本科毕业论文(设计)
题目：平面倒F缝隙天线的仿真分析
学院：自动化工程学院
专业：通信工程
姓名：杜哲
指导教师：宗卫华
2010年5月30日
Simulation Analysis of PIFA Slot Antenna
摘要
手机天线设计的主要指标是小型化、多频化和内置化。平面倒F天线（PIFA）由金属地板、辐射贴片、短路贴片和馈电系统组成，其结构紧凑、成本低、制作容易，得到了广泛的应用。但小型PIFA天线的带宽较窄，不易实现同时覆盖GSM800和GSM900，可以在地面开槽形成缝隙天线，通过缝隙引入新的谐振来展宽工作带宽。论文在前人研究的基础上，利用HFSS12.0仿真了普通的PIFA天线和地面开槽的PIFA缝隙天线，并将二者进行了比较，证明了在地面开槽能够实现增加PIFA带宽的作用。
关键词平面倒F天线缝隙天线谐振频率回波损耗
Abstract
The main indexes of mobile antenna design is miniaturization,multi-frequency and built-in. Planner inverted-F slot antenna consists of metal ground with slots,radiating patch,short circuit patch and feeding line.PIFA slot antenna，which has the features of compact size,low cost,easy to fabricate and has been applied widely.The compact PIFA has a narrow band at lower frequency,can not cover both of GSM800and GSM900.The bandwidth can be widened by introducing slots on the ground plane,because the slots can excite additional resonances.Based on existed studies,PIFA slot antenna and PIFA antennae has been simulated through electromagnetic simulation software HFSS12.0，the results show PIFA slot antenna has wider bandwith than traditional PIFA.
Keyword Planar inverted F antenna(PIFA)Slot antenna Resonant frequency Return loss
目录
前言 (1)
第一章绪论 (2)
1.1研究背景及意义 (2)
1.2本文内容及安排 (2)
第2章PIFA和PIFA缝隙天线的理论分析 (4)
2.1常见的PIFA天线举例 (5)
2.2PIFA天线原理 (8)
第三章平面倒F天线的仿真 (9)
3.1建立新的工程模型 (9)
3.2设置设置材料、源和边界条件 (13)
3.3求解设置 (15)
3.5后处理计算 (16)
第四章缝隙天线的仿真分析 (21)
4.1建立工程模型 (21)
4.2设置设置材料、源和边界条件 (27)
4.3求解设置 (28)
4.4后处理计算 (28)
结束语 (34)
谢辞 (35)
参考文献 (36)
前言
手机天线是手机的重要组成部分，按照安置方式分，目前手机天线主要有内置及外置天线两种。天线的架设都是尽量远离地面和建筑物的，天线接近参考地的时候，大部分能量将集中在天线和参考地之间，而无法顺利发射，所以天线发射，需要一个“尽量开放”的空间。而手机电路板就是手机天线的参考地，让天线远离手机其他电路，是提高手机天线发射效率的关键。但受到实际环境限制以及大家追求携带方便的要求，手机的设计就必须在电气方面做出妥协。实际上，所有的GSM手机的接收发送电路的增益都是是可以根据环境变化而自动调节的，能通过合理的参数设定，会自动补偿有关的损失。所以，就手机整体而言，在信号比较好情况下，内天线和外天线并不能看出差别。差别是有的，在信号很弱的情况，外天线尤其是长天线的信号死点门限将高于内天线，也就是理论上内天线手机比较容易在弱信号环境丢失信号。
按照设计方式分，主要有PIFA天线和单极天线两种，PIFA天线是以其侧面结构与倒反的英文字母F外观雷同而命名，天线由塑胶支架和金属片（辐射体）组成。PIFA天线只需利用金属导体配合适当的馈入及天线短路片接地面的位置。单极天线是指竖直的具有四分之一波长的天线，该天线安装在一个接地平面上，它可以是实际地面，也可以是诸如搭载工具车体等人造接地面上。单极天线的馈电是在下端点使用同轴电缆进行的，馈线的接地导体与平台相连接。在自由空间中，四分之一波长单极天线在垂直平面上的辐射方向图于半波偶极天线在垂直平面中的方向图形状相似，但没有地下辐射。在水平面上，垂直单极天线是全向性的。四分之一波长单极天线根部的输入阻抗为偶极天线阻抗的一半。辐射功率也为偶极天线的一半。本篇论文重点讨论PIFA天线的经典设计和改进型设计。
第一章绪论
1.1研究背景及意义
PIFA天线是目前应用最为广泛的手机内置天线，尺寸小。具有重量轻、剖面低、造价便宜、机械强度好、频带宽、效率高、增益高、受周围环境影响小、对人体辐射伤害小、覆盖频率越多等一系列优点。PIFA缝隙天线是在前人研究基础上做的一种改进，这种天线在保留PIFA天线的优点的基础上，性能得到了进一步的优化。
手机通信是无线移动通信的一个重点研究内容，无线移动通信系统目前主要采用三种数字无线电话技术，TDMA、GSM和CDMA。具体到我们国家的主要移动运营商，中国移动和中国联通在2G通信中采用的具体实现方案均为GSM通信系统，这也是目前世界上应用最为广泛的移动通信技术标准。GSM使用的是时分多址的一种变体，GSM分GSM800、GSM900、DCS1800和PCS1900三个频段，一般的所谓的双频手机就是在GSM900和DCS1800、PCS1900频段切换的手机。GSM800的工作频率是上行780~815MHz,下行825~860MHz、GSM900的工作频率是上行880~915MHz,下行925~960MHz,GSM1800的工作频率是上行710~1785MHZ，下行1805~1880MHZ。GSM1900的工作频率是上行1850~1910MHz，下行1930~1990MHz。中国移动在3G通信中采用的TDS-CDMA，1880-1920MHz（上行）、2010-2025MHz（下行）是其工作频段。中国联通在3G通信中采用的WCDMA,工作频段为1940MHz-1955MHz(上行)、2130MHz-2145MHz(下行)。中国电信在采用CDMA2000制式,工作频段为1920MHz-1935MHz(上行)、2110MHz-2125MHz(下行)。
