设计任务书注:课程设计完成后,学生提交的归档文件应按,封面—任务书—说明书—图纸的顺序进行装订上交(大X图纸不必装订)指导教师签名:日期:专业班级学号XX 成绩…………………一、设计题目微带天线仿真设计(圆形侧馈)二、设计目的1.理解和掌握微带天线的设计原理2.选定微带天线的参数:工作频率、介质基片厚度、贴片模型及馈电点位置。
3.创建工程并根据设计尺寸参数指标绘制微带天线HFSS模型。
4.保存工程后设定边界条件、求解扫描频率,生成S参数曲线和方向图。
5.观察对比不同尺寸参数的微带天线的仿真结果,并分析它们对性能的影响。
三、设计原理矩形贴片是微带贴片天线最基本的模型,本设计就是基于微带贴片天线基础理论以及熟练掌握HFSS10仿真软件基础上,设计一个右手圆极化矩形贴片天线,其工作频率为2.45GHz,分析其远区辐射场特性以及S曲线。
矩形贴片天线示意图四、贴片天线仿真步骤1、建立新的工程运行HFSS,点击菜单栏中的Project>Insert HFSS Dessign,建立一个新的工程。
2、设置求解类型(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. 设置模型单位将创建模型中的单位设置为毫米。
(1)在菜单栏中点击3D Modeler>Units 。
(2)设置模型单位:(a )在设置单位窗口中选择:mm 。
(b )点击OK 按钮。
4、创建微带天线模型(1)创建地板GroundPlane 。
在菜单栏中点击Draw>Rectangle,创建矩形模型。
在坐标输入栏中输入起始点的坐标:X :-45,Y :-45,Z :0按回车键。
在坐标输入栏中输入长、宽:dX :90,dY :90,dZ :0按回车键。
实验三 微带天线的仿真设计与优化
实验三微带天线的仿真设计与优化一、设计目标设计一个谐振频率为2.45GHz的微带天线,讨论微带贴片的尺寸对谐振频率的影响,并分析馈电点位置对输入阻抗的影响,最后给出优化设计的天线尺寸和优化后的天线性能(给出S11、Smith圆图、E面增益方向图和三维增益方向图的仿真结果)。
二、设计步骤1、添加和定义设计变量:将天线的相应变量定义好,如图:2、设计建模(1)创建微带天线的模型:创建介质基片:创建一长方体模型用以表示介质基片,模型的底面位于xoy平面,中心位于坐标原点,设置模型的材质为“FR4_epoxy”、透明度为0.6、颜色为深绿色,并将其命名为“Substrate”;模型的长度、宽度和厚度分别为2*W0、2*L0和H(模型的顶点坐标设置为(-L0,-WO,0),在XSize、YSize和ZSize分别输入2*L0、2*W0和H)。
在z=plength的平面上创建一个中心位于z轴,长度和宽度用a1和b1表示的矩形面,并将其命名为Aperture,颜色设为深蓝色,顶点位置坐标为(-a1/2,-b1/2,plength)。
创建辐射贴片:在介质基片的上表面创建一个中心位于坐标原点,长度和宽度分别为W0和L0的矩形平面(顶点坐标设置为(-L0/2,-WO/2,H),在XSize和YSize分别输入L0和W0),设置模型的透明度为0.4、颜色为铜黄色,并将其命名为“Patch”。
创建参考地:在介质基片的底面创建一个中心位于坐标原点,大小与介质基片的底面相同的矩形面(顶点坐标设置为(-L0,-WO,0),在XSize和YSize分别输入2*L0、2*W0),设置模型的透明度为0.4、颜色为铜黄色,并将其命名为“GND”。
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,圆柱体底部圆心位于X轴并且与坐标原点的距离为L1,半径为0.6mm,高度为H(圆心坐标(L1,0mm,0mm),Radius为0.6mm,Height为H),设置模型的材质为理想导体(“pec”)、颜色为铜黄色,并将其命名为“Feed”。
一种双层圆极化微带天线
一种双层圆极化微带天线仿真与设计F.1.1 1设计指标:工作频段:L1:1.575GHz±6MHz L2:1.227GHz±6MHz输入阻抗:50Ω驻波比:≤2极化方式:右旋圆极化轴比:≤3dB一. 开始:一)开启Ansoft HFSS 131. 进入Ansoft HFSS 13,点击Microsoft中的开始菜单,选择程序,然后选择Ansoft HFSS 13程序组。
点击HFSS 13。
二)设置工具选项注意: 在这个例子中,根据以下的步骤大纲来核实其中工具选项的设置:1. 选择菜单Tools > Options > HFSS Options2.HFSS Options窗口:1)选择点击Generala.确认该项“Use Wizards for data entry when creating new boundaries”前打勾;b.确认该项“Duplicate boundaries with geometry”前打勾;2)点击OK按钮。
3. 选择菜单Tools > Options > 3D Modeler Options.4. 在3D Modeler Options窗口中:1)选择点击Operationa.确认该项“Automatically cover closed polylines”前打勾;2)选择点击Drawingb.确认该项“Edit property of new primitives”前打勾;3)点击OK按钮。
三)建立一个新的项目1. 在Ansoft HFSS窗口中,在工具条中点击,或者在菜单条中选择File>New2. 从Project中,选择Insert HFSS DesignF.1.1 2四)设置求解类型1. 选择菜单HFSS>Solution Type2. 在Solution Type的窗口中,选择Driven Modal3. 点击OK按钮F.1.1 3二. 建立3D模型一)设置模型单位1. 选择3D Modeler>units2.设置模型单位,选择单位:mm3.点击OK按钮F.1.1 4二)建模1.添加变量右击HFSSDesignl,选择Design Properties,按表格数据依次添加表1数据。
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
课程设计:基于cst仿真的6GHz圆极化微带贴片天线设计
Harbin Institute of Technology课程设计说明书(论文)课程名称:天线仿真设计题目:圆极化微带天线的仿真院系:班级:设计者:学号:指导教师:设计时间:哈尔滨工业大学一、课程设计目的1、了解微带天线的辐射原理和分析方法,并掌握微带天线尺寸计算一般过程;2、了解微带天线圆极化的方法,并设计一种圆极化微带天线;3、学习并掌握CST软件的使用,熟悉天线仿真的流程,并完成天线的优化设计。
二、天线设计目标本文设计的圆极化矩形微带贴片天线的中心频率为6 GHz,并且将满足一下技术指标:1、反射系数S11<10dB(VSWR<2);2、天线轴比小于3dB;3、绝对带宽100MHz;4、增益大于5dB;5、输入阻抗50Ω;6、波瓣宽度大于70deg。
三、微带天线背景1、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。
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由于微带天线有独特的优点,而缺点随着科技的进步正在研究克服,因此它有广阔的应用前景。
一般说来,它在飞行器上的应用处于优越地位,可用于卫星通讯、天线电高度表、导弹测控设备、导引头、环境监测设备、共形相控阵等。
徽带天线在地面设备上应用也有其优势方面。
特别是较低功率的各种民用设备,例如医用微波探头,直播卫星的接收阵以及当前的蓝牙设备的收发天线等,由于微带带天线能集成化,它在毫米波段的优势非常明显。
当然它并不是完美无缺的,我们将其与微波天线相比,简单介绍它的优缺点。
微带天线和常用的微波天线相比较,它有以下一些突出的优点:(1)重量较轻,体积比较小,剖面低,能与飞行器等载体共形。
圆极化微带天线的设计与应用毕业设计[管理资料]
太原理工大学毕业设计(论文)任务书圆极化微带天线的研究与设计摘要微带天线是近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,自从20世纪70年代中期微带天线理论得到很大发展。
由于微带天线体积小、重量轻、馈电方式灵活、成本低、易于与目标共形等优点而深受人们亲睐,在雷达、移动通信、卫星通信、全球卫星定位系统等领域得到广泛的应用。
圆极化作为微带天线理论和技术应用的一个重要分支,被广泛的运用于雷达、导航、卫星等电子系统中。
由于其特性,使得收发天线间有很强的角度位置定位灵活性,并且能减小信号的多路径干扰和其他的一些影响。
本文对圆极化微带天线进行了深入研究,具体工作如下:1、文中首先阐述了微带天线的基本理论和主要设计方法,分析了微带天线圆极化有几种方法。
并对比分析方法的优劣,哪种方法更适合什么样的研究方向,为微带天线双馈圆极化的设计提供了依据。
2、微带天线的圆极化技术,重点研究了矩形贴片天线通过切角和双馈电的方式实现圆极化。
