光学微阵列天线设计及仿真研究
光学微阵列天线是一种基于微纳技术制造的新型天线，在通信、雷达、遥感等
领域具有广泛的应用前景。本文从光学微阵列天线的概念、设计制造、特性分析和仿真研究方面进行探讨。
一、概念
光学微阵列天线是一种利用微纳加工技术制造的二维阵列天线，其尺寸约为波
长的十倍左右。光学微阵列天线的构成通常包括辐射元件、耦合元件、驱动电路、阻抗匹配电路等组成。采用光学微阵列天线可以实现对信号的高效传输和控制。二、设计制造
光学微阵列天线的设计需要满足阵列孔径、辐射型和波束方向等多种要求。根
据天线的应用场景不同，其设计的目标也有所不同。辐射元件是光学微阵列天线的核心部件，其主要功能是将入射光强度转换为相应的电信号输出。传统的光学微阵列天线一般采用玻璃、氧化铌、氧化锆等材料作为基板，然后利用微纳加工技术进行制造。
三、特性分析
光学微阵列天线的性能与其制造的精度和尺寸密切相关，其操作频率通常在THz到GHz之间。由于光学微阵列天线本身具有微纳尺度特征，因此其具有很好
的集成性和方便性。在信号的转换过程中，光学微阵列天线对频率效应的响应较小，能够减少信号的失真和噪声干扰。此外，光学微阵列天线还能够实现多波束的独立控制，从而提高其性能。
四、仿真研究
光学微阵列天线的仿真研究是设计和优化其性能的关键环节。利用仿真软件进
行设计和模拟可以大大缩短设计周期和降低制造成本。目前常用的仿真软件有
COMSOL、ANSYS、HFSS等。在仿真研究中，需要考虑到天线的阻抗匹配、边缘效应、近场效应等多种因素。通过仿真研究，可以获得天线的辐射模式、频率响应、效率和相位等多种参数。
总之，光学微阵列天线是一种具有广泛应用前景的新型天线，采用微纳加工技术可以实现高度集成和方便性。通过设计和仿真研究，可以优化其性能，进一步提高其应用范围和效率。
题目基于HFSS矩形微带阵列天线的设计与实现 目录 目录 (1) 1前言 (3) 1.1研究背景 (3) 1.2微带天线的研究现状 (3) 1.3 HFSS软件的仿真流程 (3) 1.4本文主要内容 (3) 2 微带天线与阵列理论 (4) 2.1微带天线 (4) 2.1.1微带天线辐射机理 (4) 2.1.2微带天线的馈电方式 (6) 2.1.3微带天线的特性参数 (6) 2.2微带天线的阵列排布 (7) 2.2.1 微带天线的圆形阵列阵因子 (7) 3微带天线的设计 (8) 3.1微带天线单元设计 (8) 4 同轴馈电矩形天线阵列 (10) 4.1基于同轴馈电矩形天线的轨道角动量研究 (11) 4.1.1在6个单元天线组成的天线阵列下不同模态数的性能分析 (11) 4.1.2在18个单元天线组成的天线阵列下不同模态数的性能分析 (12) 4.1.3在36个单元天线组成的天线阵列下不同模态数的性能分析 (14) 5 数据分析和结论............................................ 错误!未定义书签。致谢.. (18)
基于HFSS圆形微带阵列天线的设计与实现 摘要 在这个信息大爆炸的时代，各行各业都在飞速发展，当然通信技术也不例外，一代又一代的移动无线通信技术早就已经渗透到人们的生活当中。在上个世纪的中后期一种新型天线——微带天线，逐渐被人们所重视。因为其尺寸小，多频带，成本低，结构稳定和工艺相对简单等优点，所以该类天线的适用方向非常之多。本文将对无线微带天线进行研究，以前人总结的微带天线理论知识为基础，先设计出一种同轴馈电矩形微带天线，然后以该天线为单元天线设计出三种不同的圆形天线阵列。根据HFSS仿真出来的结果进行分析讨论，并且研究了不同模态数和不同数量的单元天线对辐射量的影响。 关键词：微带天线；圆形阵列；辐射量；电场