移动通信手机对天线的要求是，外在要求：天线尺寸小、重量轻、剖面低、携带方便、机械强度好。电性能要求：水平面要求有全向辐射方向图、频带宽、效率高、增益高、受周围环境影响小，对人体辐射伤害小。天线设计要求谐振频率覆盖在给定的频率内，覆盖频率越多越好。
1.2本文内容及安排
天线问题是具有复杂边界的电磁场边界问题，难以得到严格解。针对具体的天线类型总要作近似处理，以得到满足一定要求的近似解。尽管天线种类很多，性能和分析设计方法各异，但基本原理和设计方法是相通的。天线的分析设计工作采用计算机辅助设计软件来完成，这些软件的核心都是基于电磁场的数值算法，可以达到相当高的分析精度。天线的分析设计中，有限元法、矩量法和时域有限差分法的应用最为普遍。当前流行的电磁仿
真软件主要为美国ansoft公司的HFSS（高频电磁场仿真）和德国CST公司生产的microwave studio（微波工作室）,本文采用ansoft HFSS12.0对PIFA天线和PIFA缝隙天线进行了仿真。
第一章为绪论，介绍了研究背景和意义及内容安排,主要的无线通信模式及工作频率，天线设计的主要工作就是谐振频率覆盖在指定的频率内，覆盖频率越多越好。
第二章介绍了PIFA天线和缝隙天线的理论分析。
第三章通过Ansoft HFSS12.0软件仿真分析了一个地面尺寸为100mm×40mm，高度为6mm，贴片尺寸为40mm×15mm的PIFA天线，天线具有两个臂，臂长分别为40mm和28.5mm，从天线的回波损耗图得到天线的谐振频率分别为0.9GHz和1.8GHz。天线在0.9GHz 的-6dB带宽为120MHz，在1.8GHz的带宽为80MHz。
第四章在第三章的PIFA天线基础上进行了4个开槽，每个槽的长度和宽度分别为7.5mm×1mm、23.5mm×3mm、3mm×3mm和19mm×2mm，然后通过Ansoft HFSS12.0软件进行了仿真分析。从天线的回波损耗图得到天线的谐振频率分别为0.9GHz和1.8GHz。天线在0.9GHz的-6dB带宽为120MHz，在1.8GHz的带宽为130MHz。与第三章的谐振频率和带宽进行比较，验证了平面倒F缝隙天线在高频段的带宽比PIFA天线的宽。
第2章PIFA和PIFA缝隙天线的理论分析
PIFA天线是目前应用最为广泛的手机内置天线、尺寸小、具有重量轻、剖面低、造价便宜、机械强度好、频带宽、效率高、增益高、受周围环境影响小、对人体辐射伤害小、覆盖频率越多的一系列优点。PIFA缝隙天线是在传统的PIFA天线地面上开槽，这种天线在保留PIFA天线的优点的基础上，带宽得到了进一步的拓宽，发射效率也得到了提高。下面对这两种天线进行基本描述和原理分析。
1.天线结构
辐射体面积550～600mm2，与PCB主板顶面的距离（高度）6～7mm。天线与主板有两个馈电点，一个是天线模块输出，另一个是RF地。天线的位置在手机顶部。PIFA皮法天线如按要求设计环境结构，电性能相当优越，包括SAR指标，是内置天线首选方案。适用于有一定厚度手机产品，折叠、滑盖、旋盖、直板机。
2.主板
天线投影区域内有完整的铺地，同时不要天线侧安排元器件，特别是马达、听筒、话筒、振荡器、排线、等较大金属结构的元件和低频驱动器件。它们对天线的电性性能有很大的负面影响.
3.天线的馈源位置和间距
一般建议设计在左上方或右上方；间距在4～5mm之间。
4.PIFA天线的两种主要设计方式
（1）支架式
天线由塑胶支架和金属片（辐射体）组成。金属片与塑胶支架采用热熔方式固定。塑胶常用ABS或PC材料，金属常用铍铜、磷铜、不锈钢片。也可用FPC，但主板上要加两个PIN，这两项的成本稍高。图2.1为一种支架式PIFA的结构图。
（2）贴附式
直接将金属片（辐射体）贴附在手机背壳上。固定方式一般用热熔结构。也有用背胶方式的，由于结构不很稳定，很少采用。
图2.1PIFA天线
2.1常见的PIFA天线举例
文献[1]提出了如图2.2的PIFA天线，这种天线可以覆盖GSM900/1800MHz的双频，采用了两个贴片分支。尺寸如图所示，这种天线在低频的带宽24MHz，在高频的带宽为123MHz，计算曲线如图2.3所示。
图2.2具有两个贴片分支的PIFA天线
图2.3回波损耗图
文献[1]提出了如图2.4的PIFA天线，此类天线在贴片上沿边缘进行了开槽，使其在低频和高频段带宽都得到了展宽。尺寸如图所示，这种天线在低频的带宽是77MHz，在高频的带宽为207MHz，这种双频天线的反射系数图如图2.5所示。
图2.4开槽的PIFA天线
图2.5回波损耗图
文献[1]还提出了如图2.6的PIFA天线，这是一种使用折叠曲折贴片的双频PIFA天线，尺寸如图2.5.所示，这种双频天线的反射系数图如图2.7所示。
图2.6曲折贴片PIFA天线
图2.7回波损耗图
2.2PIFA天线原理
图2.8（a）是一个工作于GSM900/1800MHz的双频PIFA天线，天线尺寸为30×15mm。
(a)NOKIA3100的手机天线实物图(b)天线等效图
图 2.8PIFA天线的实物图和原理图
PIFA天线等效图如图2.8（b）所示，由L2与C1构成一个偏向电容性的谐振，之后与L1电感谐振，可以理解为馈点跟地看上去是短路的。或者说，就是通过L1，L2，C1把传输线过来的能量升压到C1上，之后利用C1这个场空间把电磁场能量释放出去，所以对C1来说，必需要求上面的铜皮跟地之间有一定的高度，一般不小于7mm，最少不低于5mm。为了提高天线频带，往往再引入C2，也就是图2.7(a)上面的第2脚，也就是引入一个地，这样让电场有更广泛的辐射。
第三章平面倒F 天线的仿真
本章仿真了一尺寸为100mm ×40mm 的PIFA 天线，天线具有两个臂，臂长分别为40mm 和28.5mm ，从天线的回波损耗图得到天线的谐振频率分别为0.9GHz 和1.8GHz 。天线在0.9GHz 的-6dB 带宽为120MHz ，在1.8GHz 的带宽为80MHz 。
表3.1给出天线仿真过程中的模型、尺寸、材料和边界条件。
表3.1天线仿真的模型和尺寸
3.1建立新的工程模型
1.运行HFSS
点击菜单栏中的Project 新建一个工程取名为PIFA WITHOUT SLOT ，在Draw 里选择模型单位为mm 点击OK ，点hfss>solution type ,在对话框中选择Driven Terminal.点击OK.（如图3.2