采用仿真软件Ansoft HFSS对其进行仿真设计,并对结果进行对比,找到合适的馈电点和馈电网络。
本文所设计的圆极化微带天线具有普遍适用性,能满足不同形状的要求,可提高驻波比带宽,抑制交叉极化,提高轴比,但是馈电网络复杂,成本比较高,尺寸也比较大,有一定的局限性。
关键词:圆极化,微带天线,馈电网络,HFSSCircularly polarized microstrip antenna research and designABSTRACTThe microstrip antennas is a kind of new antenna which in the recent 30 years develop gradually. As early as put forward microstrip antennas's concept in 1953, but has not brought to the engineering attention, obtained more development since the mid-1970s microstrip antennas theory.It is small as a result of the microstrip antennas volume, the weight is light, the feed way is flexible, cost low, easy and merits and so on goal altogether shape, but the depth is loved by the people , in the radar, the mobile communication, the satellite communication, domains and so on whole world satellite positioning system obtains the widespread application.The circular polarization takes the microstrip antennas theory and a technical application important branch, by widespread utilization in electronic systems and so on radar, guidance, satellite. As a result of its characteristic, enables between the dual-mode antenna to have the very strong angle position localization flexibility, and can reduce the signal the multi-way disturbance and other influences.This article has conducted the deep research to the circular polarization microstrip antennas, the concrete work is as follows in1.the article first elaborated microstrip antennas's elementary theory and the main project analysis method, analyzed microstrip antennas's circular polarization to have several methods. And the contrastive analysis method's fit and unfit quality, which method suits what research direction, has provided the basis for the microstrip antennas double-fed circular polarization's design.2.microstrip antennas's circular polarization technology, studied the rectangle to paste the piece antenna with emphasis realizes the circular polarization through the tangential angle and the double feed way. Uses simulation software Ansoft HFSS to carry on the simulation design to it, and carries on the contrast to the result, found the appropriate feeding point and the feed network.This article designs the circular polarization microstrip antennas has the universalserviceability, can satisfy the different shape the request, may enhance the standing-wave ratio band width, suppresses the cross polarization, enhances the axial ratio, but the feed network is complex, the cost comparison is high, the size is also quite big, has certain limitation.key word: Circular polarization, microstrip antennas, feed network,HFSS目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第一章绪论 (1) (1) (2)第二章微带天线基本理论 (3) (3) (3) (4) (4) (4) (5) (6) (6) (7) (7) (8) (8) (9) (10) (10) (10) (11) (11) (12) (12) (12) (13)第三章圆极化微带天线 (15) (15) (16) (17) (18) (19) (19) (19) (19) (19) (19) (21) (21) (21) (21) (22) (22)第四章仿真分析 (26) (26) (26) (26): (26) (26): (27)矩形贴片天线切角圆极化 (27) (27) (27) (28) (28) (30)矩形贴片天线外加馈电网络圆极化 (34) (34) (35)本章小结 (38)结束语 (40)参考文献 (41)致谢 (42)附录英文资料及译文 (43)第一章绪论课题背景随着科学技术的飞速发展,现代社会已经进入信息时代,信息的快速而广泛的传递形成了现代社会最重要的特征。
一种改进了阻抗带宽和低仰角增益的双频圆极化微带天线的设计
一种改进了阻抗带宽和低仰角增益的双频圆极化微带天线的设计一种改进了阻抗带宽和低仰角增益的双频圆极化微带天线的设计史雪莹鄢泽洪左少丽(西安电子科技大学天线与电磁散射研究所,西安 710071)摘要:本文设计了一款可用于卫星通信的圆极化微带天线,采用双层结构实现了双频(1590 MHz,2491 MHz)特性。
与用探针直接馈电相比,本文中的天线馈电方式为圆形贴片耦合馈电。
仿真结果显示圆极化特性并获得比较好的驻波比和较高的低仰角增益。
对于低频段(1590MHz),阻抗带宽为130MHz,相对带宽为8.2%。
对于高频段(2491MHz),阻抗带宽为390MHz,相对带宽达到了15.7%。
在低仰角为10°时获得的增益分别为-0.57dB和 1.49dB,与用探针直接馈电相比,低仰角增益改善了1dB 和 0.6dB。
