烟台大学
毕业论文（设计）
基于HFSS的微带天线设计
Microstrip antenna design based on HFSS
申请学位：工学学士学位
院系：光电科学技术与信息学院
烟台大学毕业论文（设计）任务书院（系）：光电信息科学技术学院
[摘要]天线作为无线收发系统的一部分，其性能对一个系统的整体性能有着重要影响。近年来内置天线在移动终端数量日益庞大的同时功能也日益强大，对天线的网络覆盖及小型化也有了更高的要求。由于不同的通信网络间的频段差异较大，所以怎样使天线能够覆盖多波段并且同时拥有足够小的尺寸是设计内置天线的主要问题。微带天线具有体积小，重量轻，剖面薄，易于加工等诸多优点，得到广泛的研究与应用。微带天线的带宽通常小于3％，在无线通信技术中，对天线的带宽有了更高的要求；而电路集成度提高，系统对天线的体积有了更高的要求。
随着技术的进步，在不同领域对于天线的各个要求越来越高，所以对微带天线的尺寸与性能的分析有着重要的作用。对此，本文使用HFSS 软件研究了微带天线的设计方法，论文介绍及分析了天线的基本概念和相关性能参数，重点对微带天线进行了研究。
本文介绍了微带天线的分析方法，并使用HFSS 软件的天线仿真功能，对简单的微带天线进行了仿真和分析。
[关键词] 微带天线设计分析HFSS
[Abstract]Antenna as part of the wireless transceiver system, its performance important impact on the overall performance of a system. Internal antenna in recent years an increasingly large number of mobile terminals while also increasingly powerful, and also network coverage and miniaturization of the antenna Band differences between the different communication networks, cover band and also problem of the design built-in antenna. Microstrip antenna with small size, light weight, thin profile, easy to process many advantages, extensive research and application. Microstrip antenna bandwidth is typically less than 3% the bandwidth of the antenna in wireless communication technology; improve the integration of the circuit the size of the antenna.
As technology advances in different areas for various requirements of the antenna important role. Article uses HFSS microstrip antenna design, the paper introduces and analyzes the basic concepts and performance parameters of the antenna, with emphasis on the microstrip antenna.
This article describes the analysis of the microstrip antenna and antenna simulation in HFSS simulation and analysis functions, simple microstrip antenna.
[Key Words]Microstrip antenna design analysis HFSS
目录
1 绪论 (3)
1.1 课题研究背景 (3)
1.2微带天线的发展 (2)
2 天线的基本概念及原理 (3)
2.1天线的基本概念 (3)
2.2天线辐射原理 (3)
2.3天线的基本参数 (4)
2.3.1 天线的极化 (5)
2.3.2 天线方向图的概念 (5)
2.3.3 天线输入阻抗的计算方法 (6)
2.3.4 天线的谐振频率与工作频带宽度 (7)
2.3.5 天线的驻波比 (7)
3 微带天线概述 (7)
3.1微带天线的简介 (7)
3.1.1微带天线结构与分类 (7)
3.1.2 微带天线的性能 (8)
3.1.3 微带天线的形状 (8)
3.2 微带天线的分析方法 (8)
3.2.1 物理模型 (9)
3.2.2 辐射原理 (9)
3.2.3 微带天线的结构 (9)
4 微带天线的相关理论及实例仿真 ..................................................... 错误！未定义书签。
4.1微带天线的基本理论 ....................................................................... 错误！未定义书签。
4.2微带天线的仿真 ............................................................................... 错误！未定义书签。
4.3HFSS对具体实例的仿真................................................................. 错误！未定义书签。
4.3.1 选取微带天线模型 ................................................................... 错误！未定义书签。
4.3.2 HFSS 的仿真过程 .................................................................... 错误！未定义书签。
4.3.3 仿真结果 (10)
4.3.4 结论分析 (11)
结语 (11)
致谢....................................................................................................... 错误！未定义书签。参考文献 (12)
1 绪论
1.1课题研究背景
天线作为无线收发系统的一部分，其性能对一个系统的整体性能有着重要影响。近年来内置天线在移动终端数量日益庞大的同时功能也日益强大，对天线的网络覆盖及小型化也有了更高的要求。由于不同的通信网络间的频段差异较大，所以怎样使天线能够覆盖多波段并且同时拥有足够小的尺寸是设计内置天线的主要问题。微带天线具有体积小，重量轻，剖面薄，易于加工等诸多优点，得到广泛的研究与应用。微带天线的带宽通常小于3％，在无线通信技术中，对天线的带宽有了更高的要求；而电路集成度提高，系统对天线的体积有了更高的要求。
微带天线(Microstrip antenna)是由导体薄片粘贴在背面有导体接地板的介质基片上