所示）
图3.2驱动方式设置名称
模型顶点坐标尺寸材料/边界/源airbox
长方体(-65，-65，-125)170,230,256vacuum substrate 长方体(0,0,0)
40,15,6ABS
patch 矩形（0,0,6）
（0,9,6）
（0,11,6）
（40,11,6）
28.5,9,03,2,040,4,0-4,-7,0PEC ground
矩形(0,0,0)40,100,0PEC feed
矩形(0,6,0）0,2,6Lumped port short 矩形（0,2,0）0,2,6PEC
2.创建Groundplane。
a．点击Lines>Rectangle，创建矩形模型。
b．在坐标栏输入起始点的坐标：X：0，Y：0，Z：0点击Enter。
c．选择xy平面，输入尺寸大小为dx：40，dy：100，dz：0，起名为Groundplane，选择
颜色为红色。（如图3.3所示）
图3.3Groundplane模型
3.建立介质基片。
a．在菜单栏中点击按扭Box，创建长方体模型。
b．输入X：0，Y:0，Z：0点击Enter。
c.输入尺寸x：40，y：15，z：6，命名为Substrate，透明度设置为0.55选择颜色为绿色。
d.双击Substrate，在属性对话框中编辑材料，点击Edit，在出来的对话框中选择add material，命名为ABS，介电常数设置为2.6。（如图3.4所示）
图3.4建立基片
4.建立贴片
a．点击Lines>Rectangle，创建矩形模型。
b．在坐标栏输入起始点的坐标X：0，Y：0，Z：6点击Enter。
c．选择xy平面，输入dX：28.5，dY：9，dZ:0起名为patch1，选择颜色为红色。
d．同样选择建立矩形贴片的步骤，分别为
(1)a.点击Rectangle图标，创建矩形模型。
b．在坐标栏输入起始点的坐标X：0，Y：9，Z：6点击Enter。
c．选择xy平面，输入dX：3，dY：2，dZ：0命名为patch2，选择颜色为红色。
(2)a.点击Rectangle图标，创建矩形模型。
b．在坐标栏输入起始点的坐标X：0，Y：11，Z：6点击Enter。
c．选择xy平面，输入dX：40，dY：4，dZ:0命名为patch3，选择颜色为红色。
(3)a.点击Rectangle图标，创建矩形模型。
b．在坐标栏输入起始点的坐标X：40，Y：11，Z：6点击Enter。
c．选择xy平面，输入dX：-4，dY：-7,dZ:0命名为patch4，选择颜色为红色。
d.选中patch1，patch2，patch3，patch4，点击Modeler>boolean>unite,将贴片集合在一起。（如图3.5所示）
图3.5建立贴片
5.建立短路片
a．点击Lines>Rectangle，创建矩形模型。
b．在坐标栏输入起始点的坐标X：0，Y：2，Z：点击Enter。
c．选择yz平面，输入dX：0，dY：2,dZ：6起名为short，选择颜色为红色。
d.设置变量。双击short下的creatrectangler，将position栏改为0mm,$short_y,0mm，在弹出的对话框中设置单位mm，长度设置为2mm。将YSize栏改为$short_ly,同样在弹出的对话框中设置单位mm，长度设置为2mm。点击确定。
e.选中patch，short,Modeler>boolean>unite，将贴片集合在一起。（如图3.6所示）
图3.6建立短路片
6.建立馈源feeding。
这是发射设备向天线馈电的部分，可以是电流型的也可以是电压型的，这里我们采用集总电压源馈电。
a．点击Rectangle图标，创建矩形模型。
b．在坐标栏输入起始点的坐标X：0，Y：6，Z：0点击Enter。
c．选择yz平面，输入dx：0，dy：2，dz：6，起名为feeding，选择颜色为紫色。d.设置变量。双击feedingt下的creatrectangler，将position栏改为0mm,$feedy,0mm，在弹出的对话框中设置单位mm，长度设置为2mm。将YSize栏改为$feeddy，同样在弹出的对话框中设置单位mm，长度设置为2mm。点击确定（如图3.7所示）
图3.7建立馈源
7.建立airbox。
一般，HFSS要求辐射边界条件放置在距辐射体十分之一波长到四分之一波长的地方，在主要的辐射方向上，必须在四分之一波长以外。本文中微带上下导体薄片各离辐射边界四分之一波长，左右离辐射边界八分之一波长，天线波长大约为500mm，计算尺寸，进行
仿真。
a．在菜单栏中点击按扭Box，创建长方体模型。
b．输入X：-65，Y：-65，Z：125点击Enter。
c．输入尺寸x：170，y：230，z：256，命名为airbox，选择颜色为黑色。
d.整个微带天线画完，点击保存，退出。（如图3.8所示）
图3.8整体图形
3.2设置设置材料、源和边界条件
1.设置边界条件
选中unite，右击选择assign Boundary选项，设为perfect E边界条件,命名为perfect1。
选中groundplane，右击选择assign Boundary选项，设为perfect E边界条件,命名为perfect2。
2.设置辐射边界
为airbox设置radiation条件，仍选择Boundary选项进行设置。
3.设置辐射
右击radition，选择insert far field field>infinite sphere,在弹出的对话框中进行如下设置。（如图3.9所示）
图3.9设置辐射
4.设置端口激励
（1）选中feeding，在菜单栏中点击HFSS>Excitation>Assign>Lumped Port。
（2）出现的对话框中选中use conductor name，选中ground作为参考面，命名为port1。（如图3.10所示）
。
图3.10设置端口激励
5.保存工程
将工程命名为PIFA WITHOUT SLOT，并选择路径保存。
3.3求解设置
1.为该问题设置求解频率以及扫描范围。
（1）设置求解频率。
a．在菜单栏中点击HFSS>Analysis Setup>Add Solution Setup。
b．在求解设置窗口中做以下设置：
Solution Frequency：1.5GHz
Maximum Number of Passes：10
Maximum Delta S per Pass：0.02点击确认。
（2）设置扫描。
a．在菜单栏中点击HFSS>Analysis Setup>Add Sweep。
b．选择Setup1,点击OK确认。
c．在扫频窗口中做以下设置：
Sweep Type：Fast