关键词:层叠微带天线,阻抗带宽,低仰角增益,耦合馈电A Coupling-Fed Circularly Polarised Microstrip Antenna With Wider Impedance Bandwidth And Higher Low-Elevation GainShi Xueying Yan Zehong Zuo Shaoli(Institute of Antenna and EM scattering, Xidian University of China, Xi’an 710071)Abstract: A novel coupling-fed circularly polarized microstrip antenna with wider impedance bandwidth and higher gain at low-elevation is proposed in this paper. Compared with the truncated-corners square patch antenna directly fed by a probe, the proposed antenna is fed through coupling of a circular patch on the top of the probe. The simulated results verify the circular polarization and show that good VSWR and higher low-elevation gain have been obtained. In the lower band, the obtained impedance bandwidth is 130MHz, or about 8.2% with respect to 1590MHz. In the upper band, the impedance bandwidth is 390MHz, or about 15.7% referenced to 2491MHz. The gain values at 10° low elevation are to be-0.57dB and 1.49dB at two operation frequencies, which are emhanted 1dB and 0.6dB compared with probe directly feeding.Keywords: Stacked microstrip antenna;Impedancebandwidth;Low-elevation gain; Coupling-fed满足要求的圆极化特性下要尽可能的展宽其阻抗带1 引言宽,提高低仰角增益。
基于HFSS的不同形状微带贴片天线的仿真设计
2008年11月吉林师范大学学报(自然科学版) .4第4期Journal of Jilin Normal University (Natural Science Edition)Nov.2008收稿日期:2008 07 27作者简介:张天瑜(1980 ),男,江苏无锡人,现为无锡市广播电视大学机电工程系讲师,江南大学硕士.研究方向:通信、电工电子、控制、小波领域的研究.基于HFSS 的不同形状微带贴片天线的仿真设计张天瑜(无锡市广播电视大学机电工程系,江苏无锡214011)摘 要:微带贴片天线的贴片形状是影响天线性能的重要因素.通过HFSS 软件对矩形微带贴片天线和圆形微带贴片天线进行设计与仿真,比较了两种不同形状贴片天线的尺寸以及各自的S 参数图、方向图和输入阻抗图.仿真结果表明两种微带贴片天线都存在带宽过窄的问题.综合考虑天线的各项性能指标,矩形微带贴片天线要优于圆形微带贴片天线.关键词:微带贴片天线;S 参数;方向图;输入阻抗;HFSS 仿真中图分类号:TN 823 文献标识码:A 文章编号:16743873 (2008)04 0121 051 引言微带贴片天线是一种使用微带贴片作为辐射源的天线,它具有剖面低、体积小、重量轻、可共形、易集成、馈电方式灵活、便于获得线极化和圆极化等优点.目前已在移动通信、卫星通讯、导弹遥测、多普勒雷达等许多领域获得了广泛的应用.其中贴片的形状是影响天线性能的重要因素之一,它直接影响着天线的带宽、频率、增益等指标.在微带贴片天线的设计过程中,由于多项技术指标是互相联系、互相影响的,所以需要对天线的性能指标进行综合考虑,从而来选择符合实际需要的贴片形状[1 5].本文通过Ansoft 公司的HFSS 软件分别对矩形和圆形两种常见的微带贴片天线进行设计和仿真,并对其天线性能进行了比较与分析.2 仿真设计2.1 HFSS 仿真软件的介绍高频结构仿真器(High Frequency Structure Simu lator,HFSS)是一款界面友好、功能完备、采用有限元法的三维全波电磁场仿真软件,可分析仿真任意三维无源结构的高频电磁场,能直接得到特征阻抗、传播常数、S 参数及电磁场、辐射场、天线方向图等结果.它广泛应用于航空、航天、电子、半导体、计算机、通信等多个领域,具有以下特色功能:(1)用户可以通过交互式界面输入高频元件或电路的几何结构、材料类型、端口位置、端口特性阻抗定义线等参数.(2)可以按用户指定的精度计算多端口结构端口处的S 参数.(3)能以电场强度E 和磁场强度H 作为基本物理量,从麦克斯韦(Maxwell)方程出发,求解微波元件中的电场和磁场的分布和各种曲线及图形.(4)可以同时分析多个微波元件,即进行并行处理.(5)能够与频域/时域的电路仿真器Nexxim 和Ansoft Designer 实现动态链接,拥有方便的原理图集成和仿真数据的管理,具备功能强大而高效的电磁场设计流程.2.2 HFSS 仿真设计的过程(1)设定HFSS 软件运行参数,如设定解算类型、是否复制几何图形的边界、是否打开各工具窗口等.(2)打开新的工程,并在工程中插入一个或多个HFSS 设计(insert HFSS design).(3)根据天线设计时的技术指标以及计算所得到的天线参数,如天线的尺寸、材料、激励、边界等,获得仿真天线模型[6].(4)设置仿真天线模型的分析参数,如插入远场设置、解算频率、起始频率、终止频率、扫频模式、扫描次数,并进行校验分析.(5)根据仿真天线模型来获得天线对应的特性图,如S 参数图、方向图、输入阻抗图.2.3 矩形微带贴片天线的设计与仿真设在接地板未开缝的情况下,中心频率f r =2.34G Hz,接地板的尺寸为50mm 50mm,介质板材料为FR4,相对介电常数 r =4.4,介质板的厚度h =1.6mm.矩形微带贴片天线的各参数通过下列公式计算[7]:!121!W<c2f r r+12-1/2c为光速W为贴片的宽度(1)l=0.412h( r+0.3)(W/h+0.264)( r-0.258)(W/h+0.8)l为等效延伸长度(2)L=g2-2 l L为贴片的长度(3)e= r+12+r-121+10hW-1/2e为等效介电常数(4)0=Cf r0为电磁波波长(5)g=0eg为等效电磁波波长(6)设辐射边界的长宽略大于接地板与介质板的长宽,其顶部高于贴片0/4.GND尺寸:L c∀L+0.2g L c为接地板的长度(7)W c∀W+0.2g W c为接地板的宽度(8)建立坐标系,其中X轴代表微带天线的贴片长度,Y轴代表微带天线的贴片宽度,Z轴代表微带天线的贴片高度,则同轴馈线的位置为(!p,0,0).其中!p=2L -L∀arccos5W60(9)矩形微带贴片天线模型的参数设置如下所示:GND(-25,-25,0)d x=50,d y=50,d z=0 rectangle pecSub(-25,-25,0)d x=50,d y=50,d z=1.6 box FR4#epoxyPatch(-12,-8,1.6)d x=24,d y=16,d z=0 rectangle pecCoax(-3.45,0,0)d x=1.15,d y=0,d z=-1.6 cylinder vacuumPort(-3.45,0,-1.6)d x=1.15,d y=0,d z=0 circleCoax#pin(-3.45,0,0)d x=0.5,d y=0,d z=-1.6cylinder pecProbe(-3.45,0,0)d x=0.5,d y=0,d z=1.6 cylinder pecAirbox(-35,-35,30)d x=70,d y=70,d z=-30box vacuum通过计算可得,贴片的宽度W=24mm,贴片的长度L=16mm,由此贴片的面积为S=348mm2.以上是采用背馈式的矩形微带贴片天线[8],利用HFSS软件进行仿真所得的天线模型,如图1(a)所示.2.4 圆形微带贴片天线的设计与仿真为了方便对照,设圆形微带贴片天线与上述的矩形微带贴片天线具有相同的中心频率、介质板材料、相对介电常数及介质板厚度[9].在频率较低时(小于2GHz),圆形微带贴片天线贴片半径的计算公式为:a=1.841c2∀f r r(10)在频率较高时(大于2GHz),圆形微带贴片天线的贴片半径还与介质板的厚度有关,其计算公式为:a e=a[1+2h∀a r(ln∀a2h+1.7726)]2(11)由于使用理论半径所设计出的天线无法满足天线的实际使用性能,所以圆形贴片的实际半径要比理论值大得多,并且需要通过不断调整仿真参数来满足天线的设计要求[10].通过多次调整与仿真,最后获得圆形微带贴片天线模型的参数设置如下: Sub(-23,-23,0)d x=46,d y=46,d z=1.6 box FR4#epoxyGND(-23,-23,0)d x=46,d y=46,d z=0 rectangle pecPatch(0,0,1.6)d x=17.7,d y=0,d z=1.6rect angle pecCoax(-6.9,0,0)d x=0.9246,d y=0,d z=-1.6cylinder vacuumCoax#pin(-6.9,0,0)d x=0.402,d y=0,d z= -1.6cylinder pecProbe(-6.9,0,0)d x=0.402,d y=0,d z=1.6 cylinder pecPort(-6.9,0,-1.6)d x=0.9246,d y=0,d z= -1.6circleCut(-6.9,0,0)d x=0.9246,d y=0,d z=0cir cle通过计算可得:贴片半径a=17.7mm,则贴片的面积为S=983mm2.