偶极子相控阵天线的仿真与优化

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半波偶极子天线的HFSS仿真设计

半波偶极子天线的HFSS仿真设计

天线原理与设计华中科技大学半波偶极子天线的HFSS仿真设计一、实验目的1、学会简单搭建天线仿真环境的方法,主要是熟悉HFSS软件的使用方法;2、了解利用HFSS仿真软件设计和仿真天线的原理、过程和方法;3、通过天线的仿真,了解天线的主要性能参数,如驻波比特性、smith圆图特性、方向图特性等;4、通过对半波偶极子天线的仿真,学会对其他类型天线仿真的方法;二、实验仪器1、装有windows系统的PC一台2、HFSS13.0软件3、截图软件三、实验原理1、首先明白一点:半波偶极子天线就是对称阵子天线。

图1 对称振子对称结构及坐标2、对称振子是中间馈电,其两臂由两段等长导线构成的振子天线。

一臂的导线半径为a,长度为l。

两臂之间的间隙很小,理论上可以忽略不计,所以振子的总长度L=2l。

对称振子的长度与波长相比拟,本身已可以构成实用天线。

3、在计算天线的辐射场时,经过实践证实天线上的电流可以近似认为是按正弦律分布。

取图1的坐标,并忽略振子损耗,则其电流分布可以表示为:式中,Im为天线上波腹点的电流;k=w/c为相移常数、根据正弦分布的特点,对称振子的末端为电流的波节点;电流分布关于振子的中心点对称;超过半波长就会出现反相电流。

4、在分析计算对称振子的辐射场时,可以把对称振子看成是由无数个电流I(z)、长度为dz的电流元件串联而成。

利用线性媒介中电磁场的叠加原理,对称振子的辐射场是这些电流元辐射场之矢量和。

图2 对称振子辐射场的计算如图2 所示,电流元I(z)所产生的辐射场为其中5、方向函数四、实验步骤1、设计变量设置求解类型为Driven Model 类型,并设置长度单位为毫米。

提前定义对称阵子天线的基本参数并初始化2、创建偶极子天线模型,即圆柱形的天线模型。

其中偶极子天线的另外一个臂是通过坐标轴复制来实现的。

3、设置端口激励半波偶极子天线由中心位置馈电,在偶极子天线中心位置创建一个平行于YZ面的矩形面作为激励端口平面。

相控阵天线波束跃度仿真分析及算法优化

相控阵天线波束跃度仿真分析及算法优化
Abstract:Based on the formula, the influence factors for beam granularity of phased array an鄄 tenna are analyzed. Two methods of beam-controlling arithmetic are contrasted in the project. The simulating results show the cell location used of the beam-controlling arithmetic can reduce errors and advance performance of the phased array antenna. Key words:phased array antenna; beam granularity; beam-controlling arithmetic
2

N
0 度分布
0
0
0
0
驻兹P 指向下
0
的分布
驻渍
… (N-1)驻渍
2驻兹P指向下 0 的分布
2驻渍
… 2(N-1) 驻渍





p驻兹P指向下 0 的分布
p驻渍
… (N-1)p驻渍
波束半功率点宽度 兹B表示为:
兹B
抑co1s兹p
·0
. 88姿 Nd
(6)
则得到:
驻兹p 兹B
抑1
.
136 2K
N
(7)
但由于相控阵天线自身的移相体制原因,波束 在扫描过程中相邻波束间呈现出不连续性。 因此 对于精密跟踪测量相控阵雷达系统而言,减小天线 波束跃度增强波束扫描特性具有重要意义[3] 。

天线算法:相控阵合成优化技术

天线算法:相控阵合成优化技术

天线算法:相控阵合成优化技术作者:Rick Gentile, Honglei Chen,MathWorks优化解算器可用于在采用相控阵前端的雷达和无线系统应用中实现所需天线方向图。