形成的天线，随着科技的进步、空间技术的发展和低剖面天线的需求，使微带天线进一步发展。
和普通的天线相比，微带天线有这些优点：体积小，重量轻，低剖面，能与载体共形；易于实现线极化和圆极化，容易实现双频段、双极化等多功能工作[1]；微带天线散射截面较小；易于集成微带线路，成本低，易于大规模生产。微带天线已得到越来越多的关注，已用于约100MHz～100GHz的宽广频域，包括卫星通信，雷达，制导武器以及便携无线电设备等的使用。为了实现更优秀的带宽及增益，可以使用相同结构的微带天线组成微带天线阵列。然而，微带天线的主要缺点是[2]：频带窄；有导体和电介质损耗，会激励表面波，导致辐射效率较低；方向系数较低；单个的微带天线的功率容量小；性能受基片材料的影响大。
1.2 微带天线的发展
微带天线问世时间不长，在20世纪70年代初研制成功最早具有实用价值的微带天线。微带天线具有很多突出的优点，使微带天线在短短几十年中快速发展。在卫星通信，指挥和控制系统，多普勒雷达，卫星导航接收机，遥测导弹，武器信管等许多领域，微带天线占领着举足轻重的地位[3] 。
微带天线正在逐步应用于较低的频段中，如VHF VHF波段，使它不止在厘米波和毫米波波段有所作为。这些频段正是目前迅速发展的移动通信，无线调制解调器等常用的频段。
微带天线的小型化是微带天线的方向发展之一[4]。有三种方法可以减小微带天线的尺寸：
一是采用高介电常数介质。天线的谐振频率一定，介电常数与天线的尺寸成反比，但是由于微带天线的增益和带宽也随Σ的增大而减小，限制了这种方法的应用；二是采用短路探针，附加额外的短路探针并把它靠近馈电探针时，可以显著减小贴片的大小；这是减小尺寸最明显的方式，其原理是利用短路探针和同轴探针之间形成强耦合，等效于一个电容负载，进行阻抗补偿，但短路探针和馈电探针之间距离很近，对输入阻抗的特性影响非常敏感，难以处理和调试，另外，这种天线的频带窄，增益低，也限制了其应用; 三是在微带贴片上开槽以延长贴片的表面电流路径，从而降低了天线的谐振频率，这是目前小型化技术的主要方法，开槽不仅降低了天线的谐振频率，而且还保证了一定的增益和带宽，对天线性能没有大的影响，容易实现圆极化和双频双极化特性。
近年来，许多研究已发表许多小型圆极化的微带天线。这些天线实现了圆极化辐射而且尽可能的减小了天线的尺寸，尺寸减小最大可以达到大约50％，但这样导致天线的增益很低。所以在保证高增益的基础上尽可能的减小天线尺寸是研究的方向。近年来出现的“光电子带隙的PGB（Photonic Band-Gap）”基片材料可有效地抑制表面波，解除了用较厚基片的限制，提高天线的增益，削弱了阵元之间的相互耦合。
微带线馈线网络是另一个方向的研究[5]。优先的结构方案是采用探针的背馈方式将辐射部分借接地板隔开。介质波导馈电的方案，为了减少馈线的长度将各辐射单元直接连接在传输接收组件上，接收通道放大器还可以补偿传输损耗，将成为大规模阵列系统发展的主流。
2 天线的基本概念及原理
天线是一个用于发送和接收电磁波的重要的无线电设备，没有天线就没有无线电通信。不同种类的天线适用于不同用途，不同场合，不同频率，不同要求等不同情况；天线种类繁多，可按照一定特征进行分类：根据用途分类，可分为通信天线，雷达天线等；根据工作频段分类，可分为短波天线，超短波天线，微波天线等。
2.1 天线的基本概念
天线无处不在。所有的无线电设备都需要使用无线电波来开展的工作，天线在作发射时，它将电路中的高频电流转换为极化的电磁波，发射向规定的方向；作接收时，则将来自特定方向的极化的电磁波转换为电路中的高频电流。
所以天线的功能主要有[6]：
(1) 能量转换
对于发射天线，天线应将电路中的高频电流能量或传输线上的导行波能量尽可能多地转换为空间的电磁波能量辐射出去。对于接收天线，传输到接收机上的由天线接收的电磁能量应尽可能转换为电路中的高频电流能量；天线和发射机或接收机应该尽可能良好的匹配。
(2) 定向辐射或接收
发射及接受天线的辐射电磁能量应集中在指定的方向，尽可能的不接收来自其它方向的电磁波，不要将能量损失在别的方向上，否则接收所需信号的同时，还有可能接收到不同方向的其它信号，造成不必要的干扰。所以好的天线一定需要具有良好的方向性。在接收距离过远的信号时，必须采用定向性好、增益高的天线。
(3) 应有适当的极化
天线发送或接收的电磁波一定是规定极化的，不同极化的电磁波无法互相接收或接收会损失大部分能量。
(4) 天线应有一定的工作频段
任何天线都有一定的工作频段。天线的接收和发送是相互的。由互易原理，天线和馈电网络中如果没有非线性器件，那么用同一天线来发射和接收电磁波时，基本特征保持不变，所以可以使用分析发射天线的方法分析接收天线特性。
2.2 天线辐射原理
天线是用于发射或接收无线电波的装置，在很久以前科学家们就证实了只有天线才能将带有信息的无线电波传送出去，也只有天线才能将外界的无线电波接收进来，所以在无线电波的传播过程中天线的作用显而易见。作为辐射体，天线在辐射电磁波时，须要具备以下条件[7]：
（1）电流源输入到天线上，其频率必须很高。高频电流才可以产生高速变化的电场，在周围建立强大的位移电流，并在附近产生出时间推移而变化的强磁场，这个强磁场又会在附近产生变化的磁场，在空间中互相推进。场强一定，波源频率与位移电流成正比，与能量辐射也成正比，而静态电场或磁场不会变化，它的频率为零，不产生辐射。低频场变化缓慢，低频电磁辐射也较弱。所以必须使用高频以产生有效辐射。
（2）天线的结构：并不是任意带电物体都会产生电磁波并且辐射电磁波。要使波源从辐射体辐射出有效的能量，使能量脱离辐射体，必须它的结构是一个带电的开放系统。就是说这个辐射体若要辐射能量，必须将它做成偶合形、开放形传导结构，否则产生的辐射会非常微弱甚至无法辐射。
电磁波辐射是导线带有交变电流而形成的，导线的长度、形状决定了辐射能力。如果两根导线的位置非常接近，则两导线相互抵消了感应电动势，从而产生的辐射非常微弱。如果将两导线分开，由于电流方向相同，在同一方向产生感应电动势，从而产生较强的辐射。当波长远大于导线长度L时，电流减小，辐射极弱。
导线上的电流随导线的长度增大而增大，当导线长度增大到可与波长相比时，则能够形成强大的辐射，称为振子。如图2.1：
图2.1 振子辐射图
对于不同种类的天线，他们的发射能力和特性指标各不相同。但每一种天线都既可以做发射天线也可以做接收天线，这是它们的主要特点之一，这就是天线的互易原理。
2.3 天线的基本参数
要了解天线知识，就需要了解天线的基本参数。
对于衡量天线性能的一些指标，就需要运用天线的参数来描述。设计与仿真微带天线时，往往需要一些指标来指导设计者进行天线设计，例如天线的极化、方向图形状、输入阻抗、工作频率和频带宽度、驻波比等。
通过定义天线的各个参数可以描述天线的性能。接下来介绍天线设计中的一些重要参数[8]。
2.3.1 天线的极化
电磁波电场矢量的空间指向就是电磁波的极化方向。
电磁波的极化是指在空间的一点上，顺着电磁波的传播方向，它的电场矢量在空间的方向随时间变化而形成的轨迹。根据形成的轨迹是直线、圆或椭圆分为线极化、圆极化和椭圆极化。
图2-2为电磁波电场矢量在空间的方向随时间变化而形成的轨迹曲线。
(a) 线极化(b) 圆极化或椭圆极化(c) 极化椭圆
图2.2
