AnsoftHFSS设计圆极化微带天线阵
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。
用HFSS对宽波束圆极化天线的设计
- 122 - Ansoft2004年用户通讯用HFSS 对宽波束圆极化天线的设计房丽丽 应子罡 吕昕（北京理工大学 信息科学技术学院100081）摘要：本文用HFSS 设计了一种新型的螺旋天线结构，将角锥螺旋与四臂螺旋的结构巧妙的结合起来，并采用了自相移结构及渐进式的平衡馈电，经HFSS 对其辐射特性进行分析以及实测结果，都说明该种天线在实现宽波束圆极化的同时，展宽了频带，且结构简单。
关键词：圆极化 HFSS 螺旋天线一 引言星上测量装置及其他空间通讯设备上，需要天线具有宽波束、圆极化的性能，圆锥螺旋天线、谐振式四臂螺旋天线和微带天线都可以形成半球形的圆极化方向图。
但是考虑到天线装载在太空中，要受到高能粒子、宇宙射线的影响，以及大的温度交变，如果用微带天线的话介质层可能变脆剥落。
另外，微带天线不容易实现高的增益。
相比较下，螺旋天线不仅可以实现宽波束圆极化，还具有体积小、重量轻、结构稳定的优点，引起广泛的重视和应用。
我们这里提出了一种新型的螺旋结构，将圆锥螺旋天线与四臂螺旋天线结合起来，采用自相移实现90°相位差，采用渐变式的平衡馈电。
经过HFSS 仿真分析和实际测试，都说明该天线在实现宽波束圆极化的同时，展宽了频带，结构简单紧凑。
二 螺旋天线的结构1. 辐射部分角锥螺旋天线有单螺旋、双臂螺旋等形式，这里我们采用单臂螺旋角锥螺旋天线，可以表示为ϕρρb +=0 （1）其中，ρ为圆锥顶点到螺旋线任一点的距离，ρ0为圆锥顶点到螺旋线起点的距离，b 为常数，由圆锥的锥角和螺旋线的包角决定。
谐振式四臂螺旋部分由四根螺旋臂组成，每根螺旋臂到馈电点的长度为M λ／4(M 为整数)．四根螺旋臂馈电端电流相等，相位两两相差90º；非馈电端开路(M 为奇数时)或短路(M 为偶数时)。
我们将角锥螺旋与四臂螺旋的结构结合起来。
其中，四臂螺旋的相位差通过同轴馈线末端开四个槽，分成四部分，每部分的末端与四臂螺旋的臂相连。
基于HFSS的圆极化微带天线分析与设计
基于HFSS的圆极化微带天线分析与设计作者：吴峻岩陶琴于家傲来源：《科技信息·上旬刊》2018年第06期摘要：随着时代的发展，圆极化微带天线的应用范围逐渐扩大，其在实际应用中具有成本低、集成性高以及重量轻等特点。
基于此，本文将在HFSS的基础上，分析圆极化微带天线，并研究基于HFSS的圆极化微带天线设计方法，其中主要包括圆极化微带天线的应用性质、圆极化微带天线中馈电网络的选择、圆极化微带天线中的抗干扰算法以及圆极化微带天线的性能指标设计。
关键词：HFSS软件；圆极化微带天线；馈电网络前言：随着时代的发展，圆极化微带天线中的应用技术也越来越成熟，圆极化微带天线在实际应用的过程中能够提升接收效率以及信息传播速度，与传统天线相比具有较高的应用效率。
加上圆极化微带天线还能够在电离层的过程中产生法拉第螺旋效应，提升了圆极化微带天线的应用质量。
本文在研究圆极化微带天线的过程中，将会在HFSS的基础上对其展开研究设计，最终达到提升圆极化微带天线设计质量的目的。
一、HFSS的基础上的圆极化微带天线HFSS是一种辅助软件，在设计圆极化微带天线的过程中，能够帮助设计人员对其中的数据参数展开分析，提升最终圆极化微带天线的设计质量。
在此过程中还可以利用HFSS软件对圆极化微带天线中的影响因素展开分析，避免在实际圆极化微带天线设计中出现设计问题，在此基础上制定出最优设计方案。
由此可以看出，利用HFSS对圆极化微带天线展开设计，能够在降低圆极化微带天线设计难度的同时，提升最终圆极化微带天线的设计质量。
微天线最早出现在1953年，将辐射贴片贴在不同的介质基板中，其中介质基本的厚度小于微电天线的波长，微带天线在实际应用过程中具有性能高、外形小以及设计简单等优点，被广泛应用在卫星导航系统以及无线通信中。
例如，在卫星导航系统应用的过程中，可以根据单馈圆偏振发原理，保证微带天线中L/S波段双频导航天线的应用质量，进而提升系统短消息的通信功能以及定位功能。
应用HFSS设计一种双频段GPS微带天线
应用 HFSS 设计一种双频段 GPS 微带天线彭祥飞，钟顺时（上海大学通信与信息工程学院，上海 200072）摘要：本文应用Ansoft 公司的HFSS 软件仿真设计一种双频段GPS 微带天线。