学习内容摘要·如何在相控阵设计中应用优化技术。

·什么是二次规划?·在设计过程中采用优化解算器。

在本篇文章中,我们会展开一个适用于采用相控阵前端的雷达和无线系统应用的主题。

当设计大型相控阵系统时,这种优化工作流程可以节省大量时间,因为此过程会涉及很多设计参数,包括单个天线单元的位置和应用到每个天线单元的权重。

因此,当从事电磁解算器层级的物理阵列设计工作以及系统层级阵列设计工作时,可以采用这些优化技术。

本文专注于系统级应用,同时我们在文章末尾提供了一个链接,通过其可以获取有关电磁解算器级应用的更多资源。

与单天线天线单元相比,相控阵的一个主要优点是可以形成一个波束(或多个波束),以增强所需的信号并降低干扰信号的影响。

通常,在合成一种方向图时,N天线单元相控阵可提供N个自由度。

这意味着可以调整N个权值,每个天线单元一个权值,以控制波束形状,从而满足一些预定义的约束。

正如之前的博客中所述,可以采用各种技术来实现方向图合成,包括调零、加窗和稀布(Thinning)。

应用优化技术有助于消除方向图合成时的“反复试错”过程。

许多常用的波束形成技术都可以表示为优化问题。

例如,最小方差无失真响应(MVDR)波束形成器用于最大限度减小总噪声输出,同时保留给定方向的信号。

在数学上,通过解决优化问题即可得到MVDR波束形成权值。

在本文中,我们省略了数学运算,但是一个N天线单元阵列能够处理N−1个约束。

MVDR波束形成器可以进行扩展,以包含更多约束,从而成为线性约束最小方差(LCMV)波束形成器。

LCMV波束形成器中的附加约束常用于消除给定方向的干扰。

这些技术适用于任何阵列结构,但我们考虑一个包含32个天线单元、天线单元之间具有半波长间距的均匀线性阵列。

(两个辐射单元)偶极子天线阵辐射场图matlab仿真工程电磁场小论文

(两个辐射单元)偶极子天线阵辐射场图matlab仿真工程电磁场小论文

偶极子天线辐射场图——MATLAB动态仿真【摘要】天线遍布于生活中的每一个角落,为了更好地学习天线,本文对直线天线的简单模型——半波偶极子进行分析。

应用MATLAB这个学习软件,对偶极子天线进行了动态仿真,通过结果分析,很好地符合书本中的实验结论,对抽象的天线理论很好地结合到了实际理解当中。

【关键字】偶极子天线元辐射场MATLAB动态仿真偶极子(dipole)定义:指相距很近的符号相反的一对电荷或“磁荷”。

在电磁学的概念里,有两种偶极子:电偶极子和磁偶极子。

电偶极子是两个分隔一段距离,电量相等,正负相反的电荷。

应用有偶极子天线。

磁偶极子是一圈封闭循环的电流,例如一个有常定电流运行的线圈,称为载流回路。

偶极子的性质可以用它的偶极矩描述。

电偶极矩由负电荷指向正电荷,大小等于正电荷量乘以正负电荷之间的距离。

磁偶极矩的方向,根据右手法则,是大拇指从载流回路的平面指出的方向,而其它拇指则指向电流运行方向,磁偶极矩的大小等于电流乘以线圈面积。

而将两个辐射单元(天线元或者阵元),也就是偶极子,按照一定方式排列的列阵天线,如果排列在直线上,称线阵天线(图一),如果排列在一个平面上,则称为面阵天线。

而这里媒质是线性的,根据线性系统的叠加定理,列阵天线的辐射场就是这两个天线元辐射场的矢量和。

并且适当地各天线元激励电流的大小和相位,就可以得到所需的辐射特性。

从而也很好地讨论由相似天线元组成的线阵天线的方向性。

偶极子天线用来发射和接收固定频率的信号。

虽然在平时的测量中都使用宽带天线,但在场地衰减和天线系数的测量中都需要使用偶极子天线。

SCHWARZBECK 偶极子天线的频率范围由30MHz~4GHz。

其中的VHAP和UHAP是一套精确偶极子天线,特别适用于场地衰减和天线系数的测量。

同时该天线为日本VCCI等标准机构指定的电波暗室和开阔场场地衰减测量等的唯一专用天线。

该天线为众多实验室所采用,作为实验室的天线标准。

垂直天线实际上是一种偶极子天线。

偶极子天线研究方法

偶极子天线研究方法

偶极子天线研究方法
偶极子天线是一种广泛应用于无线通信中的天线类型,其结构简单、性能稳定、易于制造,因此被广泛应用于各种通信系统中。

为了研究偶极子天线的性能和优化设计,需要采用一定的研究方法。

偶极子天线的研究方法主要包括以下几个方面:
1.理论分析:通过建立偶极子天线的电磁场模型,推导出其辐射特性、阻抗匹配等性能参数的计算公式,以及优化设计的基本原理。

2.仿真模拟:通过电磁仿真软件,如Ansys、HFSS等,对偶极子天线的电磁场进行数值模拟计算,得到其辐射特性和性能参数。

3.实验测试:通过实验测试,测量偶极子天线的辐射特性、阻抗匹配、功率传输等性能参数,验证理论分析和仿真模拟的结果,并对偶极子天线的优化设计提供实验依据。

4.优化设计:结合理论分析、仿真模拟和实验测试的结果,对偶极子天线的结构参数、材料特性等进行优化设计,以达到更好的性能指标。

在偶极子天线的研究中,理论分析、仿真模拟、实验测试和优化设计是相互补充的,需要综合运用来实现对偶极子天线的全面研究和优化设计。

- 1 -。

相控阵雷达天线模型及仿真

相控阵雷达天线模型及仿真

相控阵雷达天线模型及仿真
邱丽原
【期刊名称】《海军航空工程学院学报》
【年(卷),期】2014(000)002
【摘要】阐述了相控阵天线仿真的重要性,指出了相控阵天线仿真的主要困难。

提出了一种利用阵因子、方向性因子和旁瓣抑制因子分别解决仿真波束形状、天线增益、方向图旁瓣及其变化等3大问题,并进行综合建模和仿真,给出了综合后的仿真模型。

该仿真模型保证了理论方面的精度,优化和减少了仿真计算步骤和计算量。

利用该仿真模型,给出了宙斯盾系统的AN/SPY-1D雷达天线的仿真计算实例。

【总页数】5页(P151-155)
【作者】邱丽原
【作者单位】海军航空工程学院电子信息工程系,山东烟台264001
【正文语种】中文
【中图分类】TN921+.1
【相关文献】
1.钨球破片对相控阵雷达天线的冲击损伤仿真 [J], 吕勇;石全;刘锋;崔凯旋;李园园
2.基于矢量调制技术的相控阵雷达天线方向图仿真设计 [J], 张允;林沂杰;高红友;江友平
3.相控阵雷达系统建模中的天线仿真技术 [J], 孙晓晖;陈仁元
4.多功能相控阵雷达的相控阵天线仿真数学模型 [J], 王国一;张钧
5.相控阵雷达多通道天线方向图建模与仿真 [J], 徐海峰;卞春蓉
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通信电子相控阵天线设计与优化

通信电子相控阵天线设计与优化

通信电子相控阵天线设计与优化随着通信技术不断发展,目前广泛使用的天线技术已经无法满足人们日益增长的通信需求。

在这种情况下,相控阵天线技术应运而生。

相控阵天线是一种使用多个天线元件组成的天线技术,能够进行相位控制和束形成,从而实现高精度的信号传输。

在相控阵天线的设计过程中,需要考虑多个因素,例如天线元件的数量和排布、技术性能和电磁兼容性等。

为了保证天线的性能,一般需要采用优化设计方法进行优化。

首先,在相控阵天线的设计中,需要考虑到相位控制和束形成的问题。

相位控制是指不同天线元件之间传输的信号在相位上具有一定的差异,从而实现对信号方向的控制。

束形成则是指利用相位调节的技术,将多个辐射源的电磁波合成为一个具备一定方向性的束。

相控阵天线中的天线元件数量和排布方式对其性能有着非常重要的影响。

在相控阵天线中,天线元件的数量越多,其所能够控制的信号数量就越多,从而使得其方向控制和束形成的精度更高。

同时,不同的元件排布方式也会对性能产生影响。

例如线性排列的天线元件比较适合应用于水平平面,而环形排列的天线元件则适用于垂直平面。

在相控阵天线的设计过程中,还需要考虑到电磁兼容性的问题。

由于天线的辐射能量非常强,如果其放置在一些电子设备附近,可能会对这些设备产生干扰。

为了解决这一问题,需要考虑天线辐射能量的方向和强度,并选择合适的天线材料和防护措施。

优化设计方法是相控阵天线设计中非常重要的一部分。

其中,基于数值模拟的优化方法是目前比较常用的方法。

在数值模拟中,一般采用有限元分析和电磁模拟等方法,对相控阵天线的性能进行评估。

同时,还可以通过模拟和比对不同参数的设计方案,寻找最优解。

总之,相控阵天线是一种非常先进的天线技术,其能够实现高精度的信号传输和方向控制。

在相控阵天线的设计过程中,需要考虑多种因素,并采用优化设计方法进行优化。

基于ADS的偶极子天线性能参数仿真分析

基于ADS的偶极子天线性能参数仿真分析

基于ADS的偶极子天线性能参数仿真分析作者:陈宇蒋军魏东旭孙红兵来源:《电脑知识与技术》2018年第10期摘要:为了实现对偶极子天线结构性能参数的分析,文章首先设计了一种印刷偶极子天线,对相关的理论进行了研究,依据设计指标对天线的结构、参数进行了计算,随后在Agilent公司的ADS软件上,对所设计的偶极子天线进行了建模,验证了该天线的性能指标符合设计要求。

接着通过改变天线的结构尺寸进行性能参数仿真,研究了偶极子天线各项结构参数对天线系统性能的影响,得出了相应结论,仿真结果对偶极子天线设计具有一定的指导意义。

关键词:偶极子;微带;天线;中心频率中图分类号:TP311 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2018)10-0209-031 背景微带天线与其他基本结构共同构成射频电路,是通讯设备中最为重要的一个组成。

通过类比台式电脑、智能手机和U盘等电子设备的发展,电子产品的设计大多数趋于小型化。

因此在研究射频电路领域时,对于天线性能的发展方向也应该趋向于小型化。

微型天线具有体积小,电气性能完善多样,与有源器件、射频微波电路等结合方便等很多优势,适用于实际应用领域中的大规模制造[1-2]。

2 偶极子天线设计2.1 天线参数文章将在分析偶极子天线基本结构的基础上,利用ADS设计一种新型的1.8GHz的偶极子天线,对天线的相关性能进行仿真,对影响偶极子天线性能的相关参数进行仿真设计。