Freqency Setup Type：Linear Count
Start：0.5GHz
Stop：2.5GHz
Count：401
d．将Save Field复选框选中，点击OK确认。
2.运行
在菜单栏中点击HFSS>Analyze。
3.5后处理计算
1.反射系数图
a．在菜单栏中点击HFSS>Results>Create Modal Solution Data Report>Rectangular Plot。
b．在弹出的对话框中设置trace标签：
Category：S Parameter
Quantity：S(port,port)
Function：dB点击new report然后点击close按钮。反射系数图如图3.11所示
3.11反射系数图
2.阻抗系数图
a．在菜单栏中点击HFSS>Results>Create Modal Solution Data Report>Rectangular Plot。
b．在弹出的对话框中设置trace标签：
Category：Z Parameter
Quantity：Z（patch_T1，patch_T1）
Function：按住ctrl，选择im和rm，点击new report然后点击close按钮。阻抗系数图（如图3.12所示）
实验七微带贴片天线的设计与仿真 一、实验目的 1.设计一个微带贴片天线 2..查看并分析该微带贴片天线的 二、实验设备 装有HFSS 13.0软件的笔记本电脑一台 三、实验原理 传输线模分析法求微带贴片天线的辐射原理如下图所示： 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。 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、实验步骤 1.建立新工程 了方便建立模型，在Tool>Options>HFSS Options中讲Duplicate Boundaries with geometry 复选框选中。 2.将求解类型设置为激励求解类型： （1）在菜单栏中点击HFSS>Solution Type。
微波技术与天线 课程设计报告 仿真结果 课题： 2.4GHz天线的设计院系：文正学院电子信息系专业：2012级通信工程姓名：郑富成 学号：1217408034 指导老师：刘学观 日期：2014年12月25日
一、设计名称 2.4GHz 微带贴片天线 二、设计目标 1.设计 2.4GHz的天线，使其在2.4GHz处产生谐振 2.回波损耗 3.驻波比 4. 三、设计过程 微带天线主要参数如图，w为辐射贴片的宽度，L为长度。L1为馈线的长度，w1为馈线的宽度。 1.微带辐射贴片尺寸估算 微带辐射贴片的宽度：
由相关数据：，f=2.4Ghz, 。解得： W0=38.03mm 辐射贴片的长度L0一般取。考虑到边缘缩短效应后，实际上的辐射单元长度L0应为： 其中为等效辐射缝隙长度，为有效介电常数。 带入，，W0=38.03mm 得 所以 L0=29.11mm 2.馈电点位置 微带线馈电点位置选在辐射贴片的中点，此时馈电点和辐射贴片边缘距离为 Z=w/2=19.015
3.输入阻抗 如果采用微带线馈电方式，馈电点到辐射贴片边缘拐角的距离为z，则微带线的输入导纳近似为： 式中： 由此，计算出输入阻抗 4.阻抗匹配 输入阻抗一般不符合微波器件通用的系统，所以在设计微带 线馈电矩形微带天线时，可加上一段的阻抗变换器。则阻抗变换器的特性阻抗： 借由此可以计算出馈线的宽度 由下式
及 解得： 四、参数汇总 由以上可以得到各变量的理论值： 五、仿真过程 采用如上数据，在HFSS中绘制侧馈微带天线，如图3.1所示：
图3.1 理论数据建模 仿真结果不理想，虽然衰减非常好，但频率偏差大约24MHz。应该能够做得更好 对L0从45.1到45.5mm进行扫描，得到图3.2
.. .. .. 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。
实验一：微带天线的设计与仿真 一、实验步骤、仿真结果分析及优化 1、原理分析： 本微带天线采用矩形微带贴片来进行设计。 假设要设计一个在2.5GHz 附近工作的微带天线。我采用的介质基片， εr= 9.8, h=1.27mm 。理由是它的介电系数和厚度适中，在2.5GHz 附近能达到较高的天线效率。并且带宽相对较高。 由公式：2 /1212-?? ? ??+= r r f c W ε=25.82mm 贴片宽度经计算为25.82mm 。 2 /1121212 1-?? ? ?? +-+ += w h r r e εεε=8.889； ()()()()8.0/258.0264.0/3.0412.0+-++=?h w h w h l e e εε ?l=0.543mm ； 可以得到矩形贴片长度为： l f c L e r ?-= 22ε=18.08mm 馈电点距上边角的距离z 计算如下： ) 2( cos 2 ) (cos 2)(5010 22z R z G z Y e r in ?===λεπβ 2 20 90W R r λ= （0λ< 计算结果：在这类介质板上，2.5GHz 时候50Ω传输线的宽度为1.212mm 。 2、计算 基于ADS 系统的一个比较大的弱点：计算仿真速度慢。特别是在layout 下的速度令人 无法承受，所以先在sonnet 下来进行初步快速仿真。判断计算值是否能符合事实。 sonnet 中的仿真电路图如下： S11图象如下： 可见，按照公式计算出来的数据大致符合事实上模拟出来的结果。但是发现中心频率发生了偏移，这主要是由于公式中很多的近似引起的。主要的近似是下面公式引起 2 20 90W R r λ= （0λ< 通信工程专业实训 题目：手机内置天线的设计 专业：通信2班 学号：1167119226 姓名：李盼 指导老师：杜永兴 分数：_________________ 目录 摘要： 关键字： 第一章：背景介绍 第二章：实训过程记录第三章：实训结论 第四章：实训总结 第五章：参考文献 摘要：现在的电子通讯技术飞速发展，随着技术可经济的推进，人们对手机的要求越来越高，然而手机的基本功能就是打电话，而对手机的内置天线要求就更高难度更大，小型化，并且能工作在不同的频段下，文中主要研究双频手机PIFA天线。采用了开槽的的设计方法实现了天线的双频，工作性能良好，易于实现，现在大多数手机都使用这种天线。 关键字：PIFA天线，双频，GSM,DCS,HFSS 第一章：背景介绍 1.1 移动通信对手机天线的要求 天线最主要的功能在于转换两种不同传播介质中的电磁波能量。在能量转换的过程中，会出现收发信机与天线及天线与传播介质之间的不连续接口。