此天线由不同介电常数的 微波陶瓷基片组成,双层正方形切角的微带贴片通过单个探针馈电。
文中给出了天线的详细设计及实验结 果，仿真结果和实验结果很好的吻合,结果说明HFSS 软件的高效性和准确性。
关键词： Ansoft HFSS ； 微带天线；全球定位系统；双频段；圆极化；1前言Ansoft 公司 HFSS 仿真器提供了一种采用有限元法对三维高频结构电磁特性进行仿真计算的工具。
该软件具有很高的 计算精度,已经成为天线与微波电路设计方面的有力工具。
本文采用 Ansoft 公司的 HFSS 模块设计出一种双频段 GPS 微带 天线。
近年来微带天线由于它的尺寸小、成本低、易实现圆极化等优点在全球定位系统（GPS ）应用中独占鳌头。
大部分的 GPS 仅工作在L 1 频率，常用的GPS 微带天线加工在高 ∑ r 的厚陶瓷基片上 [1]，这样的天线低仰角性能好和带宽足够宽，具有 良好的广角圆极化。
但为了满足GPS 的一些特殊应用，如高精度的一体化检测或差分基准系统 [ 2 ]，GPS 天线必须在L 1/L 2 两 个频率(L 1：1575 MHz, L 2:1227 MHz )上实现圆极化。
如果用单馈电点实现双频圆极化，可以用两种微带天线结构：一种使 用单块贴片 [3, 4] , 其两圆极化工作频率比大约是 1.5 倍或更大些；另一种使用双层贴片 [5 7 ]，两圆极化频率比小于 1.5 倍。
本 设计中，L 1 和L 2 的频率比为 1.28 倍，小于 1.5 倍，所以用双层贴片设计能满足GPS 天线L 1/L 2 两个频率的要求。
但是绝大 多数文献[5~7]报道的双层贴片天线都加工在同一介电常数的两块基片上,基片中间引入空气层（可采用泡沫材料来支撑上 层），这样既增大了尺寸，又不便于加工。
宽带圆极化微带天线设计
宽带圆极化微带天线设计关键词：微带天线，X波段，设计，分析，HFSS，仿真目录1 绪论 (1)1.1 本课题研究背景 (1)1.2 微带天线的发展 (1)1.3 微带天线的优缺点 (2)1.4 本课题研究内容 (3)2 微带天线基本概念及原理 (5)2.1 天线的基本概念 (5)2.2 天线的辐射原理 (6)2.3 天线的基本参数 (6)2.3.1 天线的极化 (7)2.3.2 天线方向图的概念 (7)2.3.3 天线输入阻抗的计算方式 (8)2.3.4 天线的谐振频率与工作频带宽带 (8)2.3.5 天线的驻波比 (9)2.4 微带天线的简介 (10)2.4.1 微带天线的结构与分类 (10)2.4.2 微带天线的辐射机理 (10)2.4.3 微带天线的形状 (11)2.5 微带天线的分析方法 (11)2.5.1 传输线模型法 (11)2.5.2 空腔模型法 (13)2.5.3 积分方程法 (13)2.6 微带天线的馈电方法 (14)2.7 微带天线圆极化技术 (15)2.7.1 圆极化天线的原理 (15)2.7.2 圆极化实现技术 (16)3 宽带异形贴片微带天线设计 (21)3.1 微带天线的仿真 (21)3.2 Ansoft HFSS高频仿真软件的介绍 (21)3.3 HFSS对具体实例的仿真 (21)3.3.1 选取微带天线模型 (21)3.3.2 微带天线的仿真优化 (23)4 双点馈电圆形圆极化微带天线设计 (35)4.1 HFSS对圆极化微带天线的仿真 (35)4.1.1 选取圆极化微带天线模型 (35)4.1.2 圆形圆极化微带天线的仿真优化 (35)5 总结结论及展望 (41)参考文献 (42)1 绪论1.1 本课题研究背景天线作为电磁波的发射和接收装置，在无线通信和雷达系统中有着不可替代的作用。
自19 世纪初首次在跨越大西洋的无线通信使用天线以来，无数科学家投身到了天线的研究当中。
Ansoft HFSS在天线设计中的应用
微波电路 � � � � � 滤波器－腔体滤波器、微带滤波器、介质滤波器 电磁兼容（EMC）/电磁干涉（EMI）－电磁屏蔽、耦合、近/远场辐射 连接器－同轴、SFP/XFP、底板、转换器 波导－滤波器、谐振器、转换器、耦合器 半导体/GAAs－螺旋导体、变压器
�
信号完整性/调整数字电路 � � � � 封装－BGA、QFP、flip-chip PCB 板－功率/地板、网格地板、底板 连接器－SFP/XFP、VHDM、GBX、NexLev、同轴 转换器－Differential/Single-ended 过孔
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Maxwell 方程有积分和差分两种形式，因此也各有算法相对应。矩量法（ MOM ）是求 解积分方程的一种算法， 它通过求得散射体上的电流从而推出整个空间的场， 因此它只需在 散射体上划分网格。而时域有限差分法（FDTD）和有限元是求解差分方程的算法。它们直 接求解整个空间的场从而得到整个空间的场。直接求解整个空间的场？Are you crazy?好吧， 我承认求解整个空间的场是不可能的， 但不代表这种算法只存在于想像中。 总有聪明的人想 出聪明的办法来，他们人为的在散射体周围放置一种吸收边界，类似于暗室的吸波材料， 来 波入射到上面就被吸收， 因此不会有反射干扰到吸收边界之内的场， 由求得的近场则可以推 得整个空间的场。 还有一个分支是图上没有表达出来的，那就是时域、频域之分。时域有限差分法顾名思 义是时域算法，与之类似的还有 CST 采用的有限积分法。而矩量法和有限元法则属于频域 算法。至于具体的原理就不多说了，我们只要知道时域算法适用于宽频带，而频域算法适用 于窄频带就好。 另外， 我们还要知道为什么这几种算法为什么称为低频算法。 称为低频算法并不意味只 能计算很低的频率。 这主要是因为这种算法假设工作波长远远大于结构体的尺寸， 所以在对 结构离散化的时候就不能忽略细节问题，是一种严格的分析方法。而与之对应的高频算法， 则是假设工作波长远远小于结构体的尺寸， 这样就可以在计算的时候做一些近似。 比如一个 球面上的散射问题，由于有上面的假设，则可以把球面的某个区域等效为一个平面来求解。 既然是讲 HFSS 的，那我们还是主要来了解一下有限元这种算法的几个主要术语吧。 � � FEM－finite element method 有限元; Element － 单 元 指 有 限 元 法 中 对 整 体 问 题 细 分 后 的 小 个 体 。 HFSS 中 采 用”tetrahedral”（四面体）elements; � Meshing－网格剖分，即对求解空间细分、然后定义所有四面体单元顶点位置的过 程。我们必须给予 HFSS 的自适应网格剖分技术充分的肯定。我认为在电磁仿真软 件中最重要的不是算法，而是网格剖分。模型易建，算法成熟，直接决定最后的计 算精度的是网格对模型离散化的效果。可以把网格看作模型和算法之间的桥梁， 它 使算法得以实用化，而不是只存在于文献中的大量让人头痛的公式。HFSS 初始网 格（将几何子分为四面体单元）的产生是以几何结构形状为基础的，利用初始网格 可以快速解计算并提供场解信息， 以区分出高场强或大梯度的场分布区域。 然后只 在需要的区域将网格加密细化，其迭代法求解技术节省计算资源并获得最大精确
一种以利用Ansoft HFSS软件对天线性能进行分析的圆极化微带天线的设计
一种以利用Ansoft HFSS软件对天线性能进行分析的
圆极化微带天线的设计
0 引言
微带天线由于独特的结构和多样化的性能，在各种无线电设备上得到了广泛的应用。
和常用的微波天线相比，微带天线具有体积小、重量轻、低剖面、能与载体（如飞行器）共形等优点。
其中圆极化微带天线，由于它能够接收任意极化的来波，并且其产生的圆极化辐射波可以被任意极化的天线所接收，从而越来越受到人们的关注。
用微带天线产生圆极化辐射波的关键是产生两个极化方向正交的、幅度相等的、相位相差90°的线极化波。
本文研究了一种中心开槽的圆极化缝隙微带天线，并用Ansoft HFSS软件对天线性能进行分析，设计了一种超高频圆极化微带天线。
1 天线理论分析与设计
1．1 圆极化理论
根据腔模理论可知，一个形状规则的单片微带天线由一点馈电可产生极化。
(完整版)HFSS天线设计实例
HFSS 天线设计实例这是一种采用同轴线馈电的圆极化微带天线切角实现圆极化设计目标!（具体参数可能不精确，望大家谅解）主要讲解HFSS操作步骤!GPS微带天线:介质板:厚度:2mm,介电常数：2。
2，大小:100mm*100mm工作频率：1.59GHz，圆极化（左旋还是右旋这里不讲了哈),天线辐射在上半平面覆盖！50欧同轴线馈电，1、计算参数首先根据经验公式计算出天线的基本参数，便于下一步建立模型。