文章设计的偶极子天线的相关性能指标如表1所示。

2.2天线结构偶极子天线大略可以五个部分:微带巴伦线、偶极子天线臂、馈线、地板、通孔[3]。

图1显示了设计天线的平面结构示意图。

由于结构设计的需要,这几个部分都位于基质板底层的位置。

可以看出,底面与顶面的特殊微带线经过通孔紧密连接,最底面地平面和微带巴伦线其中一端相连,另外一端则是与偶极子天线臂相连。

通过对底面层的印刷偶极子天线的分析,等效输入阻抗电路如图2,等效输入阻抗[4-5]为:3 偶极子天线的仿真结果与分析通过ADS软件,我们依据相关性能参数,设计偶极子天线结构如图3所示:每一个天线在设计的过程中,存在着对应的频率范围,将之称为带宽。

球形偶极子辐射天线小型化的仿真设计

球形偶极子辐射天线小型化的仿真设计


要: 针对工程 中机箱机柜屏蔽效能测试 系统中宽带天线的特性要求 , 必须使 用宽频带且尺寸小的测试 天线。球形偶
极子辐射天线作为一种新型的宽频带有 源天线, 兼备 了信号处理功能 , 使天线小型化与宽频 带成为可能。 采用 HF S S电磁 场仿 真软件建立有 源球形偶极子辐射天线模型 , 并对其尺寸进行优化 。使用 MA T L A B软件制 图对比分析天线的理想尺
( C o l l e g e o f I n f o r ma t i o n a n d C o n t r o l ,N a n j i n g U n i v e r s i t y o f I n f o ma r t i o n S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ,J i a n g s u N a n j i n g 2 1 0 0 4 4 ,
Si mu l a t i o n De s i g n i n g Mi n i a t u r i z a t i o n o f Sp h e r i c a l Di p ol e Ra d i a t i o n An t e n n a
CHEN We i - f e n g ,HU Ro n g ,YU L i
寸为 8 0 mm左右以及 小型化后 对天线性能的影响。同时在理想尺寸下, 使天线覆盖 3 0 MH z 一 1 G H z 频段 , 通过将双锥 以及 螺形结构与球体相结合等方法改善天线结构 , 解决了天线小型化后低频增益偏低 的问题。 关键词 : 偶极子天线; 小型化 ; 天线方向图 ; 增益 ; 结构 中图分类号 : T H1 6 ; T N 8 2 3 + . 1 5 文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 1 — 3 9 9 7 ( 2 0 1 3 ) 1 2 — 0 0 3 1 — 0 4

航空航天相控阵天线信号处理与优化

航空航天相控阵天线信号处理与优化

航空航天相控阵天线信号处理与优化随着科技的不断发展和应用的不断扩展,航空航天技术也得到了前所未有的发展和应用。

在这个过程中,相控阵天线技术无疑是其中的一个重要方面。

相控阵天线是一种能够通过控制天线阵列中各个天线单元之间的相位差实现波束形成和方向控制的天线。

通过控制每个天线单元的相位和幅度,可以达到高精度的波束指向,提高信号接收和发送的效能和稳定性。

航空航天相控阵天线信号处理的优化是实现相控阵天线功能的关键环节之一。

此过程不断地优化、完善,旨在提升相控阵天线工作的性能和水平。

优化的过程中需要考虑的因素非常的多,比如天线阵列的结构、信号处理的方式、信号的质量指标、发射和接收的电路、空间的影响等等。

天线阵列的结构是实现相控阵技术的关键。

天线阵列的结构对于波束形成和方向控制具有重要的影响。

目前,常见的天线阵列结构包括线性阵列、矩形阵列和圆形阵列三种类型。

线性阵列主要由一列天线单元组成,能够实现单方向的波束形成和方向控制。

矩形和圆形阵列则由多行和多列天线单元组成,能够实现多方向的波束形成和方向控制。

在相控阵天线信号处理和优化的过程中,需要根据不同的任务需求和应用场景来选择适当的天线阵列结构。

相控阵天线信号处理包括波束形成、方向控制、均衡和抗干扰等。

波束形成是指将阵列天线接收到的信号加权相加,形成一束集中在某个方向的信号。

方向控制是指通过调整天线单元的相位和幅度,使波束指向目标位置。

均衡和抗干扰则是为了使信号更加稳定和准确地被接收和解调。

对于相控阵天线信号处理的优化,需要综合考虑信号处理的效率、准确性和稳定性,并结合实际应用场景不断进行探索和改进。

相控阵天线信号质量指标是衡量相控阵天线性能的关键因素。

常见的信号质量指标包括信噪比、干扰抑制比、鉴别比等等。

对于不同的任务需求和应用场景,需要选择适当的信号质量指标作为相控阵天线信号处理和优化的参考标准。

发射和接收电路是相控阵天线信号处理和优化中重要的组成部分。

发射和接收电路的动态性和稳定性直接影响着相控阵天线系统的性能和工作效率。

相控阵天线波束跃度仿真分析及算法优化

相控阵天线波束跃度仿真分析及算法优化

相控阵天线波束跃度仿真分析及算法优化摘要:根据理论公式分析了影响相控阵天线波束跃度的关键因素,并对在工程应用中两种波束控制量化算法进行了仿真对比,结果表明在量化波束控制移相码的过程中将阵元位置信息代入解算,可降低误差达到减小波束跃度的目的,使相控阵天线波束扫描特性得到提高。

关键词:相控阵天线;波束跃度;波束控制算法;前言相控阵天线以其灵活的波束指向、可控的波束形状以及灵活的时间一空间资源分配等技术优点近年来迅速发展,其应用也从预警雷达向精密跟踪雷达、地面雷达向机载雷达以及弹载雷达方向发展。

采用相控阵天线带来空间合成功率大、馈电损耗小、波束灵活可控的优点,但同时由于相控阵天线波束指向不连续,必须要考虑相邻波束指向之间的跃度问题。

一、相控阵天线波束控制的基本原理分析实践过程中结合相控阵雷达的要求,注重天线波束控制方式的合理使用,有利于保持良好的雷达扫描效果,丰富其所需的扫描技术内涵。

因此,需要根据实际情况,从不同的方面入手,加强相控阵天线波束控制的基本原理分析,从而为其使用中实际作用的充分发挥提供保障。

具体表现在以下方面:(1)借助计算机网络与信息技术的优势,结合相控阵天线波束的功能特性,在其控制作用发挥中需要确定相应的空间位置,并了解其跟踪情况,最终通过计算机三维空间的动态模拟分析作用,得到所需的相控阵天线波束在雷达扫描控制中的方位角与仰角初始值,并对相控阵雷达阵面中的天线元对应的相位值进行分析。

此时,为了达到移相的目的,需要注重性能可靠的移相器使用,并处理好波控系统运行中产生的波控码。

当这些举措实施到位后,有利于实现相控阵天线定向,确定相应的波束方向。

(2)在确定天线元所对应的相位值过程中,需要在单元集中配相法与初始向量计算方式的共同作用下予以应对,且在行列分离方法的作用下,确定相控阵天线波束控制中所需的平面阵列。