以上是采用背馈式的圆形微带贴片天线,利用HFSS软件进行仿真所得的天线模型,如图1(b)所示.2.5 两种微带贴片天线的性能比较在矩形微带贴片天线与圆形微带贴片天线仿真模型的基础上,通过HFSS软件设置相关的分析参数,最终获得天线的特性图,包括S参数图,方向图以及输入阻抗图,它们分别如图2、图3和图4所示.S参数是在波端口处电磁波的反射功率与入射功率之比,它和阻抗匹配有关,并且决定着驻波比.S 参数图是描述天线的S参数随频率变化的图形.一般认为S参数小于-10dB时,天线才能正常工作,此时的驻波比大致为2.绝对频带宽度定义为S参! 122 !图1 微带贴片天线的仿真模型数小于-10dB 的频率范围.相对频带宽度定义为绝对带宽与中心频率之比.在图3(a)中,矩形微带贴片天线的中心频率为2.34GHz,上截止频率为2.38GHz,下截止频率为2.30GHz,绝对频带宽度为0.08GHz,相对频带宽度为3.42%,S 参数的最低点为-20.58dB.在图3(b)中,圆形微带贴片天线的中心频率为2.32GHz,这是由于为了获得效果更好的E 面与H 面的空间增益,导致天线的中心频率产生了微小的偏移.其上截止频率为2.36GHz,下截止频率为2.28GHz,绝对频带宽度为0.08GHz,相对频带宽度为3.45%,S 参数的最低点为-39.55dB.方向图是用来表示天线的辐射参量随空间方位变化的图形.E 面和H 面分别反映了天线在XOZ 面和YOZ 面上的增益大小.通过图3(a)和图3(b)的比较可以发现两种不同形状的微带贴片天线的对称性都较好,在Z 轴方向上,两者的辐射强度都达到最大值.其中矩形微带贴片天线的增益为2.069dB,圆形微带贴片天线的增益为1.013dB.由此可得,矩形微带贴片天线的E 面和H 面在Z 轴方向上辐射较强要强于圆形微带贴片天线,其方向性较圆形微带贴片天线更好.天线的输入阻抗是天线馈电端输入电压与输入图2 S参数图图3 方向图!123!图4 输入阻抗图电流的比值[11,12].输入阻抗图是描述天线的输入阻抗随频率变化的图形.当输入阻抗的虚部为零时,如果实部等于50#,则天线与馈线达到阻抗完全匹配,此时S参数可以达到很小.在图4(a)中,当矩形微带贴片天线输入阻抗的虚部为零时,实部为50 14#,并且在虚部接近零时,实部下降比较平滑,所以阻抗匹配很好.在图4(b)中,当圆形微带贴片天线输入阻抗的虚部为零时,实部为50.71#,并且在虚部接近零时,实部下降也比较平滑,所以阻抗匹配略逊色于矩形微带贴片天线.通过对矩形微带贴片天线与圆形微带贴片天线的比较,可以得到以下结论:(1)贴片形状的不同对微带天线的带宽影响不大,两种贴片天线的相对带宽都非常窄,在3.4%左右,这是微带贴片天线的一个重大缺陷.随着双模态滤波、多层缝隙耦合、双极化、半U型开缝等先进技术在扩频方面的不断发展,微带贴片天线的带宽将得到有效的扩展[13 15];(2)在中心频率相同、介质板材料相同、相对介电常数相同、介质板厚度相同的前提下,满足天线设计要求的圆形贴片面积是矩形贴片面积的2.56倍,这样矩形微带贴片天线在尺寸上就更占优势;(3)对比两种贴片天线的方向图可知,矩形微带贴片天线的增益是2.069dB;而圆形微带贴片天线的增益只有1.013dB,矩形微带贴片天线的方向性更具优势;(4)不论是矩形微带贴片天线还是圆形微带贴片天线,其输入阻抗的频率特性都较好,两种天线与馈线都可以很好的达到阻抗匹配[16].3 结语随着EDA技术的飞速发展,HFSS已经成为微带天线设计人员不可缺少的工具.通过HFSS软件的仿真分析,可以直观地看出矩形微带贴片天线与圆形微带贴片各自的优缺点,在一般情况下(具体要求贴片形状的微带天线除外)矩形微带贴片天线相对于圆形微带贴片天线的优势非常明显,无论从贴片的尺寸大小还是增益上,矩形微带贴片天线都应是首选.随着扩频技术的发展,微带贴片天线的应用领域将会变得越来越广.参 考 文 献[1]钟顺时.微带天线理论与应用[M].西安:西安电子科技大学出版社,1991.[2]王扬智,张麟兮,韦 高.基于HFSS新型宽频带微带天线仿真设计[J].系统仿真学报,2007,19(11):2603~2606.[3]Chair R,Ki shk A A,LEE K parative s tudy on the mutual c oupling between different siz ed cylindrical dielectric res onators antennas and circul ar microstrip patch antennas[J].IEEE Trans ac tions on Antennas and Propagation,2005,53(3):1011~1019.[4]Lee S,Woo J,Ryu M,et al.Corrugated ci rcular microstri p patch antennas for miniaturisation[J].Elec tronics Letters,2002,38(6):262~263.[5]M ak C L,Luk K M,Lee K F,et al.Experimental s tudy of a micros trip patch antenna w i th an L shaped probe[J].IEEE Transacti ons on Antennas and Propagation,2000,48(5):777~783.[6]Wang J J,Zhang Y P,Kai M C,et al,Circui t model of micros trip patch antenna on cera mic land grid array package for antenna-chip codesi gn of highl y integrated RF transcei vers[J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation,2005,53(12):3877~3883.[7]王 斌,曲新波,张宏苏.短路针加载矩形微带贴片天线的研究[J].军事通信技术,2006,27(4):58~61.[8]栾秀珍,谭克俊,邰佑诚.小型矩形微带贴片天线的理论分析[J].大连海事大学学报(自然科学版),2002,28(2):66~68.[9]伍 刚,张小平.基于腔模理论对圆形微带天线的研究[J].微计算机信息,2007,23(9):162~163.[10]Verma A K,Nasi muddin.Analysis of ci rcular microstrip patch antenna as an equivalent rectangular micros trip patch antenna on is o/anis otropic thick substrate[J].IEE Proceedings Microwaves,Antennas and Propagati on,2003,150(4):223~229.[11]Jaiss on D.Simple model for computing the input impedance of a rectangular patch antenna with elec tromagnetic coupling[J].IEE Proceedings Microwaves,Antennas and Propagation,2005,152(6):476~480.!124![12]Burum N,Sipus Z.Input impedance and mutual coupling of spherical rec tangular micros trip patch antennas[C].ICECom2003.17th International Conference on Applied Electromagnetics and Communications,2003:209~212.[13]Abunjaileh A I,Hunter I C,Kemp,A H.Applicati on of dual mode fi lter techniques to the broadband matc hing of micros trip patch antennas[J].IET Microwaves,Antennas and Propagation,2007,1(2):273~276.