贴片单元长度、宽度(正方形贴片长宽相等)、馈电点位置，分离单元长度.下表是经HFSS分析后选择的一组参数：2、建立模型首先画出基板50mm*50mm*2mm 的基板起名为substrate介电常数设置为如图2。
2的,可以调整color颜色和transparent透明度便于观察按Ctrl+D可以快速的使模型全可见！按住Ctrl+Alt键,拖动鼠标可以使3D模型自由旋转同理，我们画贴片：1、在基板上画出边长65mm(假设用公式算出的是这么多）的正方形2、起名为patch，颜色选绿色,透明度设为0。
5画切角是比较麻烦的1、用画线条工具,画三线段,坐标分别是0。
5.0, 5。
0。
0, 0.0。
02、移动三角形，选中polyline1，选菜旦里edit\Arrange\move，先确定坐标原点或任一点为基准点，将三角形移动到左上角和贴片边沿齐平.3、复制三角形，选中polyline1，选菜单里edit\arrange\duplicate\around axis，相对坐标轴复制，角度换成180，然后在右下角就出现了相对称的另一个三角形.4、从patch上切掉对角上的分离单元polyline1和polyline1_1：选中patch、polyline1和polyline1_1，选菜单里3D modeler\Boolean\Subtract把polyline1和polyline1_1从patch上切掉最后剩下先在介质板底面画一个100mm＊100mm的正方形作为导电地板。
L波段圆极化弹载共形微带天线阵列的设计
1.引言在实际应用中,考虑到空气动力学以及需要减小阵列天线的雷达散射截面等方面的要求,常常要求阵列天线与某些形状的载体共形,例如飞机、导弹等运动平台。
在实际应用中,经常需要实现宽角域的阵列覆盖,而采用直线阵或平面阵往往难以实现以上角域覆盖的要求,常常需要将阵列共形安装在一个固定形状的表面上,从而形成非平面的共形天线阵[1,2,3,4]。
非平面共形阵的结构形式与直线阵和平面阵相比较复杂,对非平面阵的分析与综合通常也不同与直线阵和平面阵。
在对非平面阵的分析与综合时要注意以下几点。
首先,由于阵列单元的位置不在同一平面上,且平面间距通常并不相等,阵列因子与单元方向图无法分离,而阵因子往往也不是一个简单的多项式,因而对非平面阵的方向图的分析综合通常是复杂的。
其次,曲面上各单元的方向图可能各不相同,甚至可能产生严重畸变,导致较高的副瓣和较差的扫描特性。
第三,由互相不平行的表面上的阵列单元产生的辐射极化通常是不一致的,而这将引起严重的交叉极化。
2.圆环阵理论基础由于圆形阵列[5,6]的诸多优点,在基站天线、无线电测向、雷达、导航等设备中得到了广泛的应用。
最简单的圆阵是单层圆阵,其结构如图1所示。
则该阵列的场强方向函数为E n (r,θ,φ)=Nn =1!a n e-jkR nR n(3-28)式中,R n 为第n 个单元到观察点的距离R n =(r 2+a 2-2racos φ)1/2(3-29)在r>>a 的情况下R n ≈r-acosn φn =r-asin θcos(φ-φn )(3-30)其中,φn 为第n 个单元在水平面上的位置。
图1N 单元阵结构在远场条件下1/R n =1/r(3-31)因此,式(3-28)可简化为E n (r,θ,φ)=e -jkrr Nn =1!a n e+jkasin θcos (φ-φn )(3-32)又因为第n 个点源的电流可记为=I j α(333)于是,式(3-32)可进一步简化为E n (r,θ,φ)=e-jkrrAF(θ,φ)(3-34)AF(θ,φ)=N n =1!I n ej kasin θcos(φ-φn)+α#$n(3-35)3.天线单元设计图2天线单元结构示意图采用介电常数εr=2.65,介质板厚h=1m m,设计天线单元[7,8],结构尺寸如图2所示,a=57.5mm,b=57.9m m,L 1=6.8mm,L 2=17.8mm,L3=5.8m m,L 4=47.3m m,应用Anso ft HFS S 软件进行仿真,如图3所示,天线的阵中方向图与平面微带天线的方向图比较,可知,微带天线共形后,天线的增益下降,主波瓣变化很小,但后瓣电平增大。
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。