电磁波的极化可以确定天线的极化。天线的极化定义为：最大增益方向发射的电磁波的极化，或能使天线终端在接收电磁波时得到可用范围内最大功率的方向入射电磁波的极化。天线可根据不同形式的极化分为线性极化天线和圆极化天线。椭圆极化波就是在传播过程中的方向是旋转的电波。若旋转过程中电场的大小不变，则称之为圆极化波。按传播方向为顺时针或逆时针旋转又分为右旋圆极化波和左旋圆极化波。不同的极化波作接收时，天线需要具有相应的极化特性。用垂直极化波作接收时，天线需要具有垂直极化特性；用水平极化波作接收时，天线需要具有水平极化特性；用右旋极化波作接收时，天线需要具有右旋极化特性；用左旋极化波作接收时，天线需要具有左旋极化特性。当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致就会在接收过程中会产生相应的极化损失，接收天线的极化方向和传入波的极化方向正交时，接收天线将无法收到来波的任何能量，这种情况就被称为来波和接收天线极化是相隔离的。
2.3.2 天线方向图的概念
天线辐射特性与空间坐标之间的函数图形被称为天线方向图，由天线方向图便可了解天线的辐射特性。天线方向图普遍是在远场区域确定的，所以天线方向图又称为远场方向
图。辐射特性有功率，场强，极化和相位。因此，天线方向图被分为功率，场强，极化和相位四种方向图。这里主要涉及场强和功率方向图。通过两个途径可绘制出天线方向图：第一，分析天线远区辐射场得到方向图的函数，从而计算和绘制方向图；第二，实验测量得到天线方向图的数据，根据数据绘制出方向图。
远区辐射电磁场大都可以表示为：
(2. 1)
(2. 2)
式中，Eθ是电场强度的θ分量，它与坐标无关，与激励有关；Hφ是磁场强度φ的分量，；f(θ，φ) 为天线的方向图函数；r为以天线上一点到某点间的距离；η0 = = 120为自由空间波阻抗；β= 2λ 为相位常数。
归一化方向图函数表示为：
(2. 3)
式中，(θm,φm ) 为天线最大辐射方向，f (θm,φm ) 为方向图函数的最大值。由式(2. 1)和(2. 2)得出两个值相等，由此得出天线的辐射场方向图由f(θ,φ) 和F(θ,φ) 构成。
天线方向图为一个三维空间的曲面图形，它描述了电场强度在空间的分布情况。通常是通过描述最大辐射方向的两个正交平面上的剖面图的方法来描述天线的方向图。这两个相互正交的平面在线极化天线中取为E面和H面。
E面：是指通过天线最大辐射方向并与电场矢量平行的平面。
H面：是指通过天线最大辐射方向并与磁场矢量平行的平面。
E面和H面互相正交。
2.3.3 天线输入阻抗的计算方法
天线和馈线的连接端，称为天线的输入阻抗。为了使天线的输入阻抗尽可能是纯电阻，应使电抗分量趋近于零，否则从天线到馈线的有效信号功率会受到输入阻抗的电抗分量的影响而减少。
天线的输入阻抗可由公式计算：
(2. 4)
天线的输入阻抗讨论的目的是对天线和馈线实行匹配，天线与馈线连接的最有利的情况是天线的输入阻抗是纯电阻，电阻应该等于传输线的特性阻抗，当天线输入阻抗存在电
抗成分，电阻部分是不等于传输线的特性阻抗，必须匹配网络，以得到天线与馈线的良好匹配[9]。
天线的输入阻抗受到诸多因素的影响，比如天线的结构，馈电点的位置，其工作频率，几何尺寸，天气条件以及周围的环境等。天线的输入阻抗在天线的设计和应用里是被关注的一个参数。
2.3.4 天线的谐振频率与工作频带宽度
天线的共振频率是使天线的输入阻抗为零频率的电抗分量，称为天线的谐振频率。天线在移动通信系统的应用中，频带宽度通常根据驻波比SWR ≤ 1.5 ( S11 ≤-10dB )来定义天线的工作频带宽度。假设天线的最高工作频率为f max ，最低工作频率为f min ，对于窄频带天线，采用相对带宽[(f max-f min)f0]ⅹ100% 来表示其频带宽度。
一般的，天线在其工作频带宽度内，它的性能在各个频率点上会产生不同，造成在可接受范围内的性能下降。
2.3.5 天线的驻波比
驻波比是天线系统的重要特性参数，它表达了对天线与馈线之间的匹配程度状态。由于入射波能量传输到天线的输入末端没有被吸收，产生的反射波，叠加形成了驻波比。驻波比与反射成正比，当它们的值越小，它们的匹配越好。
馈线上的电流或电压的最大值与电流或电压的最小值之比，称为驻波比。公式表示为：
(2. 5)
图2.3反映出了驻波比的定义：
图2.3 驻波比
显然驻波比越小越好。若S=1，则天线与馈线完全匹配，不存在能量反射。在实际的工作中，这一指标几乎不可能达到。S=1 只是理想数值。在实际工作中测量这两个参数时一般都是S>1。
3 微带天线概述
3.1 微带天线的简介
3.1.1微带天线结构与分类
微带天线是近30年来逐渐发展起来的一类新型天线。常用的一类微带天线是在一个薄介质基上，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。
如下图3.1，矩形微带天线元的长为L，宽为W2，可看作由一般低阻传输线连接两个辐射缝组合而成。L为λg2时，在低阻传输线两端形成两个缝隙，向外辐射。
还有一类微带天线叫做微带缝隙天线。它将上述接地板刻出缝隙，而在介质基片的另一面印刷出微带线对缝隙馈电。
微带天线可以按结构特征分为微带缝隙天线和微带贴片天线；按形状分为圆形、矩形、环形微带天线等。按工作原理可分成驻波型和行波型微带天线。驻波型天线只工作在谐振频率附近，有特定的谐振尺寸；行波型天线末端加匹配负载来保证传输行波，它没有谐振尺寸的限制[10]。如图3.1
图3.1 微带贴片天线
3.1.2 微带天线的性能
微带天线一般情况下应用于1～50GHz的频率范围内，也有用于几十GHz的特殊天线。相比于普通的天线，微带天线有如下优点[11]：
(1) 重量轻，体积小，低剖面，能与载体共形。
(2)电性能多样化。微带元的最大辐射方向根据设计的不同，可以从边射到端射范围内任意调整；容易得到各种极化。
(3)易集成。能和有源器件、电路集成为统一的组件。
3.1.3 微带天线的形状
贴片的形状多种多样，在实际应用中根据不同的性能要求和不同的安装条件，要使用的微带贴片天线形状也各不相同。因此，对各种形状的微带贴片天线进行分析，就是为了能使微带天线适用于各种特殊的用途。
3.2微带天线的分析方法
在对天线的性能参数进行预先估算之后才可以进行微带天线的设计，这样做有助于提高高天线研制的质量和效率。有许多种分析微带天线进行估算的方法。以下将介绍一般的微带天线的分析方法。
3.2.1 物理模型
传输线方法的基本假设：(1)一般微带传输线由微带片和接地板构成，传输准TEM波。波的传输方向决定于馈电点。线段长度为1≈λg2，准TEM波的波长为λg。传输方向是驻波分布，其垂直方向为常数。(2)传输线的两个开口端可以看做两个辐射缝，长为W，宽为h，传输线的开口端场强为缝的径场。缝平面可看做是在位于微带片两端所延伸的面。
3.2.2 辐射原理
微带天线中的尺寸远远小于波长，所以天线的剖面低，这样有利于共形设计，并且可以保证优良的空气动力特性。图3.1所示的微带天线元可以看作是由传输线连接两个辐射缝组合而成。微带馈线扩展其宽度W1为W2而成为低特性阻抗的传输线，其长度L为半个微带波长，即λg2。两个低阻抗传输线的两端，形成了两个缝隙，电场被分解为两个分量，En垂直于接地板，E1平行与接地板，因为L=λG2，所以辐射源的垂直方向上，水平分量可以得到最大辐射，垂直分量相互抵消而为零。
接地面平行于裂缝平面，水平电场Ey激励裂缝。EY沿着裂缝均匀分布。Ey与x
方向的磁流等效。沿z方向裂缝面的法向单位矢量为磁流密度。考虑地平面反射的影响，裂纹宽度h<λ且沿y方向的y同样是常数，所以裂缝辐射与磁流强度Im等效。
3.2.3 微带天线的结构
图3.1 矩形微带天线结构及传输模式等效电路[12]