当天线元所对应的相位值确定后,则可通过计算机系统的作用,得到相应的点阵相位值。

基于相控阵天线波束控制下的雷达扫描,在保持其良好的移相器计算位数作用效果过程中,可借助虚算方式的优势,确定移相位数,确保移相器应用有效性。

天线阵面的优化与仿真-文档资料

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

基于宽波束磁电偶极子天线的宽角扫描线性相控阵列

基于宽波束磁电偶极子天线的宽角扫描线性相控阵列

基于宽波束磁电偶极子天线的宽角扫描线性相控阵列*杨浩楠† 曹祥玉 高军 杨欢欢 李桐(空军工程大学信息与导航学院, 西安 710077)(2020 年7 月12日收到; 2020 年8 月11日收到修改稿)设计并加工了两款基于宽波束磁电偶极子天线单元的宽角扫描线性阵列. 首先,通过加载磁偶极子的方法拓展了天线单元的3-dB波束宽度. 然后, 基于该宽波束天线单元设计了两款具有良好宽角扫描特性的一维阵列天线. 实测结果表明,天线单元的E面方向图3-dB波束宽度在9GHz—12 GHz均大于107°, H面方向图3-dB 波束宽度在7GHz—12 GHz均大于178°. E面阵列中心单元的有源驻波比在9GHz—13 GHz小于2, 相对阻抗带宽为36.36%. H面阵列中心单元的有源驻波比在9.6GHz—12.6 GHz小于2.5, 相对阻抗带宽为27.03%. E面阵列在9GHz—12 GHz可实现 ± 70°的有效宽角扫描. H面阵列在9GHz—GHz可实现 ± 90°的有效宽角扫描. 与传统的扫描阵列相比, 设计的阵列可实现有效宽带宽角扫描, 在X波段相控阵雷达方面具有广阔的应用前景.关键词:宽波束, 宽角扫描, 磁电偶极子天线, 相控阵PACS:41.20.Jb, 42.25.Bs DOI: 10.7498/aps.70.202011041 引 言相控阵天线因其波束捷变特性在军事雷达领域及民用通信领域具有广阔的应用前景, 引起了学界的广泛关注. 微带阵列天线因其具有剖面低、易加工及易与载体共形等优点已成为相控阵天线的主流形式. 然而, 对于微带相控阵列天线而言, 其主波束扫描范围仅为 ± 50°, 且扫描过程中增益会下降4—5 dB[1]. 同时, 微带相控阵列天线的工作带宽在实际应用中也有很大问题. 这些缺点限制了微带相控阵列天线的应用范围, 同时, 也引起了学界对于宽带宽角扫描相控阵列天线的广泛研究.近年来, 学界提出了几种拓展相控阵列扫描范围的方法. 第一种方法是利用方向图可重构天线单元作为阵元[2−7]. 天线单元的3-dB波束宽度并不是非常宽, 但是可以通过改变天线单元辐射方向图进行波束切换, 进而实现宽角扫描.同时, 学界对于方向图可重构磁电偶极子天线单元进行了深入研究, 如H面波束宽度可重构磁电偶极子天线[8,9],双面波束宽度可重构磁电偶极子天线[10]. 上述波束宽度可调的磁电偶极子天线在宽角扫描阵列的设计中应用前景广阔. 然而, 这类天线单元引入了额外的电子元件及控制电路, 从而增加了设计难度, 并对辐射方向图产生了不良影响.与利用方向图可重构天线单元作为阵元不同,另一类拓展相控阵列天线扫描范围的方法是采用宽波束天线单元作为阵元. 学界提出了多种拓展天线单元3-dB波束宽度的方法[11−19], 如新型微带磁偶极子天线[14]、 采用寄生像素层[15]以及使用电* 国家自然科学基金(批准号: 61671464, 61801508, 61701523), 陕西省自然科学基础研究计划(批准号: 2018JM6040, 2019JQ-103)和博士后创新人才支持计划(批准号: BX20180375)资助的课题.† 通信作者. E-mail: @© 2021 中国物理学会 Chinese Physical Society 壁[16,17]. 值得注意的是, 文献[12]将常见的载体天线分为八类并指出了具有宽角扫描应用潜力的天线单元类型, 从而为设计宽波束天线提供了指导思路. 采用宽波束天线作为阵元使得阵列天线旁瓣水平升高, 文献[20]中的布阵策略可为解决这些问题提供参考.常见的拓展相控阵列天线扫描范围的方法还包括利用梯度超表面[21]作为阵列覆层. 当阵列发射电磁波透过特定设计的梯度超表面时, 波束偏转至更低角域, 从而拓展了阵列扫描范围.就上述文献而言, 大多数研究集中于某个频点附近, 也就是说, 所设计的相控阵列天线仅能在点频范围内实现宽角扫描, 而对于能够在宽带范围内实现宽角扫描的相控阵列天线研究不足, 而这也正是实际应用亟需的.本文设计并测试了两款基于宽波束天线单元的宽角扫描线性阵列. 首先, 通过加载微带磁偶极子的方法拓展了天线单元的3-dB 波束宽度. 基于此, 设计了两款9单元一维扫描阵列并进行了加工测试. 仿真和实测结果均表明, 加载的微带磁偶极子有效拓展了天线单元的3-dB 波束宽度, 所设计的一维阵列天线具备在宽频带范围内实现宽角扫描的能力.2 宽波束天线单元结构的设计与分析本文提出的宽波束天线单元主要由两部分组成(图1). 第一部分为微带磁电偶极子天线, 该结构与文献[22]中设计的天线类似, 通过介质板集成金属化过孔技术获得磁偶极子, 水平辐射贴片则充当电偶极子. 介质基板介电常数为4.4, 损耗角正切为0.0025. 第二部分为用来拓展天线3-dB 波束宽度而加载的微带磁偶极子, 表1给出了天线单元的详细结构参数.天线单元的宽带特性是宽带阵列的前提. 文献[23]中提出的磁电偶极子天线是一款结构简单、辐射性能稳定的宽带天线. 天线单元的宽波束特性可通过加载微带磁偶极子实现. 图2展示了宽波束天线单元的设计流程. 首先, 改变了文献[22]中天线的尺寸, 使其工作于X 波段, 得到1号天线. 然后, 改变了1号天线的馈电结构及电偶极子的形状以获得更好的阻抗匹配特性, 得到2号天线. 利用(a)(b)211467 3523 67854图 1 宽波束天线单元结构图 (a) 三维图; (b)俯视图Fig. 1. Structure of the wide-beam antenna: (a) 3-D view; (b) top view.1号天线2号天线3号天线图 2 设计流程Fig. 2. The design process.表 1 宽波束天线单元参数Table 1. Parameters of the wide-beam antenna.天线参数L W H L 1L 2L 3L 4L 5L 6L 7L 8W 1W 2W 3W 4W 5W 6W 7参数值/mm1593.50.63.22.221.50.53.21.551.51.52.8621电磁仿真软件Ansys HFSS 对2号天线单元进行仿真, 计算其波束宽度.图3给出了其在10 GHz 下的辐射方向图. 由图3可知, 2号天线单元E 面方向图3-dB 波束宽度仅为82.3°, 未能达到希望的波束宽度100°, 不能满足宽角扫描相控阵列天线的设计要求. 为拓展天线波束宽度, 在电偶极子两侧加载了微带磁偶极子. 由图3可得, 加载微带磁偶极子的3号天线, 其E 面3-dB 波束宽度由82.3°拓宽至115.8°, H 面3-dB 波束宽度由119.8°拓宽至185.2°.图4给出了3号天线单元10 GHz 处一个周期内的表面电流分布图. 由图4可知, 新增加的金属化过孔表面电流与同侧原有金属过孔表面电流方向相同, 从而在原有等效磁流M 2的基础上增加了两个等效磁流M 1和M 3. 磁流平行于金属的模型可用镜像原理分析. 基于文献[12]对常见载体天线的分类, “磁流平行于电壁”类天线在上半空间拥有近乎全向的方向图. 新引入的等效磁流加强了天线在低仰角区域的辐射, 从而拓展了天线的方向图波束宽度.图5给出了设计的宽波束天线单元的驻波比.由图5可得, 设计的天线单元在7.3—12.6 GHz 驻波比小于2, 相对阻抗带宽为53.26%. 图6给出了设计的宽波束天线单元在7—12 GHz 的辐射方向图, 表2给出了天线单元在该频带范围内的3-dB 波束宽度. 由表2可得, 天线单元的E 面方向图3-dB 波束宽度在9—12 GHz 均大于107°, H 面方向图3-dB 波束宽度在9—GHz 均大于178°. 综合驻波比及3-dB 波束宽度来看, 提出的天线单元已满足宽带宽角扫描相控阵列对于天线单元的设计要求. 然而, 波束展宽后, 天线单元的增益下降. 表3给出了参考天线及波束展宽后天线的增益数值.将所提出的天线和目前已有的具有宽波束特性的磁电偶极子天线进行了对比(表4), 由表4可得, 本文所设计的磁电偶极子天线主要优势在于双面宽波束特性、宽带特性及低剖面特性.归一化增益/d B i角度/(O )图 3 10 GHz 处3-dB 波束宽度拓展效果Fig. 3. The broadening effect of 3-dB beam-width at 10 GHz.(a)(b)(c)(d)surf /A S m -120.00018.07216.86715.66314.45813.25312.04810.8439.63868.43377.22896.02414.81933.61452.40961.2048020.00018.0721.686715.66314.45813.25312.04810.8439.63868.43377.22896.02414.81933.61452.40961.20480surf /A S m -1图 4 10 GH 处电流分布图 (a) 0°; (b) 90°; (a) 180°; (b) 270°Fig. 4. The distribution of electric current at 10 GHz: (a) 0°; (b) 90°; (c) 180°; (d) 270°.3 一维宽角扫描阵列设计图7给出了一维宽角扫描阵列的模型图. 设计的阵列均为9单元线性阵列.考虑到栅瓣抑制条件及阵中单元有源驻波比, E 面阵列阵元间距选定为12 mm, H 面阵列阵元间距选定为9 mm.4 加工与实测为检验设计方法的有效性, 对设计的一维线性扫描阵列进行了加工实测. 图8给出了加工样品的实物图.