运用Ansoft HFSS设计圆极化微带天线阵
运用ＡｎｓｏｆｔＨＦＳＳ设计圆极化微带天线阵作者：魏宏亮段文涛李思敏来源：《现代电子技术》2008年第01期摘要：介绍了一种工作频率为243 GHz的圆极化四单元矩形微带天线阵的设计方法。
通过对天线单元采用正交馈电激励起两个极化方向正交的、幅度相等的、相位相差90°的线极化波从而使天线单元获得圆极化波。
在利用圆极化条件确定天线尺寸基础上，借助Ansoft HFSS仿真软件对天线进行了仿真,仿真结果和实验结果基本一致。
关键词：圆极化;微带天线阵;正交馈电;回波损耗中图分类号： TN82 文献标识码：B文章编号：1004373X(2008)0107102Design of Circular Polarization Microstrip Antenna Array Using Ansoft HFSSWEI Hongliang1,DUAN Wentao1,LI Simin2(1.School of Information and Communication,Guilin University of ElectronicTechnology,Guilin,541004,China;2.Office of University Presidents, Guilin University of ElectronicTechnology,Guilin,541004,China)Abstract：A four element of circular polarization microstrip antenna array is designed,whose operating frequency is 243 GHz.The circular polarization wave can be obtained through orthogonal feed to the antenna element.It then excites two linear polarization waves that orthogonal in direction of polarization,the two linear polarization waves have the same amplitude and phase difference 90°.On the basis of circular polarization and antenna dimension,the antenna performance can besimulated with the Ansoft pared with the simulation to the experimental result,the result data is good.Keywords：circular polarization;microstrip antenna array;orthogonal feed;return loss1 引言微带天线具有结构简单、易于制作、成本低、体积小、重量轻、低剖面等特点，在卫星通信、雷达、生物医学辐射器、射频识别等领域得到了广泛的应用[1]。
圆极化微带天线的设计与应用毕业设计[管理资料]
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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。
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。
实验五.微带贴片天线的设计与仿真
实验五微带贴片天线的设计与仿真姓名：曾华兆班级：通信162班学号：6110116078 实验类型：设计实验日期：2019.6.1一．实验目的(1) 学习微带贴片天线的设计方法；(2) 掌握微带贴片结构的特性、反射系数等参数；(3)理解微带贴片天线的远区辐射场的特性、反射系数曲线和增益方向图。
二．实验设备(1) 装有Windows系统的PC一台(自备)(2) Ansoft HFSS13软件(3) 截图工具三、实验原理四．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 GHz 3D 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。