矩形微带天线的结构及传输模式等效电路如图3.1所示。图中，L×W为辐射体的尺寸；L1馈电点到近边的距离；Boundary)、电压源(Voltage Source)、电流源(Current Source)等等。
在此模型中，选择边界条件为Perfect E。
(4) 选择激励方式(Excitations)
点击Excitations菜单，选择激励端口设置为Lumped port和Wave port。
在此模型中，选择激励条件为Lumped port。
(5) 设置求解参数(Setup Solution Parameters)
进入设置求解参数菜单(Setup Solution Parameters),根据本天线单元的具体情况，将允许迭代误差(AllowableDelta S)设为0.02，自适应频率(Adapt Frequency)设为中心频率
2.25GHz，最大迭代次数(Number of Additional Adaptive Passes)设为20。
若在最大迭代次数内，迭代误差未达到0.02，不再继续计算，当迭代误差达到0.02，仿真过程结束。迭代误差指的是相邻两次迭代得到的S参数的差，两次结果越接近则误差越小，但亦非越小越好，主要看其变化趋势，即其值随迭代次数逐渐减小，则说明解是收敛的。
为了看到整个频段的电参数，需要进行扫频，设置如下参数：起始频率(StartingFrequency)：1GHz；终止频率(Ending Frequency)：3.5GHz；步长数(Number of Steps)：210，这些工作做好后，即可退出，进行求解。
(6) 后处理(Post Processing)
HFSS能给出所仿真期间的散射矩阵、S参数、VSWR、端口特性阻抗、天线方向图等参数。
4.3.3 仿真结果
HFSS软件功能强大，如下是仿真的S11参数、天线的方向图和驻波比参数曲线。(1) 天线的S11参数
图3.3 S11参数曲线
S11表示信号到天线被反射信号的大小[17]，它是天线仿真中非常重要的一个参数。通常选择S11参数在-10dB以下的频率范围为天线的有效频率宽度，S11参数衰减最大时的频率为天线的中心频率。如图3.3所示为此天线的S11参数示意图。
由图可以看出天线的中心频率f0大约为2.28GHz，频率范围大约为2.27~2.29GHz，带宽比较窄。
(2) 天线方向图
图3.4 天线方向图
图 3.4 是天线在工作频率f0 为 2.28GHz 时的辐射方向图，由图可以看出，在其最大辐射方向上天线的增益大约为7dB。此天线有不同程度的负瓣，说明其能量辐射不太集中，天线辐射和接收信号会有一定的能量损失。
(3) 驻波比(VSWR)
图3.5 驻波比曲线
图3.5为此天线的驻波比曲线，一般来说，天线设计中以驻波比<2 为宜[18]，但是驻波比并不是表示天线性能的唯一参数。由图可以看出，在此天线中驻波比大约为 4.9，略微偏大，希望可以通过改进方案使驻波比变小，尽量提高天线的性能。
4.3.4 结论分析
我们通过HFSS 仿真得出其中心频率约为 2.28GHz。可以看出用HFSS 仿真微带天线的参数是行之有效的，也是非常方便的。这为我们此后研究天线的尺寸特性提供了很好的方法，并且说明HFSS 的仿真结果也是非常准确的。在微带天线上采用三维仿真设计进行电磁场分析, 其高精度的仿真分析功能, 使得工程设计人员从繁琐的编程计算、频繁的实验调试中解脱出来, 节省了大量的时间和精力。
结语
通过本文让我们大致了解了天线的基本概念和初步的认识，并通过使用HFSS 软件对微带天线进行了仿真分析，主要完成了以下工作：
（1）了解了天线的概念，大致介绍了天线的几个基本参数及接受、发射信号的原理。
（2）通过性能、形状、分类及其发展方向简单介绍了微带天线，并对其结构和辐射原理进行了简单的分析。
（3）使用HFSS仿真软件，对微带天线进行了仿真分析。
致谢
毕业设计即将完成，我的四年大学生涯也即将画上句号。在这四年的大学生活中，老师们和同学们都给了我很多的关心和帮助，在此即将毕业之时，我想对那些曾经帮助过我的老师，同学，朋友说一声谢谢。
感谢我的指导老师范文强老师。本论文是在范老师的指导下和同学们的帮助下完成的。在此，我要感谢他们对我的帮助和指导，没有他们的帮助，这篇论文就无法顺利的完成。在完成论文的过程中，我学习到了很多的专业知识，也感受到了我的老师们在工作中的兢兢业业和生活中的平易近人。他们身上有很多精神值得我学习。
非常感谢大家在我的毕业设计中，给予我极大的帮助，使我对整个毕业设计的思路有了总体的把握，并耐心的帮我解决了许多实际问题，使我有了很大的收获。
感谢多年来传授我知识的老师们，同样感谢那些在我学习过程中给过我支持和帮助的朋友们。感谢所有关心帮助过我的同学、老师。你们的关怀教诲，支持和帮助将伴随我一生。
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烟台大学毕业论文(设计)评审表（指导教师用）
烟台大学毕业论文(设计)评审表(评阅人用)
.. .. .. 矩形微带贴片天线的仿真设计 实验目的：运用HFSS的仿真能力对矩形微带天线进行仿真 实验容：矩形微带天线仿真：工作频率7.55GHz 天线结构尺寸如表所示： 名称起点尺寸类型材料 Sub -14.05，-16，0 28.1，32，0.794 Box Rogers 5880 （tm）GND -14.05，-16，-0.05 28.1，32，0.05 Box pec Patch -6.225，-8，0.794 12.45 , 16, 0.05 Box pec MSLine -3.1125，-8，0.794 2.49 , -8 , 0.05 Box pec Port -3.1125，-16，-0.05 2.49 ,0, 0.894 Rectangle Air -40，-40，-20 80，80，40 Box Vacumn 一、新建文件、重命名、保存、环境设置。 （1）、菜单栏File>>save as,输入0841，点击保存。 （2）. 设置激励终端求解方式：菜单栏HFSS>Solution type>Driven Termin ，点击OK。
（3）、设置模型单位：3D Modeler>Units选择mm ，点击OK。 （4）、菜单栏Tools>>Options>>Modeler Options,勾选”Edit properties of new pri”, 点击OK。 二、建立微带天线模型 (1)、插入模型设计 （2）、重命名
输入0841 (3)点击创建GND,起始点：x:-14.05，y:-16，z:-0.05，dx:28.1,dy:32,dz:0.05 修改名称为GND, 修改材料属性为 pec， (4)介质基片：点击，：x:-14.05，y:-16，z:0。dx: 28.1，dy: 32，dz: 0.794， 修 改名称为Sub，修改材料属性为Rogers RT/Duriod 5880，修改颜色为绿色，透明度0.4。