在无线通讯系统中，天线必须依照这两个接口的特性来做适当的设计，以使得收发信机、天线以及传播介质之间形成一个连续的能量传输路径。 移动通信手机对天线的要求： 外在要求： 天线尺寸小，重量轻，剖面低，携带方便，机械强度好 电性能要求： 水平面要求有全向辐射方向图，频带宽，效率高，增益高，受周围环境影响小，对人体辐射伤害小 1.2 手机天线的指标意义 天线输入阻抗： 天线的输入阻抗是以收发机与天线间的接口往天线端看入所得到的阻抗值。这一数值对天线的辐射效率，天线的带内增益波动，天线前端的功率容量有很大的影响。手机天线是一种驻波天线，，天线的阻抗不匹配，将导致大量的信号反射，使天线的辐射效率降低，同时由于反射的影响使得天线在宽频带内的增益有抖动，如果天线的驻波为6，手机前端的击穿电压将降为原来的1/6，而功率容量就会下降。 手机天线驻波对天线效率的影响不可不慎。 天线的驻波要求，我们目前统一要求为小于3。 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。Ansoft公司推出的基于电磁场有限元方法（FEM）的分析微波工程问题的三维电磁仿真软件，Ansoft HFSS 以其无与伦比的仿真精度和可靠性，快捷的仿真速度，方便易用的操作界面，稳定成熟的自适应网格剖分技术，使其成为高频结构设计的首选工具和行业标准，并已广泛应用于航 波导缝隙天线的设计和仿真 波导馈电的缝隙阵天线自第二次世界大战以后有很大发展。它广泛用于各种领域： 1、地面、舰载、机载雷达 2、导航雷达 3、气象雷达 4、雷达信标天线LL ……………………………… 特别最近十几年，随着对雷达抗干扰要求的提高、脉冲多普勒可视雷达的发展，要求天线应具有低副瓣或极低副瓣的性能，使波导缝隙天线成为此项要求的优选形式。同时随着各种计算机辅助技术的发展，如数控机床的使用，天线的整体焊接技术等，为波导缝隙天线的使用创造了基础。 波导缝隙构成的阵列主要有两种形式，即波导宽边开缝和波导窄边开缝，我们本次主要向大家介绍的是波导宽边开缝而构成的波导缝隙天线阵的设计与仿真。 波导宽边纵缝阵列天线不但具有口面效率高、副瓣电平低等优良的电气性能，而且还有厚度小、重量轻、结构紧凑、强度高、安装方便、抗风力强、功率容量大等特点，从而在机载火控雷达、导弹巡航等方面有着其它天线无法替代的优势。下面是几个波导宽边缝隙构成的阵列在实际中的应用实例。 主要讨论的内容： 1.波导缝隙天线的设计基础理论 2.波导缝隙行波线阵天线的设计和仿真 3.波导缝隙驻波线、面阵天线的设计和仿真 4.波导缝隙天线的Ansoft HFSS的实例设计和仿真（一）波导缝隙阵天线设计的基础理论 本章中您主要的目标是： 1.熟悉波导缝隙天线的基本概念。 2.了解波导缝隙的基本等效电路。 3.理解波导缝隙天线的基本电参数和缝隙阵列的构成。 4.知道波导缝隙天线的基本设计过程。 把一根波导放在自由空间，在波导输入端输入信号，波导终端接匹配负载。如果在波导宽边或窄边上切割一个窄的缝隙，此缝隙切断波导壁上的传导电流，在缝隙上将产生电场，且对波导内壁电流产生扰动，并从波导内耦合部分电磁能量向自由空间辐射。随着缝隙切割在波导壁的位置不同，形成不同的缝隙形式。 手把手教你天线设计—— 用MATLAB仿真天线方向图 吴正琳 天线是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介（通常是自由空间）中传播的电磁波，或者进行相反的变换。在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来进行工作。此外，在用电磁波传送能量方面，非信号的能量辐射也需要天线。一般天线都具有可逆性，即同一副天线既可用作发射天线，也可用作接收天线。同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。这就是天线的互易定理。天线的基本单元就是单元天线。 1、单元天线 对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线，单个半波对称振子可简单地单独立地使用或用作为抛物面天线的馈源，也可采用多个半波对称振子组成天线阵。两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子，称半波对称振子。 对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线，单个半波对称振子可简单地单独立地使用或用作为抛物面天线的馈源，也可采用多个半波对称振子组成天线阵。两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子，称半波对称振子。 1.1用MATLAB画半波振子天线方向图 主要是说明一下以下几点： 1、在Matlab中的极坐标画图的方法： polar(theta,rho,LineSpec)； theta：极坐标坐标系0-2*pi rho：满足极坐标的方程 LineSpec：画出线的颜色 2、在方向图的过程中如果rho不用abs(f)，在polar中只能画出正值。也就是说这时的方向图只剩下一半。 3、半波振子天线方向图归一化方程： Matlab程序： clear all lam=1000;%波长 k=2*pi./lam; 用ADS 设计微带天线 一、原理 本微带天线采用矩形微带贴片来进行设计。 假设要设计一个在2.5GHz 附近工作的微带天线。我采用的介质基片， εr= 9.8, h=1.27mm 。理由是它的介电系数和厚度适中，在2.5GHz 附近能达到较高的天线效率。并且带宽相对较高。 由公式：2 /1212-? ? ? ??+=r r f c W ε=25.82mm 贴片宽度经计算为25.82mm 。 2 /1121212 1-?? ? ?? +-+ += w h r r e εεε=8.889； ()()()()8.0/258.0264.0/3.0412.0+-++=?h w h w h l e e εε ?l=0.543mm ； 可以得到矩形贴片长度为： l f c L e r ?-= 22ε=18.08mm 馈电点距上边角的距离z 计算如下： ) 2( cos 2 ) (cos 2)(5010 2 2z R z G z Y e r in ?===λεπβ 2 20 90W R r λ= （0λ< 计算结果：在这类介质板上，2.5GHz时候50Ω传输线的宽度为1.212mm。 二、计算 基于ADS系统的一个比较大的弱点：计算仿真速度慢。特别是在layout下的速度令人无法承受，所以先在sonnet下来进行初步快速仿真。