[14]Mati n M A,Sharif B S,Tsi menidi s C C.Dual layer stacked rectangular microstrip patc h antenna for ultra wideband applications[J].IET M icrowaves,Antennas and Propagati on,2007,1(6):1192~1196.[15]Gao S,Li L W,Leong M S,et al.A broad band dual polariz ed microstrip patch antenna with aperture coupling[J].IEEE Transactions on Antennas andPropagati on,2003,51(4):898~900.[16]丁 毅,王光明,苏文然.一种新型单层单贴片宽带圆形微带天线[J].弹箭与制导学报,2007,27(5):274~276.The Simulation Design for Different Patch Shape ofMicrostrip Patch Antenna Based on HFSSZ HANG Tian yu(Department of Mechanical and Electrical Engineeri ng,Wuxi Radio&Televisi on University,Wuxi214011,China)Abstract:The patch shape of microstrip patch antenna is the important factor which affects the performance of antenna. The rectangular microstrip patch antenna and the circular one are designed and simulated with parison has been made between the two different patch antennas,such as the size,S parameters chart,pattern and input impendance chart.The simulation result sho ws that the bandwidth of two microstrip patch antenna is too narrow.By comprehensive consideration of each performance index,the rectangular microchip antenna is better than the circular one.Key words:microstrip patch antenna;S parameters;pattern;input impedance;HFSS simulation(上接第120页)[5]Silva J.B,et al.Preparation of Composites of Nickel Ferri tes Dispersed i n Sillica M atrix[J].J.Magn.Magn.M ater,2001,139:226 230.[6]Yan S.F,et al.Preparation of Ni0.65Zn0.35Cu0.1Fe0.9O4/SiO2Nanocomposites by sol gel Method[J]J.Cryst.Gro wth,2004,262:415 419.[7]孔令兵,等.氧化铁/二氧化硅多孔凝胶玻璃的制备[J].西安交通大学学报,1995,29:23 28.[8]Ennas G,et al.Iron and i ron oxide on silica nanocomposites prepared by the sol gel method[J].J.Mater.Res,2002,17:590 596.[9]Huang X.H,Chen Z.H.A s tudy of nanocrystalline Ni Fe2O4in a silica matri x[J].Materials Research Bulle tin,2005,40:105 113.Influence of Drying Temperature on CoFe2O4/SiO2NanocompositesC HE N Jing yan,QI Hai yan,HE Xiao guang(College of Phys ics,Changchun Normal Uni versity,Changchun130032,China)Abstract:CoFe2O4/SiO2nano composites were prepared by the sol gel method.The influence of drying temperature on the microstructure and crystalline size of CoFe2O4/SiO2nano c omposites were investigated by TG/DTA and XRD.Fur thermore,the influence of the initial drying te mperature on particle size of CoFe2O4suggests that a well established sili ca network provides more restric tion on the growth of CoFe2O4particles.Key words:sol gel method;CoFe2O4/SiO2;drying temperature;grain size!!125。
微带贴片天线圆极化性能仿真分析
本科毕业设计(论文)微带贴片天线圆极化性能仿真分析杨珊燕山大学2011年06月本科毕业设计(论文)微带贴片天线圆极化性能仿真分析学院:信息科学与工程学院专业:电子信息工程学生姓名:杨珊学号:指导教师:邢光龙答辩日期:2011-6-25燕山大学毕业设计(论文)任务书学院:信息科学与工程学院系级教学单位:电子与通信工程系摘要HFSS是一款界面友好、功能完备、采用有限元法的三维全波电磁场仿真软件,对微带贴片天线的设计分析提供很大帮助。
本文主要内容是应用软件HFSS对比分析圆形和矩形微带贴片天线的辐射特性。
首先,本文对微带天线和圆极化的基本概念做了简单的介绍,论述微带天线的结构、馈电方式、辐射机理和微带天线的分析设计方法。
其次,简单列举了HFSS软件的特色功能及典型应用,介绍了HFSS仿真软件的分析方法(有限元数值分析法)和HFSS对天线的仿真设计流程。
最后,详细阐述用HFSS仿真设计圆形和矩形微带贴片天线的情况,并通过参数分析结果图包括S参数图、电压驻波比图、远场区方向图、极化轴比图等对比分析两种贴片天线的辐射特性。
矩形微带贴片天线和圆形微带贴片天线的圆极化设计及分析是本文的重点。
本设计用在辐射贴片上做切角的方法实现天线圆极化的目的。
通过对比分析两种天线的各项辐射特性参数,矩形微带贴片天线要优于圆形微带贴片天线。
关键词微带贴片天线;HFSS仿真;圆极化;辐射特性AbstractHFSS is in a friendly interface, function complete, and the three-dimensional finite element method whole wave electromagnetic field simulation software. It provides much help to the design of microstrip antennas. The main content of this paper is making a comparative analysis of the radiation properties of circular and rectangular microstrip patch antenna by using software HFSS.First, this paper introduces the basic conceptsof microstrip antennas and circularly polarized microstrip antenna. Discussesthe structure ofmicrostrip antenna,feedmethod, the radiationmechanism andmicrostrip antennaanalysis and design methods.Then it simply lists the HFSS software features and typical applications, focusing on theHFSSsimulationsoftwareanalysis(finite elementanalysis)and