一、实验目的 ?利用电磁软件An soft HFSS设计一款微带天线。 ?微带天线要求：工作频率为2.5GHz带宽(回波损耗S11<-10dB)大于5% ?在仿真实验的帮助下对各种微波元件有个具体形象的了解。 二、实验原理 1、微带天线简介 微带天线的概念首先是由Deschamps于1953年提出来的，经过20年左右的 发展，Munson和Howell于20世纪70年代初期制造出了实际的微带天线。微带天线由于具有质量轻、体积小、易于制造等优点，现今已经广泛应用于个人无线通信中。 图1是一个简单的微带贴片天线的结构，由辐射源、介质层和参考地三部分 组成。与天线性能相关的参数 包括辐射源的长度L、辐射源的宽度W介 质层的厚度h、介质的相对介电常数r和 损耗正切tan、介质层的长度LG和宽度WG 图1所示的微带贴片天线是 图1:微带天线的结构 采用微带天线来馈电的，本次将要设计的 矩形微带贴片天线采用的是同轴线馈电，也就是将同轴线街头的内心线穿过参考地和介质层与辐射源相连接。 对于矩形贴片微带天线，理论分析时可以采用传输线模型来分析其性能，矩形贴片微带天线的工作主模式是TM10模，意味着电场在长度L方向上有g/2的 改变，而在宽度W方向上保持不变，如图2 (a)所示，在长度L方向上可以看做成有两个终端开路的缝隙辐射出电磁能量，在宽度W方向的边缘处由于终端开路，所以电压值最大电流值最小。从图 2 (b)可以看出，微带线边缘的电场可 以分解成垂直于参考地的分量和平行于参考地的分量两部分，两个边缘的垂直电场分量大小相等、方向相反，平行电场分量大小相等，方向相反；因此，远区辐射电场垂直分量相互抵消，辐射电场平行于天线表面。
用Sonnet & Agilent HFSS设计微带天线 摘要：以一同轴线底馈微带贴片为题材，分别用Sonnet 软件及Agilent Hfss 软件进行Simulate，分析其特性。并根据结果对这两个软件作一比较。 天线模型： 天线为微带贴片天线，馈电方式为50Ω同轴线底馈，中心频率3GHz ξ=，尺寸56mm*52mm*3.175mm 基片采用Duroid材料 2.33 r Patch ：30mm*30mm 馈电点距Patch中心7mm处。 参见下图。 一.Sonnet 参数设置如下图：
介质层按照天线指标予以设置： 画出Antenna Layout.
Top view Bottom view 其中箭头所指处为via，并在GND层加上via port. 即实现了对Patch的底馈。 至此，Circuit Edit完成。下一步对其进行模拟。Array模拟结果： S11，即反射系数图：
可见中心频率在3G附近，。 进一步分析电流分布： 在中心频率的附近，取3G，3.1G作表面电流分布图：
可见，在中心频率的电流分布较为对称。符合设计的要求。 远区场方向图： 选取了若干个频率点绘制远区场增益图。从中可以看到，中心频率的增益较边缘为大。 符合设计的要求。
二.Agilent Hfss Agilent Hfss (high frequency structure simulator)是AGILENT公司的一个专门模拟高频无源器件的软件。较现在广泛应用的ANSOFT HFSS功能类似，但操作简单明了。能在平面结构上建模天线不同，Agilent Hfss可以精确地定义天线的立体结构。并可将馈电部分考虑在模拟因素内，按要求设定辐射界面，等等。可能在本文的例子中，由于结构比较简单，并不能充分体现这一点，但也应可见一斑。 本例与HFSS HELP中所附带的例子较为类似，因此我参照HELP文件，在HFSS5.6环境下较为顺利的完成了模拟。 用HFSS模拟天线，主要分Draw Model、Assign Material、Define Boundary、Solve、Post Process 五个步骤： ⒈Draw Model： HFSS采用的是相当流行的AUTOCAD的ENGINE，因此绘制方法与AUTOCAD大同小异，这里不在赘述。我先分Air Box、Substrate Box、Coax Line、Patch几个部分画好模型。其中COAX LINE 包括内导体（圆柱）及外层介质及外导体（环柱）；PATCH为一平面矩形，AIR BOX、SUBSTRATE BOX 为长方体。 同时，由于基板，同轴线之间会有重叠，所以应用3D OBJECTS 菜单中的Subtract命令将 重叠部分减去。
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, 0.0.0 2、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。起名为 ground 下面就是画馈源了：我们采用同轴线馈电，有两种建模方法： 1、在馈电点画一0.5mm的铜柱代表同轴线内导体，起名为feed 2、在介质板底面馈电点处画一1.5mm的圆，起名为port 3、复制port为port1,复制feed为feed1 4、复选port和feed1，执行菜单里3D Modeler\Boolean\Subtract，使port成为一个内径0.5mm外径1.5mm
图1：微带天线的结构 一、 实验目的 ●利用电磁软件Ansoft HFSS 设计一款微带天线。 ◆微带天线要求：工作频率为2.5GHz ，带宽 (回波损耗S11<-10dB)大于5%。 ●在仿真实验的帮助下对各种微波元件有个具体形象的了解。 二、 实验原理 1、微带天线简介 微带天线的概念首先是由Deschamps 于1953年提出来的，经过20年左右的发展，Munson 和Howell 于20世纪70年代初期制造出了实际的微带天线。微带天线由于具有质量轻、体积小、易于制造等优点，现今已经广泛应用于个人无线通信中。 图1是一个简单的微带贴片天线的结构，由辐射源、介质层和参考地三部分组成。与天线性能相关的参数 包括辐射源的长度L 、辐射源的 宽度W 、介质层的厚度h 、介质 的相对介电常数r ε和损耗正切 δtan 、介质层的长度LG 和宽度 WG 。图1所示的微带贴片天线是采用微带天线来馈电的，本次将要设计的矩形微带贴片天线采用的是同轴线馈电，也就是将同轴线街头的内心线穿过参考地和介质层与辐射源相连接。 对于矩形贴片微带天线，理论分析时可以采用传输线模型来分析其性能，矩形贴片微带天线的工作主模式是TM10模，意味着电场在长度L 方向上有2/g λ的改变，而在宽度W 方向上保持不变，如图2（a ）所示，在长度L 方向上可以看做成有两个终端开路的缝隙辐射出电磁能量，在宽度W 方向的边缘处由于终端开路，所以电压值最大电流值最小。从图2（b ）可以看出，微带线边缘的电场可以分解成垂直于参考地的分量和平行于参考地的分量两部分，两个边缘的垂直电场分量大小相等、方向相反，平行电场分量大小相等，方向相反；因此，远区辐射电场垂直分量相互抵消，辐射电场平行于天线表面。
第二章创建项目 本章中你的目标是： √保存一个新项目。 √把一个新的HFSS设计加到已建的项目 √为项目选择一种求解方式 √设置设计使用的长度单位 时间：完成这章的内容总共大约要5分钟。 一.打开HFSS并保存一个新项目 1.双击桌面上的HFSS9图标，这样就可以启动HFSS。启动后的程序工作环境如图：
图2－1 HFSS工作界面 1．打开File选项(alt+F),单击Save as。2．找到合适的目录，键入项目名hfopt_ismantenna。 图2－2 保存HFSS项目 二.加入一个新的HFSS设计 1．在Project菜单，点击insert HFSS Design选项。( 或直接点击图标。)一个新的工程被加入到hfopt_ismantenna项目中，默认名为HFSSModel n。
图2－3 加入新的HFSS设计 2．为设计重命名。在项目树中选中HFSSModel1,单击鼠标右键，再点击Rename项，将设计重命名为hfopt_ismantenna。 图2－4 更改设计名
三.选择一种求解方式 1．在HFSS菜单上，点击Solution Type选项. 2．选择源激励方式，在Solution Type 对话框中选中Driven Mode项。 图2－5 选择求解类型图2－6 选择源激励方式 四.设置设计使用的长度单位