判断计算值是否能符合事实。 sonnet中的仿真电路图如下： S11图象如下： 可见，按照公式计算出来的数据大致符合事实上模拟出来的结果。但是发现中心频率发生了偏移，这主要是由于公式中很多的近似引起的。主要的近似是下面公式引起 2 20 90W R r λ= （0λ< 在移动手机里，天线直接影响了手机的可通讯能力，直接决定了手机的射接收性能，甚至 天线设计的好坏决定了该手机在市场的生存空间。在国外，品牌手机设计生产厂家普遍比较重视天线的前期研发与设计，他们多与参股与控股的形式培养一天线设计与生产研究所或专业电小天线设计公司，所以象三星，苹果等知名品牌总能在特定的环境下设计出性能优良的天线，把手机ID与一流功能完整的结合。 在国产手机中，目前只有为数不多的大公司比较重视天线的设计与制造，多数中小企业只是把天线视为普通的硬件，在空间上压缩再压缩，在性能上低劣又低劣，最终的结果是手 机的客户或终端消费者无法接受手机的“可通话”性能，导致项目的流产或重新设计，造成资源及人力的浪费及商机的流失，大大的降低了企业的综合竞争力。 专业的分析，天线性能的好坏大致由以下几个因素来影响： 空间 行业内有一絮语“多大的空间决定多少的性能”，足够的可实行空间对天线来说是必须的。关于天线的可设计空间，建议客户在方案设计前期多与天线设计工程师做深入的沟通， 了解天线的布置与潜在的问题点，以期位置的预留。天线工程师在设计过程中已经有相当 的设计经验，哪些布局对天线的设计是有利，哪些空间的对天线的性能有更大的提高，对新的方案定义是必须的。同时多参考几家天线设计公司的建议，更有利于天线空间的合理 性分配，来更完整的分配天线的空间。 关于天线的可利用空间，经常会遇到天线设计公司与手机整机商为了提高天线的性能争取天线的空间布局，只有绝少部分的设计公司会满足天线空间的基本要求，而绝大部分的设计公司会以手机完全、功能的名义尽可能的压缩天线的空间，后果是单款案件会频繁的更换天线设计公司，结果还是天线的性能达不到一定的要求、案目流产，怪恨天线设计公司的能力太差，等等。 我们都知道现在的手机天线都是偶极子天线发展演变而来的，天线不可能在无穷小的空间实现功能，天线一定需要一个相对开放宽阔的空间，可以这么的说，还没有一个人可以完成“手机天线零空间”这个课题。 EMI EMI(Electro Magnetic Interference) 在电子行业是一个普遍的问题，很多的问题点都是因为相关的处理没有很好的执行，或者深入的考虑。在手机天线由外置天线过度到内置天线的初期，很多的手机设计公司普遍遇到了手机的动态接收灵敏度的问题，可能设计的原理图与以前外置天线之PCB的原理图是一致的，但是内置天线遇到了与灵敏度的问题，因为什么? 当时一般的公司都认为是天线的问题，很少有人怀疑是自己设计的方案的问题。问题点是电路或其它的元器件对天线辐射的相互干扰，该干扰在手机动态接收过程中会影响手机的接受质量。 在误码率的参考下，导致动态灵敏度偏低。EMI的问题一般不会影响天线的辐射功率，同理不会影响天线的辐射效率，但是对天线的接收性能存在很大的隐患，因此做好电路的 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 天线结构尺寸如表所示： 名称起点尺寸类型材料 Sub 0，0，0 ，32，Box Rogers 5880 （tm） GND 0，0，，32，Box pec Patch , 8 , 0 , 16, Box pec MSLine ,0, , 8 , Box pec Port ,0, ,0, Rectangle Air -5,-5, , 42, 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:，dx:,dy:32,dz: 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: ，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，透明度。点击OK (3) 建立天线模型patch， 点击，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，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 点击，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，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>>Perfect 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>>Perfect E 《现代电子电路》课程设计题目矩形微带天线的设计与仿真 单位（院、系）：信息工程学院 学科专业: 电子与通信工程 学号：416114410159 姓名：曾永安 时间：2011.4.25 矩形微带天线的设计与仿真 学科专业：电子与通信工程学号：416114410159 姓名：曾永安指导老师：吴毅强 摘要：本文介绍了一种谢振频率为2.45GHz，天线输入阻抗为50Ω的使用同轴线馈电的矩形微带天线。通过HFSS V10软件对该天线进行仿真、优化，最终得到最佳性能。 关键词：HFSS，微带线，天线 Design and Simulation of Rectangular Microstrip Antenna Abstract:This paper introduces a rectangular microstrip antenna which works at resonance frequency of 2.45GHz and antenna input impedance of 50Ω and is fed by coaxial cable. The model of the antenna is set up a nd simulated by ANSOFT HFSS V10 ,and the optimal parameters of the microstrip antenna are obtained as well. Key words:HFSS,Microstrip,Antenna 1.引言 微带天线的概念首先是由Deschamps于1953年提出来的，经过20多年的发展，Munson和Howell于20世纪70年代初期制造了实际的微带天线。微带天线结构简单,体积小,能与载体共形, 能和有源器件、电路等集成为统一的整体,已被大量应用于100MHz～100GHz宽频域上的无线电设备中, 特别是在飞行器和地面便携式设备中得到了广泛应用。