六．实验体会与建议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。
做完之后再回头想一下，按照公式计算出来的矩形天线的参数运用到实际时，并不能使天线达到理想的辐射状态。
这可能是由于一些共识的近似表示以及实际天线所处环境等因素造成。
基于HFSS的圆极化微带天线的设计和仿真
基于HFSS的圆极化微带天线的设计和仿真
基于HfSS的圆极化微带天线的设计和仿真
李登丰
【摘要】摘要：设计了一种圆极化微带天线，采用表面开槽的方法来减小天线的尺寸和提高天线的整体性能，介质基板采用高介电常数的材料，通过选择适当的馈电位置和切角实现圆极化工作方式，利用HfSS软件对天线进行了电磁仿真和物理建模，优化了天线的各项参数，得出了驻波比、增益、轴比等仿真曲线。
仿真结果表明，天线的增益和方向图特性良好，天线的尺寸明显减小，满足工程需要。
【期刊名称】齐齐哈尔大学学报（自然科学版）
【年(卷),期】2011(027)006
【总页数】4
【关键词】圆极化微带天线；表面开槽；电磁仿真；物理建模；增益方向图
近年来微带天线作为新型的微波射频天线，以其低轮廓、可与载体共形、馈电方式灵活、体积小等优点在天线开发应用中倍受青睐。
按照电磁波极化方式，微带天线主要分为线极化和圆极化。
圆极化微带天线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。
由于圆极化波的特殊性质，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径干扰[1]。
圆极化天线的实用意义主要体现在几个方面，圆极化天线可接收任意极化方式的来波，且辐射波也可由任意极化天线接收，故电子侦察和抗干扰中通常采用圆极化天线；在雷达的极化分集和电子对抗等应用中也广泛利用圆极化天线的旋向正交特性[2]。
本文针对如何减小天线尺寸进行研究和设计，利用HfSS软件对圆极化微带天。
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。
设计4：圆极化微带天线设计
单馈电圆极化天线实现原理
右旋圆极 化馈电点
dp
W=Lc-a
d
y x
左旋圆极
dp 化馈电点
L=Lc+a
h
FR4 Epoxy
Kalio和Carver Coffey研究 证明，理论上当L/W=1.029 即a=0.0142LC时，TM01和 TM10两个模式的相位差为90o
由实际经验可以得到，此种结构的50Ω馈电点位于贴片对角线 上，且馈电点和辐射贴片顶点的距离dp在（0.35~0.39）d之间。 设馈电点到贴片中心距离为L1，则L1在（0.11~0.15）Lc之间
Freq=1.575GHz
Theta=0 Phi=0
Freq=1.575GHz
<=-20 <=1
优化分析
优化分析结果
优化分析
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知识回顾 Knowledge Review
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单馈电圆极化天线实现原理ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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
北斗S频段圆极化微带振子天线阵的设计
北斗S频段圆极化微带振子天线阵的设计
商锋;牛凡
【期刊名称】《电子设计工程》
【年(卷),期】2018(026)021
【摘要】设计了一种应用于北斗一代导航系统的圆极化四元微带振子夭线阵,通过对四个单元微带振子旋转90°的操作就可以形成夭线阵,然后分别对每个振子单独馈电并使四个单元振子的馈电相位依次相差90°从而实现夭线阵的圆极化,并且能够得到较好的轴比带宽.使用Ansoft HFSS 13对所提出的夭线阵进行了仿真,仿真结果表明,夭线阵在带宽内圆极化增益大于6 dBi,电压驻波比(VSWR)小于1.5,轴比小于3 dB.此夭线阵可以应用于北斗一代S频段导航系统.