1.在3D Modeler菜单上，点击Units选项. 2.选择长度单位，在Set Model Units 对话框中选中mm项。 图2－5 选择长度单位图2－6 选择mm作为长度单位 第三章构造模型 本章中你的目标是： √建立物理模型。 √设置变量。 √设置模型材料参数 √设置边界条件和激励源 √设置求解条件 时间：完成这章的内容总共大约要35分钟。
一、实验目的 ●利用电磁软件Ansoft HFSS 设计一款微带天线。 ◆微带天线要求：工作频率为，带宽( 回波损耗 S11<-10dB)大于 5%。 ● 在仿真实验的帮助下对各种微波元件有个具体形象的了解。 二、实验原理 1、微带天线简介 微带天线的概念首先是由 Deschamps于 1953 年提出来的，经过 20 年左右的发展， Munson和 Howell 于 20 世纪 70 年代初期制造出了实际的微带天线。微带天线由于具有质量轻、体积小、易于制造等优点，现今已经广泛应用于个人无线通信中。 图1 是一个简单的微带贴片天线的结构，由辐射源、介质层和参考地三部分组成。与天线性能相关的参数 包括辐射源的长度L、辐射源的 宽度 W、介质层的厚度 h、介质 的相对介电常数r和损耗正切 tan、介质层的长度LG和宽度 WG。图 1 所示的微带贴片天线是图 1：微带天线的结构 采用微带天线来馈电的，本次将要设计的矩形微带贴片天线采用的是同轴线馈 电，也就是将同轴线街头的内心线穿过参考地和介质层与辐射源相连接。 对于矩形贴片微带天线，理论分析时可以采用传输线模型来分析其性能， 形贴片微带天线的工作主模式是TM10模，意味着电场在长度L方向上有 g / 2 矩 的 改变，而在宽度 W方向上保持不变，如图 2（a）所示，在长度 L 方向上可以看做 成有两个终端开路的缝隙辐射出电磁能量，在宽度W方向的边缘处由于终端开路，所以电压值最大电流值最小。从图 2（b）可以看出，微带线边缘的电场可以分解成 垂直于参考地的分量和平行于参考地的分量两部分，两个边缘的垂直电场分量大小 相等、方向相反，平行电场分量大小相等，方向相反；因此，远区辐射电场垂直分 量相互抵消，辐射电场平行于天线表面。
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, 0.0.0 2、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。起名为ground 下面就是画馈源了：我们采用同轴线馈电，有两种建模方法： 1、在馈电点画一0.5mm的铜柱代表同轴线内导体，起名为feed 2、在介质板底面馈电点处画一1.5mm的圆，起名为port 3、复制port为port1,复制feed为feed1 4、复选port和feed1，执行菜单里3D Modeler\Boolean\Subtract，使port成为一个内径0.5mm外径1.5mm的圆环
烟台大学 毕业论文（设计） 基于HFSS的微带天线设计 Microstrip antenna design based on HFSS 申请学位：工学学士学位 院系：光电科学技术与信息学院
烟台大学毕业论文（设计）任务书院（系）：光电信息科学技术学院
[摘要]天线作为无线收发系统的一部分，其性能对一个系统的整体性能有着重要影响。近年来内置天线在移动终端数量日益庞大的同时功能也日益强大，对天线的网络覆盖及小型化也有了更高的要求。由于不同的通信网络间的频段差异较大，所以怎样使天线能够覆盖多波段并且同时拥有足够小的尺寸是设计内置天线的主要问题。微带天线具有体积小，重量轻，剖面薄，易于加工等诸多优点，得到广泛的研究与应用。微带天线的带宽通常小于3％，在无线通信技术中，对天线的带宽有了更高的要求；而电路集成度提高，系统对天线的体积有了更高的要求。 随着技术的进步，在不同领域对于天线的各个要求越来越高，所以对微带天线的尺寸与性能的分析有着重要的作用。对此，本文使用HFSS 软件研究了微带天线的设计方法，论文介绍及分析了天线的基本概念和相关性能参数，重点对微带天线进行了研究。 本文介绍了微带天线的分析方法，并使用HFSS 软件的天线仿真功能，对简单的微带天线进行了仿真和分析。 [关键词] 微带天线设计分析HFSS [Abstract]Antenna as part of the wireless transceiver system, its performance important impact on the overall performance of a system. Internal antenna in recent years an increasingly large number of mobile terminals while also increasingly powerful, and also network coverage and miniaturization of the antenna Band differences between the different communication networks, cover band and also problem of the design built-in antenna. Microstrip antenna with small size, light weight, thin profile, easy to process many advantages, extensive research and application. Microstrip antenna bandwidth is typically less than 3% the bandwidth of the antenna in wireless communication technology; improve the integration of the circuit the size of the antenna. As technology advances in different areas for various requirements of the antenna important role. Article uses HFSS microstrip antenna design, the paper introduces and analyzes the basic concepts and performance parameters of the antenna, with emphasis on the microstrip antenna. This article describes the analysis of the microstrip antenna and antenna simulation in HFSS simulation and analysis functions, simple microstrip antenna. [Key Words]Microstrip antenna design analysis HFSS