theHFSSsimulationof the antennadesign process.At last, it details the design with HFSS of the circular and rectangular microstrip patch antennas, and makes a comparative analysis of the radiation properties of the two microstrip patch antennas by result maps including the S parameter map, voltage standing wave ratio graph, far field pattern, polarization axis ratio map.Rectangular microstrip antenna and circular microstrip patch of patch antennas are round polarization design and analysis in this paper is focus. For the purpose of acquiring circular polarization antenna, I make cutting angles on the patch in this design. Through the comparative analysis of radiation parameters of the two antennas, rectangular microstrip patch antenna is better than circular microstrip patch antenna.Keywords Microstrip patch antenna; HFSS simulation; Circularpolarization; Radiation properties目录第1章绪论课题背景天线是无线电通信和探测系统中不可缺少的重要组成部分,它是发射和接收电磁波的一种设备。
微波天线的设计资料(微带天线)(MicrostripAntenna)
实验十三微带天线(Microstrip Antenna)一、实验目的1.了解天线之基本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.熟悉微带天线的理论知识。
2.熟悉天线设计的基本概念及理论知识。
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13-1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)。
图13-1 常见天线(一)天线特性参数1.天线增益(Antenna Gain’G):isotropicPPG=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 / m2Pisotropic——与全向性天线距离R处所接收到的功率密度,Watt / m2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:24RPGP txrec⋅⋅=π其中 G——天线增益P tx——发射功率,Watt / m2R——与天线的距离,m2.天线输入阻抗(Antenna Input Impedance’Zin):IVZin=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。
3.辐射阻抗(Radiation Resistance’Rrad):(a)单极型(c)喇叭型(d)抛物面(e)螺旋型(f)阵列型2i P R av rad =其中Pav ——天线平均辐射功率,Wi ——馈入天线的有效电流,A I ——在馈入点上的射频电流对一半波长天线而言,其辐射阻抗为73Ω。
圆形微带天线毕设论文..
大连海事大学毕业论文二○一三年六月圆形微带天线的仿真设计专业班级:通信工程1班姓名:徐睿指导教师:王钟葆信息科学技术学院摘要微带天线以其体积小、重量轻且容易实现多频段的特点,越来越得到广泛应用,但其带宽较窄,限制了其发展,因此展宽微带天线的带宽具有十分重要的意义。
为了拓宽阻抗带宽,本文通过HFSS仿真软件,对圆形微带天线进行建模研究。
天线采用聚四氟乙烯和空气两层介质,通过同轴探针顶部加载圆形金属电容片来对辐射贴片进行耦合馈电,由此补偿探针引起的电感,调整圆形贴片尺寸、金属电容片尺寸和馈电点位置,来达到谐振点。
并且分析了不同厚度空气层介质对微带天线带宽的影响,分析其规律,最终使天线带宽达到最大。
本文中建模仿真的工作频率为2.45GHz,分析结果表明最终得到带宽达到24%,远超过一般微带天线的2%-5%。
关键字:宽频带;圆形微带天线;电容馈电ABSTRACTMicrostrip antenna is getting widely used because of the characteristics of small volume, light weight, and easily achieving multi-band operation. But the narrow bandwidth totally limited its development, improving the bandwidth of the microstrip antenna has much vital significance.In order to broaden the impedance bandwidth, a study on the circular microstrip antenna based on the HFSS simulation software is performed in this paper. The antenna consists of two layer medium, which are the PTFE and the air, feeding the radiation patch by adding a circular metal capactive patch to the top of coaxial probe, so this could cancel out the inductance caused by probe. By adjusting the size of the radiation patch and capacitive patch, and the position of the feed point, the resonance point can be achieved. The analysis of the effect of different thickness of the air layer on the bandwidth of microstrip antenna is performed to find the maximum bandwidth.The operation frequency of the designed antenna in this paper is 2.45GHz, the results show that the bandwidth of 24%, far more than 5% of the traditional microstrip antenna.Keywords:Broadband; Circular microstrip antenna; Capactive fed目录第1章绪论 (1)1.1 概述 (1)1.1.1国内外研究动态 (2)1.1.2.研究目的和意义 (2)1.2 本章小结 (2)第2章微带天线的基本理论 (3)2.1 概述 (3)2.2 微带天线的分析方法 (3)2.2.1 传输线法 (4)2.2.2 空腔模型 (5)2.2.3 其它方法 (6)2.3 微带天线的馈电方法 (6)2.3.1 微带线馈电 (6)2.3.2 同轴线馈电 (6)2.3.3 电磁耦合馈电 (7)2.4微带天线频带展宽的方法 (7)2.4.1采用厚基板 (7)2.4.2采用相对介电常数较小或损耗角正切较大的基板 (7)2.4.3附加阻抗匹配网络 (8)2.4.4采用楔形或阶梯形签板 (8)2.4.5采用非线性基板材料 (8)2.4.6采用非线性调整元件 (8)2.4.7采用在贴片或接地板“开窗”的办法 (9)2.5空气介质对天线影响 (9)2.6 本章小结 (9)第3章软件模型构建 (11)3.1 HFSS简介 (11)3.2模型建立 (11)3.2.1分步建模 (11)3.2.2模型效果图 (13)3.3 分析设置 (14)3.4本章小结 (15)第4章 (16)4.1微带天线的理论分析 (16)4.2 仿真分析 (16)4.2.1. S参数图 (16)4.2.2 Z参数图 (18)4.2.3 电压驻波比和方向图 (19)4.3比较不同空气层厚度 (21)4.3.1 空气层厚度8mm (21)4.3.2 空气层厚度10mm (23)4.3.3 空气层厚度12mm (25)4.3.4 比较分析 (27)4.4 本章小结 (28)结论 (29)参考文献 (30)致谢 (32)圆形微带天线的仿真设计第1章绪论1.1 概述微带天线是20世纪70年代出现的一种新型天线形式。