微带天线的特征是: 比通常的微波天线有更多的物理参数, 可以有任意的几何形状和尺寸；能够提供50Ω输入阻抗,不需要匹配电路或变换器；比较容易精确制造, 可重复性较好；可通过耦合馈电, 天线和RF电路不需要物理连接；较易将发射和接收信号频段分开；辐射方向图具有各向同性。本文设计的矩形微带天线工作于ISM频段，其中心频率为2.45GHz；无线局域网、蓝牙、ZigBee等无线网络均可工作在该频段上。选用的介质板材为Rogers R04003，其相对介电常数εr=3.38,厚度h=5mm；天线使用同轴线馈电。 2.微带贴片天线理论分析 图1是一个简单的微带贴片天线的结构，由辐射元、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元的长度L、辐射元的宽度W、介质层的厚度h、介质的相对介电常数 r和损耗角正切tanδ、介质层的长度LG和宽度WG。图1所示的微带贴片天线采用微带线馈电，本文将要设计的矩形微带天线采用的是同轴线馈电，也就是将同轴线街头的内芯线穿过参考点和介质层与辐射元相连接。 图1 微带天线的结构 … 设计一、微带天线仿真设计 三角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，设计一个三角形贴片天线，其工作频率为，分析其远区辐射场特性以及S曲线。 一．设计目的与要求 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— 二．实验原理 如下图所示，用传输线模分析法介绍它的辐射原理。。 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。 矩形贴片天线示意图 三．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。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。 （2）为GroundPlane设置理想金属边界。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）。 一篇手机天线设计的经典文章一篇手机天线设计的经典文章 第二类天线天线天线，例如，倒置F 型平面天线天线 天线（PIFA），它装在地线上面。由于这种天线天线使用印刷电路板上面的空间，因而，这类天线天线天线用得最普遍。混合绝缘体天线天线天线就是把绝缘体天线天线天线和PIFA 结合在一起，它和PIFA 一样，装在接地面的上方时，能够工作（图1）。 天线 天线的位置 电讯产业多年来在长条型手机手机手机上的经验告诉我们：最好还是把天线天线天线安装在手机手机手机的顶部。这么做的原因是：如果你的手把天线天线天线挡住时，你发会现手机手机 手机的性能会迅速下降，而如果天线天线天线装在手机手机 手机的顶部，那它几乎就不会被挡住了。 如今，情况已经发生了变化，我们需要用新的思路去设计设计设计新手机手机 手机的外型。通常情况下：现在只有两种类型的手机手机手机——长条型手机手机手机和翻盖型手机手机手机，或者折叠型手机手机手机。最近，又出现了新型的手机手机手机，比如，滑盖型手机手机手机和旋转型手机手机手机。旋转型手机手机 手机的两个部分可以围绕着一个轴转动。所有这种由两个部分组成的手机手机 手机使问题变得更复杂了：他们都必须在打开和合上两种状态下工作，而这种问题不会出现在长条型手机手机手机上。从电气的角度讲，这两种状态是不一样的，这就是说，在这两种状态下，手机手机手机的性能都必须符合要求。 天线天线设计设计设计师一直非常关注天线天线天线周围的元器件。现在的手机手机 手机都做很紧凑，因此，像电池和照相机部分常常紧挨着天线天线天线。相邻的元器件一般在很大程度上是决定产品性能的关键。对于不同的手机手机手机，它们的影响是不一样的，但是，都会严重地降低天线天线天线的性能。结果是，在开发过程的后期，设计设计设计师不得不对部分手机手机手机的零部件重新进行设设计。 天线天线会在任何紧挨着天线天线天线的导体里感应电流。手机 手机里的导体分为两种。第一种是印刷电路板总成，它包括了印刷电路板和它的屏蔽。这些互相连接的导体形成一个大导体，构成一个能改善天线天线 天线性能的地。第二种导体由更小的分立元件组成，他们通过像导线和柔性印刷电路板（FPCB）这些连接件连接到印刷电路板上。应当避免在这些元件上产生激励电流，因为元件或者关联电路会有能量损失。由于在设计设计设计时，往往没有把这些元件或电路考虑进去，因此，能量损失通常都比较大。 连接方法 遵循设计设计 设计指南，可以避免这些元件可能带来的问题。 需要用许多导线的内部连接通常用FPCB 来完成的。例如，FPCB 往往用来连接照相机。当把FPCB 放到天线天线天线附近时，我们就要特别小心，因为FPCB 和天线天线 天线二者之间的耦合，可能会影响天线天线天线的性能。但是，只要对FPCB 或是对天线天线 天线做一个很小的改动，就能够解决这个问题。只要FPCB 的位置固定好，问题也许不大。但是，如果FPCB 没有固定好的话，那么，问题就会很严重。举一个例子，和一个可以自由旋转的照相机的连接时，如果其中的FPCB 可以弯成许多不同的形状，那么，评定其效果的任何实验都是不能重复的。在这种情况下，要在 FPCB 上面做点什么就非常困难。只需要几根导线进行的连接，就像连接到扬声器那样，往往用很简单的方法进行连接，例如，在每个端点焊上弹性触点或金属线。通常情况下，天线天线天线设计设计 设计师更喜欢使 龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/656504232.html, 波导缝隙天线的设计仿真 作者：蒋德富刘健 来源：《现代电子技术》2013年第20期 摘要：电磁仿真软件HFSS以其高精度，高可靠性在电磁仿真设计中得到了广泛的应用。但对于复杂天线的模型，其没有很好的方法简化建模操作，需要花费大量的设计时间。将HFSS提供的VBScript脚本语言功能作为接口，利用Matlab调用控制HFSS，从而协同HFSS 建立模型，达到快速建模的目的。提出了一套波导缝隙阵天线的设计方法，设计一个波导缝隙阵天线，运用Matlab协同HFSS建立天线模型，并进行仿真分析。结果验证了天线设计方法的准确性，以及运用Matlab调用HFSS建模的可行性。 关键词： HFSS； Matlab；波导缝隙天线；协同仿真 中图分类号： TN823.24?