基于HFSS矩形微带贴片天线的仿真设计 实验目的：运用HFSS的仿真能力对矩形微带天线进行仿真实验内容：矩形微带天线仿真：工作频率 天线结构尺寸如表所示: 一、新建文件、重命名、保存、环境设置。 （1）、菜单栏File?save as,输入Antenna,点击保存。 （2）.设置激励终端求解方式：菜单栏HFSS>Solution type>Driven Termin ，点击OK （3）、设置模型单位：3D Modeler>Units 选择mm,点击OK （4）、菜单栏Tools>>Options>>Modeler Options, 勾选” Edit properties of new pri ” ,点击OK 二、建立微带天线模型 （1）点击三仓U 建GND,起始点：x:0 ，y:0 ，z: ，dx:,dy:32,dz:
(2) 介质基片：点击 ：比，：x:0, y:0 , z:0。dx: , dy: 32 , dz:-, 修改名称为Sub,修改 材料属性为 Rogers RT/Duriod 5880，修改颜色为绿色 点击OK (3) 建立天线模型patch ， 点击^已，x:,y: 8, z:0 ，dx: ，dy: 16 ，dz: 命名为patch ，点击OK (4) 建立天线模型微带线 MSLine 点击’硏，x:,y: 0, ,z: 0 ， dx: ，dy: 8 ，dz:， 命名为MSLine,材料pec,透明度 选中 Patch 和 MSLine,点击 Modeler>Boolean>Unite (5) 、建立端口。创建供设置端口用的矩形，该矩形连接馈线与地 Modeler>Grid Plane>XZ ，或者设置回厂刁冈 习 点击 e ，创建Port 。命名为port 双击 Port 下方 CreatRectangle 输入：起始点：x: ，y: 0，z:-，尺寸：dx: ，dy: 0 ，dz: (6) 、创建 Air 。 点击1 ，x:-5 ，y:-5 ，z:， dx:, dy:42, dz: 修改名字为Air ，透明度. 三、设置边界条件和端口激励。 (1)设置理想金属边界：选择 GND 右击Assign Boundaries>>Pefect E 将理想边界命名为：PerfE_GND ，点击OK (2)、设置边界条件：选择 Port ，点击 Assign Boundaries>>Pefect E 在对话框中将其命名为 PerfE_Patch ，点击0K ，透明度。 修改名称为GND,修改材料属性为pec ,
基于H F S S矩形微带贴片天线的仿真设计 实验目的：运用HFSS的仿真能力对矩形微带天线进行仿真 实验内容：矩形微带天线仿真：工作频率7.55GHz 天线结构尺寸如表所示： 名称起点尺寸类型材料 Sub 0，0，0 28.1，32， -0.79 Box Rogers 5880 （tm） GND 0，0，-0.79 28.1，32， -0.05 Box pec Patch 7.03 , 8 , 0 12.45 , 16, 0.05 Box pec MSLine 10.13,0,-0. 79 2.49 , 8 , 0.05 Box pec Port 10.13,0,-0. 79 2.49 ,0, 0.89 Rectangle Air -5,-5,-5.79 38.1 , 42, 10.79 Box Vacumn 一、新建文件、重命名、保存、环境设置。 （1）、菜单栏File>>save as,输入Antenna，点击保存。 （2）. 设置激励终端求解方式：菜单栏HFSS>Solution type>Driven Termin ，点击OK。 （3）、设置模型单位：3D Modeler>Units选择mm ，点击OK。 （4）、菜单栏Tools>>Options>>Modeler Options,勾选”Edit properties of
new pri”, 点击OK。 二、建立微带天线模型 (1)点击创建GND,起始点：x:0，y:0，z:-0.79，dx:28.1,dy:32,dz:-0.05 修改名称为GND, 修改材料属性为 pec， (2)介质基片：点击，：x:0，y:0，z:0。dx: 28.1，dy: 32，dz: - 0.794，修改名称为Sub，修改材料属性为Rogers RT/Duriod 5880，修改颜色为绿色，透明度0.4。 点击OK (3) 建立天线模型patch， 点击，x:7.03,y: 8, z:0 ，dx: 12.45，dy: 16，dz: 0.05 命名为patch，点击OK。 (4) 建立天线模型微带线MSLine 点击，x:10.13,y: 0, ,z: 0 ， dx:2.46，dy: 8，dz: 0.05， 命名为MSLine，材料pec, 透明度0.4 选中Patch和MSLine，点击Modeler>Boolean>Unite （5）、建立端口。创建供设置端口用的矩形，该矩形连接馈线与地。Modeler>Grid Plane>XZ，或者设置 点击，创建Port。命名为port 双击Port下方CreatRectangle 输入：起始点：x: 10.13，y: 0，z:- 0.84，尺寸： dx:2.46，dy: 0，dz: 0.89 （6）、创建Air。 点击，x:-5，y:-5，z:-5.79， dx:38.1, dy:42, dz:10.79
矩形微带贴片天线的仿真设计 实验目的：运用HFSS的仿真能力对矩形微带天线进行仿真 实验内容：矩形微带天线仿真：工作频率7.55GHz 天线结构尺寸如表所示： 名称起点尺寸类型材料 Sub -14.05，-16，0 28.1，32，0.794 Box Rogers 5880 （tm）GND -14.05，-16，-0.05 28.1，32，0.05 Box pec Patch -6.225，-8，0.794 12.45 , 16, 0.05 Box pec MSLine -3.1125，-8，0.794 2.49 , -8 , 0.05 Box pec Port -3.1125，-16，-0.05 2.49 ,0, 0.894 Rectangle Air -40，-40，-20 80，80，40 Box Vacumn 一、新建文件、重命名、保存、环境设置。 （1）、菜单栏File>>save as,输入0841，点击保存。
（2）. 设置激励终端求解方式：菜单栏HFSS>Solution type>Driven Termin ，点击OK。 （3）、设置模型单位：3D Modeler>Units选择mm ，点击OK。 （4）、菜单栏Tools>>Options>>Modeler Options,勾选”Edit properties of new pri”, 点击OK。
(1)、插入模型设计 （2）、重命名 输入0841 (3)点击创建GND,起始点：x:-14.05，y:-16，z:-0.05，dx:28.1,dy:32,dz:0.05
修改名称为GND, 修改材料属性为pec， (4)介质基片：点击，：x:-14.05，y:-16，z:0。dx: 28.1，dy: 32，dz: 0.794， 修改名称为Sub，修改材料属性为Rogers RT/Duriod 5880，修改颜色为绿色，透明度0.4。 点击OK