阵列中心单元的有源驻波比由安捷伦N5230 C 矢量网络分析仪测试得到, 阵列的扫描方向图通过合成阵列中所有阵元的有源方向图得到,因此, 实际测量过程中没有用到移相器及馈电网络, 仅通过微波暗室中的远场方向图测量系统测量得到了阵列中每一天线单元的有源方向图.图9给出了阵列中心天线单元的实测有源驻波比. 由图9可得, E 面阵列中心单元有源驻波比在9—13 GHz 小于2. 与仿真结果相比, 实测有源驻波比在10.3—11 GHz 有所抬升, 但仍小于2. H 面阵列中心单元的有源驻波比, 而在9.6—12.6 GHz 小于2.5, 实测结果与仿真结果吻合较好.驻波比频率/GHz图 5 天线单元驻波比Fig. 5. VSWR of the antenna.归一化增益/d B i角度/(O )图 6 天线单元方向图Fig. 6. Radiation patterns of the antenna.表 2 天线单元3-dB 波束宽度Table 2. 3-dB beam-width of the antenna.频率/GHz E 面3-dB 波束宽度/(°)H 面3-dB 波束宽度/(°)797180.48101.1178.29107178.410115.8185.211135.5220.912180.6360表 3 2号天线与3号天线增益对比Table 3. Comparison between Ant.2 and Ant.3.频率/GHz参考天线增益/dBi本文天线增益-/dBi9 5.91 4.1910 5.98 3.9111 5.84 3.59125.432.87表 4 已报道宽波束磁电偶极子天线与本文天线特性对比Table 4. Comparison between the reported and proposed magneto-electric dipole antenna.文献相对阻抗带宽/%工作频带/GHz 增益/dBi剖面/l E 面波束宽度/(°)H 面波束宽度/(°)[16]34.6 3.1—4.4—0.21174112[17]81.1 3.3—7.8 3.65 ± 1.650.27215 (5.5 GHz)106 (7.5 GHz)186 (5.5 GHz)83 (7.5 GHz)[24]41 2.42—3.7 6.30.4575120[25]63 2.76—5.350.15129.1 (3.4 GHz)151.6 (4.9 GHz)100.4 (3.4 GHz)94.2 (4.9 GHz)[26]22.619.6 3.25—4.084.29—5.22 6.9 ± 0.35.4 ± 0.70.270.2391 (3.5 GHz)168 (4.9 GHz)83 (3.5 GHz)74 (4.9 GHz)83 (3.5 GHz)162 (4.9 GHz)90 (3.5 GHz)133 (4.9 GHz)本文53.267.3—12.63.53 ± 0.660.116>97>178.2O O O O O O O O O O -70O -30OO 30O 70O 仿真-70O -30O O 30O 70O 仿真增益/d Bi增益/d B i增益/d B i增益/d B iFig. 10. The scanning patterns of the E-plane array: (a) 9 GHz; (b) 10 GHz; (c) 11 GHz; (d) 12 GHz.图 7 一维相控阵列 (a) E 面阵列; (b) H 面阵列Fig. 7. The phased arrays: (a) E-plane array; (b) H-plane array.(a)(b)图 8 阵列实物图 (a) E 面阵列; (b) H 面阵列Fig. 8. The prototypes of the arrays: (a) E-plane array; (b)H-plane array.驻波比驻波比频率/GHz频率/GHz图 9 阵列中心单元实测有源驻波比 (a) E 面阵列; (b)H 面阵列Fig. 9. The active VSWRs of the unit at the center of two arrays: (a) E-plane array; (b) H-plane array.图10给出了E 面阵列的实测扫描方向图. 由图10可得, E 面阵列的扫描波束可覆盖 ± 70°的角域范围, 扫描过程中天线增益损耗小于3 dB. 实测结果与仿真结果吻合较好, 验证了E 面阵列的扫描性能.图11给出了H 面阵列的实测扫描方向图. 由图11可得, H 面阵列的扫描波束可覆盖 ± 90°的角域范围. 扫描过程中天线增益损耗小于2 dB. 实测结果与仿真结果吻合较好, 验证了H 面阵列的扫描性能.将本文提出的相控阵和已发表的代表性X 波段相控阵天线的典型指标进行了对比(表5), 由表5可得, 本文所设计的相控阵主要优势在于宽角扫描能力及低剖面特性.5 结 论本文设计了一款宽波束磁电偶极子天线单元,通过加载磁偶极子的方法拓展了天线的3-dB 波束宽度, 基于该天线单元, 设计并测试了两款宽角扫描阵列. 实测结果表明, 设计的一维扫描阵列可在9 GHz—12 GHz 实现有效宽角扫描. 因此, 本文所提出的加载磁偶极子的方法可为设计宽波束天线及宽角扫描阵列提供参考, 所设计的一维宽角扫描阵列在X 波段相控阵雷达方面具有广阔的应用前景.O O O O O O O增益/d B i增益/d B i增益/d B i增益/d B iO O O O O O O -90O -60O -30O 0O 30O O O -90O -60O -30O 0O 30O O O 图 11 H 面阵列实测扫描方向图 表 5 已报道X 波段相控阵与本文相控阵天线特性对比Table 5. Comparison between the reported and proposed X-band phased arrays.文献相对阻抗带宽/%工作频带/GHz 剖面/lE 面扫描范围/(°)H 面扫描范围/(°)[27]408—120.31± 60 (8—10 GHz)± 50 (12 GHz)± 60 (8—10 GHz)± 50 (12 GHz)[28]408—12 1.22± 45± 45[29]18.1810.5—12.60.84± 60± 60[30]408—120.8± 45± 60[31]30——± 60± 60本文28.59—120.116± 70± 90参考文献Z hang Z J, Jin L, Shu X R 2007 Radar Antenna Technology(Beijing: Publishing House of Electronics Industry) p221 (in Chinese) [张祖稷, 金林, 束咸荣 2005 雷达天线技术 (北京: 电子工业出版社) 第221页][1]B ai Y Y, Xiao S Q, Wang B Z, Ding Z F 2010 J. InfraredMillim. Terahertz Waves 31 1[2]B ai Y Y, Xiao S Q, Tang M C, Ding Z F 2011 IEEE Trans.Antennas Propag. 59 4071[3]D ing X, Wang B Z, He G Q 2013 IEEE Trans. AntennasPropag. 61 5319[4]X iao S Q, Zheng C R, Li M, Xiong J 2015 IEEE Trans.Antennas Propag. 63 2364[5]C heng Y F, Ding X, Shao W, Yu M X, Wang B Z 2017 IEEEAntennas Wireless Propag. Lett. 16 396[6]D ing X, Cheng Y F, Shao W, Wang B Z 2017 IEEE Trans.Antennas Propag. 65 4548[7]G e L, Luk K M 2015 IEEE Antennas Wireless Propag. Lett.14 28[8]G e L, Luk K M 2016 IEEE Trans. Antennas Propag. 64 423[9]S hi Y, Cai Y, Yang J, Li L 2019 IEEE Antennas WirelessPropag. Lett. 18 28[10]L in G 2007 Radar Sci. Technol. 5 157[11]W ang R, Wang B Z, Hu C, Ding X 2015 IEEE Trans.Antennas Propag. 63 3908[12]W ang R, Wang B Z, Ding X, Yang X S 2017 Sci. Rep. 7 2729[13]L iu C M, Xiao S Q, Tu H L, Ding Z F 2017 IEEE Trans.Antennas Propag. 65 1151[14]C heng Y F, Ding X, Shao W, Yu M X, Wang B Z 2017 IEEEAntennas Wireless Propag. Lett. 16 876[15]Y ang G W, Li J Y, Wei D J, Xu R 2018 IEEE Trans.Antennas Propag. 66 450[16]Y ang G W, Li J Y, Yang J J, Zhou S G 2018 IEEE Trans.Antennas Propag. 66 6724[17]Y ang G W, Chen Q Q, Li J Y, Zhou S G, Xing Z J 2019IEEE Acc. 7 71897[18]C hattopadhyay S 2009 IEEE Trans. Antennas Propag. 573325[19]Y ang H H, Li T, Xu L M, Cao X Y, Gao J, Tian J H, YangH N, Sun D 2019 IEEE Acc. 7 152715[20]L ü Y H, Ding X, Wang B Z, Anagnostou D E 2020 IEEETrans. Antennas Propag. 