【总页数】5页(P119-123)
【作者】商锋;牛凡
【作者单位】西安邮电大学电子工程学院,陕西西安710121;西安邮电大学电子工程学院,陕西西安710121
【正文语种】中文
【中图分类】TN82
【相关文献】
1.小曲率锥台共形微带圆极化天线阵列设计 [J], 姚凤薇
2.一种双线双圆极化微带天线阵列的设计 [J], 赵东贺;蒋博;牛传峰;孙良
3.电小尺寸锥台上双馈圆极化共形微带天线阵设计 [J], 吴峻岩; 于家傲; 姜永金; 陶
琴
4.一种双圆极化微带天线阵列的设计 [J], 赵东贺;吴旭;韩国栋
5.应用于车载防撞雷达的圆极化微带天线阵列设计 [J], 陈冰洁;贾国柱;胡大成因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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立式 (1) , 式(3) , 式 (4) 求得二阶近似 L2 , 如此循环 , 直至
L n/ L n- 1 ≤01 29 % , 此时可以把 L n 作为代入 Ansoft H FSS
仿真 中 方 形 贴 片 的 大 小 W p 。本 文 中 工 作 频 率 f r =
21 43 GHz ,基板的高度 h = 11 6 mm ,基板的介电常数εr =
果 。图 13 中 ,经过匹配后的中心谐振频率为 799 M Hz ,满
足设计要求 。
5 结 语
HFSS 仿真结果表明天线的辐射特性基本符合设计 要求 ,同时用 ADS 软件对天线的输入阻抗进行匹配电路 设计 ,使其能与 50 Ω 馈电系统很好地匹配 。
参 考 文 献
[ 1 ] 马小玲 ,丁丁. 宽频带微带天线技术及其应用 [ M ] . 北京 :人 民邮电出版社 ,2006.
2 设计原理
2. 1 天线阵元理论分析 微带天线要获得圆极化波的关键是 ,激励起两个极化
方向正交的 、幅度相等的 、相位相差 90°的线极化波 。利用 微带天线实现圆极化辐射主要有以下几种方式 :
收稿日期 :2007 - 07 - 23
(1) 正交馈电的单片圆极化微带天线 ; (2) 一点馈电或多点馈电的单片圆极化微带天线 ; (3) 由曲线微带构成的宽频带圆极化微带天线 ; (4) 微带天线阵构成的圆极化微带天线[2] 。 本文对天线单元的设计采用的是双正交馈电矩形微 带天线 。双馈电方式是获得圆极化辐射的最直接方法 ,这 种方法是采用两个馈电点来激励两个极化正交的简并模 , 并由馈电网络保证两模的振幅相等 ,相位差为 90°,这样就 满足圆极化条件[3 ] 。 图 1 所示是采用正交馈电的圆极化微带天线的最简 单的实现方法 。两支路分别激励 TM01 和 TM10 模 ,两者的 输入电阻分别为 Ra 和 R b , 且有 R a = Rb 。 各段馈线的特性阻抗以及长度按下列关系设计 :
通过软件仿真 ,可得最终微带天线阵列的回波损耗( Re2 turn Loss) 、轴比 A x 以及 E 面方向图 ,如图 3～图 5 所示。
图 3 微带天线阵列的回波损耗 72
图 6 微带天线阵实物照片
图 7 S11 测试结果
图 8 微波暗室测试 E 面方向图
4 结 语
本文应用 Ansoft HFSS 软件仿真设计了一种工作于 21 43 GHz 的圆极化方形微带天线阵 ,发现实验结果和仿 真结果较好吻合 ,这说明 Ansoft HFSS 软件具有数学模型 正确 、计算精度高的优点 ,是一种比较理想的天线设计工 具 , 这就为微带天线设计提供了一种可以选择的高效途 径 ,极大地简化了天线的分析设计过程 。
Abstract :A fo ur element of circular polarization micro st rip antenna array is designed ,who se operating f requency is 21 43 GHz. The circular polarizatio n wave can be obtained t hrough ort hogonal feed to t he antenna element . It t hen excites two linear polarization waves t hat ort hogo nal in direction of polarizatio n ,t he two linear polarizatio n waves have t he same amplit ude and p hase difference 90°. On t he basis of circular polarizatio n and antenna dimension , t he antenna performance can be simulated wit h t he Ansoft H FSS. Co mpared wit h t he simulation to t he experimental result ,t he result data is good.