侧馈微带天线的研究与设计
侧馈微带天线的研究与设计[摘要] 近年来,随着无线通信产业的蓬勃发展,诸如手机、WLAN无线网卡、射频识别(RFID)、蓝牙和全球卫星定位系统(GPS)等产品都需要使用天线来发射和接收无线电信号。
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兹。
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。
设计这种天线首先要保证它的谐振频率不能发生偏离。
本文给出了侧馈微带天线详细的设计流程,首先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软件里建模仿真,根据仿真结果反复调整天线的尺寸,直到中心频率不偏离。
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,本文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。
由驻波比仿真结果,可以看出在438MHz-450MHz频率范围内,驻波比VSWR<2.5,符合设计要求。
[关键词]:矩形微带天线驻波比增益 HFSSResearch and design of side-fed microstrip antennaAuthor: Wang Yongchao(Grade 09,Class 1,Major of Electronic and Information Engineering,School of Physics and Telecommunication Engineering,Shaanxi University of Technology,Hanzhong 723003,Shaanxi)Tutor:Jia JiankeAbstract:In recent years, with the rapid development of wireless communication industry, such as mobile phones, wlan wireless LAN, radio frequency identification (RFID), Bluetooth and satellite global positioning system (GPS) and other products require the use of antennas to transmit and receive radio signals. Microstrip antennas are generally used in the 1 ~ 50GHz frequency range, the antenna can also be used for special tens of MHz.Microstrip antennas are caused wide related field with its small volume, light weight, low profile, and other unique advantages. If the antenna is designed,First design of the antenna must ensure that its resonance frequency can not be deviated. The details of the design process are given in this paper, According to preliminary theoretical empirical formula to calculate the dimensions of a rectangular microstrip antenna, and then modeling and simulation in HFSS software, according to the simulation results to adjust the size of the antenna again and again, until the center frequency does not deviate. inherent flaws of microstrip antenna is narrow bandwidth, the narrow bandwidth influence by size, when does not change the premise of the center frequency of the antenna,through a combination of empirical formula theoretical and simulation software, the reasonable size of microstrip antenna is given. Simulation results from the VSWR, as can be seen in the 438MHz-450MHz frequency range, the standing wave VSWR less than 2.5, comply with the design requirements.Keywords:rectangular microstrip antenna standing wave ratio the gain HFSS目录1 绪论 (1)1.1 课题研究背景及意义 (1)1.2 微带天线的定义及分类 (1)1.3 微带天线的性能 (1)1.4 微带天线的应用 (2)1.5 微带天线发展方向 (2)2 微带天线理论 (3)2.1 微带天线的分析方法概述 (3)2.1.1传输线模型法 (3)2.1.2有限元法 (4)2.1.3其他分析方法 (5)2.2 展宽微带天线频带和提高增益的主要方法 (5)2.2.1展宽微带天线频带的方法 (5)2.2.2提高增益技术 (6)3 矩形微带贴片天线 (7)3.1 结构和设计要求 (7)3.2 矩形微带贴片天线的辐射原理 (8)3.3 矩形微带天线的馈电方法 (8)3.3.1微带线馈电 (8)3.3.2同轴线馈电 (9)3.4 确定矩形微带天线尺寸 (9)3.4.1确定介质板 (9)3.4.2确定辐射片宽度W (10)3.4.3确定辐射片长度L (10)3.4.4基板尺寸的确定 (10)3.5 电参数 (10)3.5.1输入阻抗 (10)3.5.2驻波比 (11)3.5.3方向图 (11)3.5.4带宽 (11)4 444 MHZ矩形微带天线设计及仿真 (12)4.1 设计要求 (12)4.2 理论分析 (12)4.3 阻抗匹配的定义及意义 (12)4.4 阻抗匹配原理 (13)4.5 侧馈下天线阻抗匹配方法 (13)4.6 A NSOFT仿真 (13)4.6.1 HFSS仿真软件的介绍 (13)4.6.2 HFSS软件仿真流程图 (14)4.6.3 HFSS仿真设计 (14)4.6.4 矩形微带贴片天线的性能参数的仿真结果 (17)4.6.5 设计结论 (19)5 总结与展望 (20)参考文献 (21)致谢 (22)附录A:外文文献 (23)附录B:外文翻译 (28)1绪论1.1课题研究背景及意义早在1953年就有人提出了微带辐射器的概念,但是直到七十年代初期才首次研制成实际的微带天线。
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太原理工大学微波技术与天线课程设计设计题目:微带天线仿真设计学生姓名学号专业班级指导教师太原理工大学现代科技学院课程设计任务书注:课程设计完成后,学生提交的归档文件应按,封面—任务书—说明书—图纸的顺序进行装订上交(大张图纸不必装订)指导教师签名: 日期:专业班级学生姓名课程名称 微波技术与天线课程设计设计名称微波器件或天线设计设计周数1.5周指导教师设计 任务 主要 设计 参数1 熟悉HFSS 仿真平台的使用2 熟悉微带天线的工作原理与设计方法3 在HFSS 平台上完成如下仿真设计 题目一:三角形微带天线设计(同轴馈),900MHz ,1800MHz /2.4GHz , 4GHz /2.4GHz ,5.8GHz学号为1、6完成此题题目二:三角形微带天线设计(侧馈),900MHz ,1800MHz /2.4GHz , 4GHz /2.4GHz ,5.8GHz学号为2、7完成此题题目三:圆形微带天线设计(同轴馈),900MHz ,1800MHz /2.6GHz , 4GHz /2.4GHz ,5.8GHz学号为3、8完成此题题目四:圆形微带天线设计(侧馈),900MHz ,1800MHz /2.6GHz , 4GHz /2.4GHz ,5.8GHz学号为4、9完成此题 题目五:半波偶极子天线设计,900MHz ,1800MHz /2.6GHz , 4GHz /2.4GHz ,5.8GHz 学号为5、0完成此题4 结合同组其他同学的设计结果完成对于结构参数与性能之间关系的探讨5 在1.5周内完成设计任务设计内容 设计要求1、 6. 5:分组、任务分配、任务理解2、 6. 6:查阅参考资料,理论上熟悉所设计的器件的工作原理与特性,完成方案的设计3、 6. 7~6.9:熟悉仿真平台的使用,完成在平台上的建模,设置,结果提取与分析,以及验收。