68 1402[21]L uk K M, Wong H 2006 Int. J. Microw. Opt. Technol. 1 35[22]N g K B, Wong H, So K K, Chan C H, Luk K M 2012 IEEETrans. Antennas Propag. 60 3129[23]L i Y J, Luk K M 2014 IEEE Trans. Antennas Propag. 621830[24]L ai J, Feng B, Zeng Q 2019 IEEE 6th InternationalSymposium on Electromagnetic Compatibility Nanjing, China November 1–4, 2019 p1[25]F eng B T, Zhu C, Cheng J C, Sim C Y D 2019 IEEE Acc. 743346[26]Z heng G 2016 M. S. Thesis (Chengdu: University ofElectronic Science and Technology of China) (in Chinese) [郑贵 2016 硕士学位论文 (成都: 电子科技大学)][27]W ang M Z 2014 M. S. Thesis (Xi’an: Xidian University) (inChinese) [王茂泽 2014 硕士学位论文 (西安: 西安电子科技大学)][28]X u Z 2008 Ph. D. Dissertation (Xi’an: Xidian University) (inChinese) [徐志 2008 博士学位论文 (西安: 西安电子科技大学)][29]S molders A B 1996 Proceedings of International Symposiumon Phased Array Systems and Technology Boston, MA, USA,October 15–18, 1996 p87[30]K edar A, Beenamole K S 2011 Prog. Electro. Res. B 27 235[31]Wide-angle scanning linear phased arrays based on wide-beam magneto electric dipole antenna *Yan Hao -Nan † Cao Xiang -Yu Gao Jun Yang Huan -Huan Li Tong(Information and Navigation College, Air Force Engineering University, Xi’an 710077, China)( Received 12 July 2020; revised manuscript received 11 August 2020 )AbstractMicrostrip phased array has aroused interest of many researchers because of its beam agility. However, a big problem for typical microstrip array is that its main beam can only scan from about –50° to 50°, with a gain loss of 4-5 dB. Meanwhile, the relatively narrow operating bandwidth of microstrip antenna is also a problem in application. These flaws have dramatically limited its applications and spawned many studies on phased array with wide-angle scanning capability. Several methods have been proposed to broaden the scanning coverage of phased array, such as utilizing pattern-reconfigurable antenna as an element of array, taking wide-beam antenna as the element of array, and adopt metasurface as the top cladding of array. However, most of existing researches mainly focus on achieving wide-angle scanning performance within a relatively narrow bandwidth. A phased array that possesses wide-angle scanning capability at both main planes within a relatively wide bandwidth is highly desirable. In this paper, a wide-beam magnetoelectric (ME) dipole antenna is proposed. It consists of an ME dipole antenna in the form of microstrip patch and a pair of magnetic dipoles. Metallic through holes integrated with patches and ground are utilized to form magnetic currents. Extra magnetic dipoles are added to broaden the 3-dB beam-width. The simulated results reveal that the 3-dB beam-width of the proposed antenna is greater than 107° in the E-plane (9 GHz–12 GHz) and 178° in the H-plane (7 GHz–12 GHz) respectively. The impedance bandwidth of the proposed antenna is 53.26% from 7.3 GHz to 12.6 GHz (VWSR < 2). Based on the proposed antenna element, two linear phased arrays are fabricated and measured. To test the wide-angle scanning capability of the arrays, each antenna element is simply fed with alternating currents with identical amplitude and linearly increasing phases. The measured results reveal that the wide-angle scanning capability of H-plane array and E-plane array can be obtained from 9 GHz to 12 GHz. The scanning beam of the H-plane array can cover the range from -90° to 90°. The scanning beam of the E-plane array can cover the range from –70° to 70°. The impedance bandwidth of the central antenna is 27.03% for the H-plane array from 9.6 GHz to 12.6 GHz (active VWSR < 2.5) and 36.36% for the E-plane array from 9 GHz to 13 GHz (active VWSR < 2) respectively. Hence, the proposed method can be used as a reference for designing a wide-beam antenna and wide-angle scanning phased array and the designed phased arrays can be applied to X-band radar systems.Keywords: wide beam, wide-angle scanning, magnetoelectric(ME) dipole antenna, phased arrayPACS: 41.20.Jb, 42.25.Bs DOI: 10.7498/aps.70.20201104* Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 61671464, 61801508, 61701523), the Natural Science Foundational Research Fund of Shaanxi Province, China (Grant Nos. 2018JM6040, 2019JQ-103), and the Postdoctoral Innovation Talent Support Program of China (Grant No. BX20180375).† Corresponding author. E-mail: 182****6812@。