-
2ΔL
( 3)
式中ΔL 可由下式求得 :
ΔL
(εe + 01 3) = 01 412
W h
+ 01 264
( 4)
h
(εe - 01 258)
W + 0.8 h
对于本文中方形贴片尺寸可按如下方法计算求得 :首
先将工作频率 f r , 基板的高度 h 以及介电常数εr 代入
式 (1) ～ 式 (4) 中求得一阶近似 L1 , 然后以 L1 作为 W 再联
(2) 在 ADS 的 Smith Chart Utility(如图 9 所示) 中进行 阻抗的匹配 ,即在史密斯圆中将 40149 - j12135 匹配到 50 + j 3 0 ,此时馈线终端没有功率反射 ,馈线上没有驻波。经过匹 配后得到的电容 ,电感值以及串并联方式如图 10 所示。
图 9 史密斯圆匹配图
图 10 匹配结果
(3) 根据匹配结果在图 8 中串并连一个电容 ,电感 ,
建立电路图如图 11 所示 。
图 11 匹配电路
图 12 史密斯圆
图 13 输入反射系数
在图 12 中 , Z0 在为 50 Ω ,匹配后阻抗为 50 3 (01 999
+ j51 194e - 4) ,由此可见已达到相当良好的阻抗匹配效
W EI Ho ngliang1 ,DUAN Wentao1 ,L I Simin2
(1. School of Information and Communication , Guilin University of Elect ronic Technology , Guilin ,541004 ,China ; 2. Office of University President s , Guilin University of Elect ronic Technology , Guilin ,541004 ,China)
关键词 :圆极化 ;微带天线阵 ;正交馈电 ;回波损耗 中图分类号 : TN82 文献标识码 :B 文章编号 :1004 - 373X(2008) 01 - 071 - 02
Design of Circular Polarization Microstrip Antenna Array Using Ansof t HFSS
[ Z]. [ 5 ] Agilent 公司. ADS 全套培训教程 ( EDA 教学网) [ Z] .
作者简介 宋旭亮 1980 年出生 ,大连海事大学信息学院在读研究生 。 朱义胜 1945 年出生 ,大连海事大学教授 ,博士生导师 。
(下转第 75 页)
《现代电子技术》2008 年第 1 期总第 264 期
4. 2 阻抗匹配过程 (1) 在 ADS 中新建一个 Schematic 文件 ,在其中建立
电路 ,如图 8 所示 。
通信与信息技术
(4) 对匹配电路进行仿真 , 仿真结果如图 12 , 图 13 所示 。
图 8 匹配前电路
《现代电子技术》2008 年第 1 期总第 264 期
通信与信息技术
运用 Ansoft HFSS 设计圆极化微带天线阵
魏宏亮1 ,段文涛1 ,李思敏2
(1. 桂林电子科技大学 信息与通信学院 广西 桂林 541004 ;2. 桂林电子科技大学 校长办公室 广西 桂林 541004)
摘 要 :介绍了一种工作频率为 21 43 GHz 的圆极化四单元矩形微带天线阵的设计方法 。通过对天线单元采用正交馈 电激励起两个极化方向正交的 、幅度相等的 、相位相差 90°的线极化波从而使天线单元获得圆极化波 。在利用圆极化条件确 定天线尺寸基础上 ,借助 Ansoft H FSS 仿真软件对天线进行了仿真 ,仿真结果和实验结果基本一致 。
21 55 , 按上述方法计算的 W p = 371 6 mm , 以 W p = 371 6
mm 为贴片尺寸在 Ansoft HFSS 进行建模仿真所得的工
作频率 f 0 = 21 420 GHz ,工作频率处的 VSWR = 11 2 ,轴比
A x = 11 5 ,通过仿真结果证明了以上计算方法的正确性 。
71
通信设备
魏宏亮等 :运用 Ansof t H FSS 设计圆极化微带天线阵
εe
= εr + 1 2
+εr 2
1
1 + 10 h W
- 1/ 2
( 1)
W
=c 2f r
εr + 1 2
- 1/ 2
( 2)
其中 c 为光速 , f r 为谐振频率 :
L
= 01 5λg -
2ΔL 或 L
=
2f
c
r
εe
[ 2 ] 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.
[3] 林昌禄 ,陈海. 近代天线设计 [ M ]. 北京 : 人民邮电出版 社 ,1987.
[ 4 ] ansoft 公司. hf ss_v9_overvieW_ t raining ( hf ssv9 培训教材)
பைடு நூலகம்
图 4 微带天线阵列的轴比
图 5 E 面方向图
3 实测结果及比较 根据前面的设计 ,加工了一幅正交馈电方形微带贴片
天线阵 ,并进行了测试 。最终样品在中心频率处 VSWR = 11 23 , Gain = 121 9 dBi ,2θE3Db = 40°。图 6 为微带天线阵列 实物照片 ,图 7 为天线实验所测的反射损耗 ,图 8 为在微 波暗室 所 测 方 向 图 。可 以 看 出 , 仿 真 值 和 实 验 值 比 较 吻合 。