基于HFSS 矩形微带贴片天线的仿真设计 实验目的：运用HFSS的仿真能力对矩形微带天线进行仿真 实验内容：矩形微带天线仿真：工作频率7.55GHz 天线结构尺寸如表所示： 名称起点尺寸类型材料 Sub 0，0，0 28.1，32，-0.79 Box Rogers 5880 （tm）GND 0，0，-0.79 28.1，32，-0.05 Box pec Patch 7.03 , 8 , 0 12.45 , 16, 0.05 Box pec MSLine 10.13,0,-0.79 2.49 , 8 , 0.05 Box pec Port 10.13,0,-0.79 2.49 ,0, 0.89 Rectangle Air -5,-5,-5.79 38.1 , 42, 10.79 Box Vacumn 一、新建文件、重命名、保存、环境设置。 （1）、菜单栏File>>save as,输入Antenna，点击保存。
（2）. 设置激励终端求解方式：菜单栏HFSS>Solution type>Driven Termin ，点击OK。 （3）、设置模型单位：3D Modeler>Units选择mm ，点击OK。 （4）、菜单栏Tools>>Options>>Modeler Options,勾选”Edit properties of new pri”, 点击OK。
二、建立微带天线模型 (1)点击创建GND,起始点：x:0，y:0，z:-0.79，dx:28.1,dy:32,dz:-0.05 修改名称为GND, 修改材料属性为pec， (2) 介质基片：点击，：x:0，y:0，z:0。dx: 28.1，dy: 32，dz: - 0.794， 修改名称为Sub，修改材料属性为Rogers RT/Duriod 5880，修改颜色为绿色，透明度0.4。
〈〈微波技术与天线》HFSS仿真实验报告 实验二印刷偶极子天线设计 一、仿真实验内容和目的 使用HFSS设计一个中心频率为2.45GHz的采用微带巴伦馈线的印刷偶极子天线, 并通过HFSS 软件Opitmetrics模块的参数扫描分析功能对印刷偶极子天线的一些3!要结构参数进行参数扫描分析，分析这些参数对天线性能的影响。 二、设计模型简介 整个天线分为5个部分，即介质层，偶极于天线臂，微带巴伦线，微带传输线，见 三、建模和仿真步骤 1、新建HFSSC程，添加新设计，设置求解类型：Driven Modal。 2、创建介质层。创建长方体，名称设为Substrate,材质为FR4_epoxy颜色为深绿色，透明度为 0.6。 3、创建上层金属部分 1）创建上层金属片，建立矩形面，名称Top_Patch颜色铜黄色。 2）创建偶极子位于介质层上表面的一个臂。画矩形面，名称Dip_Patch,颜色铜黄色。3）创建三角形斜切角，创建一个三角形面，把由矩形面Top_Patch和Dip_Patch组成的 90折线连接起来。 4）合并生成完整的金属片模型。 4、创建下表面金属片■I批注[y1]:实际报告撰写中，表格应手动编制，不允许直接截图。
1）创建下表面传输线Top_patch_1。 2）创建矩形面Rectangle1。 3）创建三角形polyline2。 4）镜像复制生成左侧的三角形和矩形面 此步完成后得到即得到印刷偶极子天线三维仿真模型如图2所示。 5、设置边界条件 1）分配理想导体。 2）设置辐射边界条件，材质设为air。 6、设置激励方式：在天线的输入端口创建一个矩形面最为馈电面，设置该馈电面的激励方式为集总端口激励，端口阻抗为50欧姆。 7、求解设置：求解频率（Solution Frequency）为2.45GHz自适应网格最大迭代次数（Maximum Number of Passes） : 20,收敛误差（Maximum Delta S）为0.02。 8、扫频设置：频率扫描范围2—3GHz,以0.001GHz为扫描步进，扫描类型：快速扫描 （Fast Sweep）。 9、设计检查和运行仿真计算。
基于hfss的超宽带天线的仿真设计基于HFSS的超宽带天线的仿真设计 学生姓名: 学号: 学院(系): 2014年06月 基于HFSS的超宽带天线的仿真设计摘要:超宽带通信技术以其高速率、抗多径效应和低成本等一般窄带系统无法比拟的优势成为最具竞争力和发展前景的技术之一。作为系统的重要组成部分，超宽带天线的设计引起了越来越多的关注。与传统的宽带天线相比，超宽带天线的设计更具有挑战性，这是由于天线除了需要具有超宽的工作频带(3.1GHz-10.6GHz)，还要能够保持尺寸的紧凑,价格的低廉,并且易于与平面大规模电路集成。同时，由于在超宽带频段中还存在着一些窄带通信系统是使用的频段，因此，这就要求尽量避免潜在的电磁干扰。本文主要基于HFSS仿真及分析超带宽天线。 关键词:HFSS 超宽带天线电磁干扰 1、超宽带天线的特点以及研究背景 无论是军事通信还是民用通信都对天线的宽频性提出了更高的要求，特别是UWB通信中，要求天线的带宽达3.1GHz-10.6GHz。在超宽带天线的应用中，要求天线具有尺寸小，便于集成等特性。因此，设计出能够与射频通信电路集成的平面微带天线就成为本文的主要研究目标。此外，在FCC规定的3.1GHz-10.6GHz频段中，还存在的IEEE 802.16 Wimax系统(3.3GHz-3.6GHz)、C波段卫星通信系统(3.7GHz-4.2GHz)、IEEE 802.11bWLAN/HIPERLAN系统(5.15GHz-5.825GHz)。因此，如何解决这些已经存在的系统与UWB 频段的电磁兼容问题，是本文研究的一
个重中之重。超宽带天线因为其频带特别宽，容易受到频带范围内其它窄带信号的干扰，如果窄带信号的所在的固定频率已知，那么可以用射频滤波技术来滤除这些干扰信号。假如一个超宽带接收机，同时兼有高功率的窄带系统，高功率的窄带信号就会对超宽带接收机的信号进行干扰。有时候希望把超宽带天线和具有高灵敏度的窄带接收机结合在一起，这样在一定环境里，超宽带系统就容易受到窄带接收机的干扰。有一些情况下，希望超宽带系统对需要的某个或几个窄带信号不灵敏，还有的情况就是想要滤除掉频带中的干扰信号。 在军事领域中，为了实现保密通信和清除干扰，多频段、多功能电台和宽带跳频电台被广泛的应用。跳频速率越来越高，跳频的范围也越来越广，原有的窄带天线己无法满足要求。另外，狭小的空间内分布多副天线，相互之间的干扰较为严重，并且影响通信质量。为了解决上述矛盾，最有效的解决办法就是研制高性能、宽频带、小型化天线，以减少载体上天线的数目。 在民用通信系统中，无线通信作为当今信息化社会的主要技术手段而显得尤为重要。信道容量不断扩充、传输速率不断提高、服务方式也日渐灵活。与此相对应的是通信设备日趋宽带化，台站设施也由最初的点对点或一点对多点发展到移动和全球漫游。天线作为移动通信系统的发射和接收部件，其宽带化的研究显然有着重要的现实意义。 2、天线的重要参数 2.1 辐射方向图 辐射方向图f (θ ,? ):以天线为中心，辐射功率密度随角坐标变化的特性。定向的单波束或者多波束用于点对点通信或者一点对多点通信;全向(在一个指定平面内有均匀辐射特性)波束用于广播电视等场合;赋形主波束用于卫星通信和电视覆盖特定区域的情况。在某一特定频率点上，天线的远区辐射场可以表示为: ,jkreE，，，，rkf,,,,,,,, (2-1) r
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!(具体参数可能不太对,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, 0.0.0 2、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。起名为 ground 下面就是画馈源了：我们采用同轴线馈电，有两种建模方法： 1、在馈电点画一0.5mm的铜柱代表同轴线内导体，起名为feed 2、在介质板底面馈电点处画一1.5mm的圆，起名为port