相控阵天线仿真分析报告

相控阵天线仿真分析报告

2X2相控阵天线仿真分析温州大学 张文杰(wjzhg@)一、仿真分析软件HFSS13.0二、基本单元天线特性作为相控阵天线的基本单元,贴片天线的结构如下:2.1如下图,单元天线的回波损耗约‐20dB,中心频率0.889GHz2.2天线的增益方向图最大增益约7.2dB,最大辐射方向在Z轴方向,。

‐3dB夹角约81°.天线输入阻抗约(40+j2)ΩZ=(0.8+j0.04)X50=(40+j2)Ω三、2X2相控阵天线的模拟分析3.1相控阵天线布局四个单元呈矩形分布:上面二个,下面二个。

上面二个天线的中心矩为160mm(X方向,矢量U) ; 上下二个天线的中心矩为130mm(y方向,矢量V)。

z方向为平面法线方向。

设垂直矢量为U,水平矢量为V。

V矢量保持相位为0°不变,U矢量可在-90°到90°之间通过移向控制板设定或连续扫描。

理想状态下,即忽略连线及功率分配器阻抗适配引入的损耗和天线间相互干扰的情况下,几种典型情况仿真分析如下。

3.2 UV矢量同相位情况UV矢量同相位均为0°,天线总增益约13dB,X,Y方向‐3dB夹角为47°左右3.3 U 矢量为90°时U 矢量为90°时,天线总增益约12dB ,X 方向‐3dB 夹角为61°(‐52~9°),Y 方向约57°(‐30~27°)。

见下图。

3.4 V矢量为0°U矢量为‐90°时V矢量为0°U矢量为‐90°时,天线总的最大增益约12dB。

‐3dB角X方向59.5°(‐9.5~50°),Y方向约57°(‐30~27°)3.5 相控阵天线主要特点总结1、当V 矢量保持相位0°不变,U 矢量相位在‐90~90°之间扫描时,‐3dB 辐射角约为102°(‐52~50°)。

RFID偶极子天线设计与仿真

RFID偶极子天线设计与仿真

泉州师范学院毕业论文(设计)题目 RFID偶极子天线设计与仿真物理信息工程学院电子信息科学与技术专业 07 级1班学生姓名连劲松学号 *********指导教师余燕忠职称副教授完成日期 2011年4月教务处制RFID偶极天线的设计和分析物理信息工程学院电子信息科学与技术专业070303044 连劲松指导教师:余燕忠副教授【摘要】:RFID偶极天线因其具有结构简单且效率高的优点,且可以设计成适用于全方向通讯的RFID 应用系统,已成为RFID标签天线应用最广泛的天线结构。

本文基于Ansoft HFSS平台上,主要对RFID 中常用的不同结构的偶极天线进行分析与设计,并且分析影响天线性能的因素,具有很强的实用性。

【关键词】:射频识别;偶极天线;RFID标签目录摘要 (1)0.引言 (3)1.RFID的发展状况 (3)1.1发展历史 (3)1.2国内外研究现状 (4)2.RFID的理论基础 (4)2.1RFID的工作原理 (4)2.2RFID系统中的天线的作用 (5)3.RFID系统中的天线类型 (5)3.1线圈天线 (5)3.2缝隙(微带贴片)天线 (7)3.3偶极子天线 (7)4. 本文任务要求 (8)5.偶极子天线仿真设计与分析 (8)5.1半波偶极子天线 (8)5.2弯折偶极子天线 (11)5.3折合偶极子天线 (15)5.4变形偶极子天线 (17)6.影响偶极子天线工作性能的因素 (19)7.总结 (20)7.1设计中出现的问题及处理 (20)7.2设计感想 (20)参考文献 (21)致谢 (22)0.引言射频识别技术(Radio Frequency Identification ,简称RFID)是从二十世纪九十年代兴起的一项自动识别技术。

它利用无线射频方式进行非接触式的双向通信,可达到识别并交换数据的目的[1]。

与传统的接触式识别技术不同,RFID系统具有传输速率快、大批量读取、防冲撞等特点,随着射频识别技术的成熟,RFID技术广泛的应用于物流、交通、零售、医疗等领域[1]。

CST-偶极子相控阵天线的仿真及优化

CST-偶极子相控阵天线的仿真及优化

实验报告学生:学号:指导教师:实验地点:实验时间:一、实验室名称:二、实验工程名称:微波工程CAD实验三、实验学时:20四、实验原理:CST仿真软件是基于有限积分法,将整个计算区域离散化并进展数值计算,模拟各种实际器件得出场分布及其各种参数的特性曲线,最后可根据实际要求对所得结果进展优化,得出最优化下的器件尺寸参数。

本次实验利用CST对偶极子相控阵天线及微带到波导转换模型进展了仿真模拟,以此来掌握CST的应用。

五、实验目的:了解并掌握CST仿真软件的根本操作,学习利用CST仿真软件进展一些简单的工程设计。

六、实验容:第一题偶极子相控阵天线的仿真与优化:①偶极子天线尺寸如下列图,在4~12GHz 的频率围,请优化单个偶极子天线的工作频率谐振在f0=8GHz,待优化的变量Lambda初值取为29mm,绘出在该工作频率点的方向图;②将该单个天线在*和y方向分别以Lambda/4作为空间间隙、以90度作为相位间隙,扩展成一个2*2的相控阵天线阵,请使用三种方法计算该天线阵的方向图;③对结果进展比拟、分析和讨论。

第二题微带到波导转换的仿真与优化:在26~30GHz频率围优化下列图微带到波导的转换,使全频带反射最小,并绘出中心频点28GHz的电场、磁场与外表电流的分布;微带是Duroid5880基片,介电常数2.2,基片厚0.254mm,金属层厚0.017mm,介质上的空气尺寸3*1*8mm,标准50欧姆微带线宽0.77mm;波导是Ka波段的BJ320波导,尺寸7.112*3.556*10mm;L是微带基片底面到波导短路面距离,W0*L0是伸入波导中的微带探针的宽与长,W1*L1是第一段变阻线的宽与长,W2*L2是第二段变阻线的宽与长,7个待优化变量可取下列图给的初值。