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013） 20?0014?03 波导缝隙阵列天线口径幅度易于控制，具有辐射效率高，方向性强，结构紧凑等特点，而且容易实现低副瓣乃至极低副瓣，因此在雷达和通信领域有着广泛的应用。高频仿真软件HFSS在电磁仿真领域有着广泛的应用，有着高仿真精度、高稳定性的特点。使用HFSS的3D 建模功能，可以很容易解决简单的模型创建问题，但是对于复杂天线结构模型的建立，没有特别有效的方法，使得建模过程十分繁琐耗时，而且容易出错。利用HFSS提供的VBScript脚本功能，可以对软件进行二次开发，以VBScript作为接口，利用Matlab调用HFSS协同建模仿真，可以简化模型建立的操作，节约设计时间。本文提出了一套波导缝隙天线的快速建模方法，设计了一个波导宽边裂缝阵列天线。并以此波导缝隙天线为例，应用Matlab协同HFSS建立模型仿真，对仿真结果进行了分析。 1 基本理论 波导缝隙天线是在波导宽壁或窄壁上开缝的天线，波导中传输的电磁波可以通过缝隙向外界进行辐射。通常有宽边偏置缝、宽边倾斜缝、窄边倾斜缝隙这几种开缝形式。根据波导终端的形式不同，波导缝隙阵天线可以分为行波阵和驻波阵。行波阵的波导终端接吸收负载，单元间距稍大或稍小于[λg2]，驻波阵在距离终端[λg4]处接短路滑块，单元间距均为[λg2]，本文设计的就是一个波导驻波阵天线。 1.1 波导缝隙天线理论分析 波导上的辐射缝隙向外界辐射能量，引起波导负载的变化，应用传输线理论分析波导的工作状态比较方便，将相应的缝隙等效成与传输线串联的阻抗或并联的导纳，再建立对应的等效电路模型，进而可以求出各个缝隙的等效阻抗或导纳。 Stevenson等效电路法，就是根据传输 2015届《微波射频》 课程设计 《微带天线设计与仿真》 学生姓名邹海洋 学号5021211133 所属学院信息工程学院 专业通信工程 班级通信工程15-1 指导教师石鲁珍 教师职称讲师 塔里木大学教务处制 目录 微带天线的设计与仿真.......................................... - 3 - 摘要.......................................................... - 3 -关键词：微带天线ADS2009 . (3) 微带天线的设计背景知识........................................ - 3 - 1、微带天线的基础知识： (3) 1、微带天线主要的优点：.................................... - 3 - 2、微带天线的主要的缺点：.................................. - 3 - 2、矩形微带天线： (4) 3、工程设计方法 (4) 4、主要技术指标 (5) 矩形微带天线设计....................................................................................................................... - 6 - 1、几何参数计算 .................................................................................................................... - 6 - 2、微带天线具体设计与仿真的ADS仿真步骤： (8) 微带天线匹配优化设计......................................... - 12 - 1、设计步骤： (12) 总结：....................................................... - 15 -参考文献：................................................... - 16 - 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 专业班级学生姓名课程名称微波技术与天线课程设计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 学号 姓名 成绩 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 …… …… 设计一、微带天线仿真设计 三角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，设计一个三角形贴片天线，其工作频率为2.45GHz，分析其远区辐射场特性以及S曲线。 一．设计目的与要求 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二．实验原理 如下图所示，用传输线模分析法介绍它的辐射原理。。 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。 矩形贴片天线示意图 三．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。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。 （2）为GroundPlane设置理想金属边界。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。起始点位置坐标：X: -22.5，Y：-22.5，Z：0。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。将材料设置为Rogers R04003。 （4）建立贴片Patch。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。 （5）为Patch设置理想金属边界。 （6）创建切角。输入点的坐标：X：0，Y：0，Z：5；X：5，Y：0，Z：5；X：0，Y：5，Z：5；X：0，Y：0，Z：5。在对话窗口中选择Cut。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：-16，dY：-16，dZ：0。两个切角呈中心对称，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Z轴，旋转角度为180 deg，Total为2。 （7）用Patch将切角减去。手机双频天线设计论文综述
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