4、 6. 12:同组同学结果汇总及讨论5、 6.13~6.14:设计说明书的撰写在设计过程中,作为设计小组成员,每位同学要具有团队意识和合作精神,并最终独立完成自己的设计任务。
主要参考 资 料刘学观,微波技术与天线,西安电子科技大学电出版社,2008 李明洋,HFSS 应用设计详解,人民邮电出版社,2010 学生提交 归档文件1、相关知识及基本原理2、参数归纳:材质、尺寸3、软件仿真过程及结果分析4、设计总结专业班级 学号 姓名 成绩一、设计题目微带天线仿真设计(圆形侧馈)二、设计目的1.理解和掌握微带天线的设计原理2.选定微带天线的参数:工作频率、介质基片厚度、贴片模型及馈电点位置。
3.创建工程并根据设计尺寸参数指标绘制微带天线HFSS 模型。
4.保存工程后设定边界条件、求解扫描频率,生成S 参数曲线和方向图。
5.观察对比不同尺寸参数的微带天线的仿真结果,并分析它们对性能的影响。
三、设计原理矩形贴片是微带贴片天线最基本的模型,本设计就是基于微带贴片天线基础理论以及熟练掌握HFSS10仿真软件基础上,设计一个右手圆极化矩形贴片天线,其工作频率为2.45GHz ,分析其远区辐射场特性以及S 曲线。
矩形贴片天线示意图四、贴片天线仿真步骤1、建立新的工程运行HFSS ,点击菜单栏中的Project>Insert HFSS Dessign ,建立一个新的工程。
2、设置求解类型(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. 设置模型单位将创建模型中的单位设置为毫米。
(1)在菜单栏中点击3D Modeler>Units 。
……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………(2)设置模型单位:(a )在设置单位窗口中选择:mm 。
(b )点击OK 按钮。
4、创建微带天线模型(1)创建地板GroundPlane 。
在菜单栏中点击Draw>Rectangle,创建矩形模型。
在坐标输入栏中输入起始点的坐标:X :-45,Y :-45,Z :0按回车键。
在坐标输入栏中输入长、宽:dX :90,dY :90,dZ :0按回车键。
在特性(Property )窗口中选择Attribute 标签,将该名字修改为GroundPlane 。
(2)为GroundPlane 设置理想金属边界。
在菜单栏中点击Edit>Select>By Name 。
在对话框中选择GroundPlane ,点击OK 确认。
在菜单栏中点击HFSS>Boundaries>Assign>Perfect E 。
在理想边界设置窗口中,将理想边界命名为PerfE_Ground ,点击OK 确认。
在3D 模型窗口中将3D 模型以合适的大小显示(可以用Ctrl+D 来操作)。
(3)建立介质基片。
在菜单栏中点击Draw>Box 或者在工具栏中点击按钮,创建长方体模型。
在右下角的坐标输入栏中输入长方体的起始点位置坐标:X: -22.5,Y :-22.5,Z :0。
按回车键结束输入。
输入各坐标时,可用Tab 键来切换。
输入长方体X 、Y 、Z 三个方向的尺寸:dX :45,dY :45,dZ :5按回车键结束输入。
在特性(Property )窗口中选择Attribute 标签,将该名字修改为Substrate 。
点击Material 选项后面的按钮,将材料设置为Rogers R04003。
点击Color 后面的Edit 按钮,将颜色设置为绿色,点击OK 确认。
(4)建立贴片Patch 。
在介质基片上创建贴片天线。
在菜单栏中点击Draw>Rectangle,创建矩形模型。
在坐标输入栏中输入起始点的坐标:X :-16,Y :-16,Z :5按回车键。
在坐标输入栏中输入长、宽:dX :32,dY :32,dZ :0按回车键。
在特性(Property )窗口中选择Attribute 标签,将该名字修改为Patch 。
点击Corlor 后面的Edit 按钮,将颜色设置为黄色,点击OK 确认。
(5)为Patch 设置理想金属边界。
在菜单栏中点击Edit>Select>By Name 。
在对话框中选择Patch ,点击OK 确认。
在菜单栏中点击HFSS>Boundaries>Assign>Perfect E 。
在理想边界设置窗口中,将理想边界命名为PerfE_Patch ,点击OK 确认。
(6)创建切角。
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。
在菜单栏中点击Draw>Line 。
在坐标输入栏中输入点的坐标:X :0,Y :0,Z :5按回车键。
在坐标输入栏输入点的坐标:X :-16,Y :0,Z :5按回车键。
在坐标输入栏中输入点的坐标:X :0,Y :32,Z :5按回车键。
在坐标输入栏中输入点的坐标:X :0,Y :0,Z :5按回车键。
在特性(Porperty )窗口中选择Attribute 标签,将名字修改为Cut 。
在菜单栏点击Edit>Select>By Name 。
在对话窗口中选择Cut ,点击OK 按钮。
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。
按回车键。
在坐标输入栏输入坐标:dX :16,dY :-16,dZ :0。
按回车键。
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Y 轴,旋转角度为180 deg ,点击确认键。
将切角的名字改为Cut_1。
在菜单栏点击Edit>Select>By Name 。
在对话窗口中选择Cut_1 ,点击OK 按钮。
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; dX=0, dY=0, dZ=5; 按回车键。
(7)用Patch 将切角减去。
在菜单栏中点击Edit>Select>By Name,在弹出的窗口中利用Ctrl 键选择Patch 、Cut 和Cut_1。
在菜单栏中点击3D Modelean >Boolean>Subtract,在Subtract 窗口中做一下设置:Blank Parts :Patch ;Tool Parts :Cut ,Cut_1;Clone tool object before subtract 复选框不选。
点击OK 按……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………钮结束设置。
这样三角形贴片就建成了。
(8)创建探针Pin 。
在菜单栏中点击Draw>Cylinder 。
在坐标输入栏中输入圆柱中心点的坐标:X :0,Y :8,Z :0按回车键。
在坐标输入栏中输入圆柱半径:dX :0, dY :0.5,dZ :0按回车键。
在坐标栏中输入圆柱的高度:dX :0,dY :0,dZ :5;按回车键结束输入。
在特性(Porperty )窗口中选择Attributr 标签,将该圆柱的名字修改为Pin 。
点击Material 后面的按钮,将材料设置为pec 。
利用快捷键Ctrl+D 将模型调整至合适大小。
(9)创建端口面Port 。
在菜单键中点击Draw>Circle 。
在坐标输入栏中输入圆心点的坐标:X :0,Y :8,Z :0按回车键。
在坐标输入栏输入半径:dX :0,dY :1.5,dZ :0按回车键。
在特性(Property )窗口中选择Attribute 标签,将名字修改为Port 。
(10)用GroundPlane 将Port 减去。
在菜单栏中点击Eidt>Select>By Name,在弹出的窗口中利用Ctrl 键选择GroundPlane 和Port 。
在菜单栏中点击3D Modeler>Boolean >Subtract ,在Subtract 窗口中做以下设置:Blank Parts :GroundPlane ;Tool Parts :Port ;选中Clone tool objects before subtract 复选框。
点击OK 按钮结束设置。
5、创建辐射边界创建Air ,在菜单栏中点击Draw>Box,创建长方体模型。
在右下角的坐标输入栏中输入长方体的起始点位置坐标:X :-80,Y :-80,Z :-35;按回车键结束输入。