七、实验器材〔设备、元器件〕:台式计算机;CST Design Environment 2021仿真软件;U盘〔学生自备〕。

八、实验步骤:第一题:偶极子相控阵天线的仿真a.单个偶极子天线模型单个偶极子天线方向图b.利用3种方法将单个天线扩展成一个2*2的相控阵天线阵方法一将单个天线的远场结果采用不同的幅度和相位叠加,从而得到阵列的结果。

偶极子天线仿真入门

偶极子天线仿真入门

Create, close
安世亚太EMBU培训材料
劈开构成偶极子结构
由于是偶极子天线,为了 加激励
– 剖空内部
选择dipole,点列表内的 region域下的Region1, 右键属性 设置为free space
– 劈开成两部分
选择dipole,点split工具 点选global XY按钮, Create
– 此后的很多例程中都涉及到这两种激励,这里具体 到这两种激励端口的设置,以后的例子中均按照这 样的方式设置
安世亚太EMBU培训材料
Part 1——线单元模拟
启动CADFEKOБайду номын сангаас
– 设置变量
在Variables上右键, Add variable Freq=300e6 Lam=c0/freq Seg_l=lam/15

2007年公开培训课程高频电磁安世亚太成都ebu偶极子天线仿真入门偶极子天线仿真入门两种仿真方式两种激励类型安世亚太ebu培训材料说明偶极子是线天线可用线单元模拟但半径较粗时亦可用柱体模拟segmentportedgeport此后的很多例程中都涉及到这两种激励这里具体到这两种激励端口的设置以后的例子中均按照这样的方式设置安世亚太ebu培训材料part1线单元模拟在variables上右键addvariable点line工具输入参数z从lam4开始到lam4createclose安世亚太ebu培训材料设置激励用的端口在信息列表内点开edges项选择wire1点右键选择createportwireport弹出的对话框内选择middle工程树内也会在ports内增加一项安世亚太ebu培训材料剖分网格模型建立好后需要剖分网格设置激励和求解点mesh菜单createmesh由于此例只有线结构所以只需设置线单元属性在segmentlength输入seglwiresegmentradius输入lam200点视图工具显示单元节点meshes项内和ports项都将增加网格内容安世亚太ebu培训材料设置求解项转到solution项设置其中的选项frequency项上双击输入freq变量设置频率转到excitation右键选择voltagesource选择port1createclose转到calculation右键选择requestfarfield点3dpartten按钮createclose安世亚太ebu培训材料求解filesave取工程名为dipolesegokalt2运行prefeko预处理弹出窗口okalt3进入postfeko查看模型设置在cadfeko或postfeko内按alt4运行feko求解弹出求解进度窗口完成后点ok安世亚太ebu培训材料后处理点左边三维工具条中的远场显示按钮可更改左边面板内的参数如用db显示如显示增益等等点上排二维工具栏远场显示图标左边面板内选择gain勾选wrap选择属性设置工选择极坐标显示安世亚太ebu培训材料part2面单元模拟freq300e6basecentre00lam4radius005heightlam2createclose安世亚太ebu培训材料劈开构成偶极子结构由于是偶极子天线为了加激励选择dipole点列表内的region域下的region1右键属性设置为freespace
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实验报告
学生姓名:学号:指导教师:
实验地点:实验时间:
一、实验室名称:
二、实验项目名称:微波工程CAD实验
三、实验学时:20
四、实验原理:
CST仿真软件是基于有限积分法,将整个计算区域离散化并进行数值计算,模拟各种实际器件得出场分布及其各种参数的特性曲线,最后可根据实际要求对所得结果进行优化,得出最优化下的器件尺寸参数。

本次实验利用CST对偶极子相控阵天线及微带到波导转换模型进行了仿真模拟,以此来掌握CST的应用。

五、实验目的:
了解并掌握CST仿真软件的基本操作,学习利用CST仿真软件进行一些简单的工程设计。

六、实验内容:
第一题偶极子相控阵天线的仿真与优化:①偶极子天线尺寸如下图,在4~12GHz的频率范围内,请优化单个偶极子天线的工作频率谐振在f0=8GHz,待优化的变量Lambda初值取为29mm,绘出在该工作频率点的方向图;②将该单个天线在x和y方向分别以Lambda/4作为空间间隙、以90度作为相位间隙,扩展成一个2*2的相控阵天线阵,请使用三种方法计算该天线阵的方向图;③对结果进行比较、分析和讨论。

第二题微带到波导转换的仿真与优化:在26~30GHz频率范围内优化下图微带到波导的转换,使全频带反射最小,并绘出中心频点28GHz的电场、磁场与表面电流的分布;微带是Duroid5880基片,介电常数2.2,基片厚0.254mm,金属层厚0.017mm,介质上的空气尺寸3*1*8mm,标准50欧姆微带线宽0.77mm;波导是Ka波段的BJ320波导,尺寸7.112*3.556*10mm;L是微带基片底面到波导短路面距离,W0*L0是伸入波导中的微带探针的宽与长,W1*L1是第一段变阻线的宽与长,W2*L2是第二段变阻线的宽与长,7个待优化变量可取下图给的初值。

七、实验器材(设备、元器件):
台式计算机;CST Design Environment 2009仿真软件;U盘(学生自备)。

八、实验步骤:
第一题:偶极子相控阵天线的仿真
a.单个偶极子天线模型
单个偶极子天线方向图
b.利用3种方法将单个天线扩展成一个2*2的相控阵天线阵
方法一将单个天线的远场结果采用不同的幅度和相位叠加,从而得到阵列的结果。

方法一所得阵列方向图
方法二 构造四个相同的天线,都由各自的同轴线激励,顺次计算完所有天线后,再将结果以任意幅度和相位合并。

方法三对所有天线并行激励,只计算一次就得到远场结果。

对结果进行分析解释:
方法一:未考虑天线之间的耦合,未考虑激励之间的影响。

方法二:计算仅涉及天线结构之间的相互影响。

方法三:同时涉及结构和激励的相互影响。

综上方法三得到的仿真结果最好。

第二题:微带到波导转换的仿真与优化
a.建立微带到波导转换模型
微带到波导转换模型
b. 按题目要求设置工作频率、边界条件及监视器,仿真得到S参数
优化前S参数
c.优化结果
d. 中心频点28GHz处的电场、磁场与表面电流的分布
中心频点电场分布
中心频点磁场分布
中心频点电流分布
对结果进行分析解释:
可以看出,经过优化后S参数曲线发生了较大的改变,优化后的S参数要明显好于优化前。

十、实验结论:
1、偶极子相控阵天线:方法三同时考虑了结构和激励的相互影响,因此该方法所得结果最接近真实值。

2、微带到波导转换:调节几个变量可以得到更好的结果,得到符合要求的参数。

十一、总结及心得体会:
通过本次实验,我掌握了CST软件的基本操作。

进行了一些仿真实例的练习后,我对CST的操作更加熟练,而且由于CST相比其他软件计算精度较高,因此CST是一款非常好的仿真软件,在未来的学习中一定能够更多地运用到它。

最后谢谢老师对我们的细心教导!
报告评分:
指导教师签字:。

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