微带贴片天线阵列的研究与设计 随着无线通信技术的快速发展，天线作为无线通信系统的重要组件，其性能和设计受到了广泛。微带贴片天线作为一种常见的平面天线，具有体积小、重量轻、易于集成等优点，被广泛应用于现代通信系统中。本文将重点探讨微带贴片天线阵列的研究与设计。 微带贴片天线的基本原理是利用微带线来传输信号，并在贴片表面形成电磁场，从而实现电磁波的辐射和接收。微带贴片天线的应用范围广泛，如移动通信、卫星通信、雷达等领域。为了满足现代通信系统的需求，微带贴片天线阵列的研究与设计成为了关键。 微带贴片天线阵列的研究与设计方法包括理论分析、实验测试和数据分析。理论分析是研究微带贴片天线阵列的基础，通过建立模型来分析天线的辐射特性和性能参数。常用的分析方法包括电磁场理论和有限元法等。实验测试是研究微带贴片天线阵列的重要环节，通过测试数据来验证理论分析的正确性。实验测试包括天线性能参数的测量和辐射特性的测试等。数据分析是对实验测试结果进行处理和解释的过程，通过对比不同数据来优化天线阵列的设计。 实验结果表明，微带贴片天线阵列具有优良的性能特点和优势。微带贴片天线阵列的辐射性能较强，能够实现方向性和增益的控制。微带
贴片天线阵列的带宽较宽，有利于实现多频段通信。微带贴片天线阵列易于集成和制造，具有较低的成本和较高的可靠性。这些优点使得微带贴片天线阵列在未来通信领域中具有广泛的应用前景。 本文通过对微带贴片天线阵列的研究与设计，总结了其性能特点和优势，并指出了微带贴片天线阵列在技术创新和应用推广方面的意义。微带贴片天线阵列作为一种重要的平面天线，具有广泛的应用前景。在未来的研究中，可以进一步探索微带贴片天线阵列的高效设计和优化方法，提高其性能和可靠性，以满足不断发展的无线通信需求。 随着无线通信技术的快速发展，天线作为通信系统中关键的组成部分，其性能和设计受到了广泛。特别是高性能宽带双极化微带贴片天线，其在无线通信领域具有广泛的应用前景。本文将围绕高性能宽带双极化微带贴片天线的设计进行深入研究，旨在为未来无线通信领域提供高性能的天线解决方案。 在设计高性能宽带双极化微带贴片天线时，需要综合考虑天线的性能、体积、成本等因素。为实现这一目标，我们制定了如下设计流程： 确定设计目标：综合考虑性能、体积、成本等因素，设定设计目标。研究双极化微带贴片天线的相关理论：了解微带贴片天线的辐射机制
毫米波微带阵列天线研究 随着通信技术的快速发展，毫米波微带阵列天线已成为无线通信领域的研究热点。本文将介绍毫米波微带阵列天线的原理和特点，探讨其设计和实现方法，并分析实验结果。本文将总结研究结论并展望未来研究方向。 毫米波微带阵列天线是一种基于微带天线技术的阵列天线。微带天线具有体积小、重量轻、易共形、低成本等优点，而毫米波具有宽带宽、高速度、低延迟等特性。因此，毫米波微带阵列天线具有潜在的广泛应用前景，如在5G通信、卫星通信、雷达等领域。 毫米波微带阵列天线的原理是利用微带天线的基本原理，将辐射单元集成在介质基板上。辐射单元可以是矩形、圆形或其他形状，一般通过印制电路技术制造。毫米波微带阵列天线的主要特点包括宽带宽、高定向性、低副瓣电平、高辐射效率等。 设计毫米波微带阵列天线时，需要考虑以下因素： 阵列规模：根据应用需求，确定阵列规模大小。一般来说，阵列规模越大，天线性能越好。但同时需要考虑实现复杂度和成本等因素。 辐射单元排列：辐射单元的排列方式对天线性能有重要影响。常见的
排列方式包括直线型、圆环型、平面型等。 介质基板选择：介质基板的材料和厚度对天线的性能也有重要影响。一般要求介质基板具有低损耗角、高介电常数等特性。 天线馈电方式：天线的馈电方式包括同轴线馈电、微带线馈电、耦合馈电等。选择馈电方式时需要考虑阻抗匹配、功率容量等因素。 根据上述设计因素，可以采用数值仿真方法进行优化设计。常用的数值仿真软件包括Ansoft HFSS、CST等。设计完成后，需要进行实验测试以验证设计结果的正确性。 实验测试是验证毫米波微带阵列天线性能的关键环节。一般需要进行远场测试和近场测试，以评估天线的辐射性能和方向图。同时，还需要测试天线的增益、效率、带宽等指标。实验测试结果可为进一步优化设计提供参考依据。 通过对毫米波微带阵列天线的深入研究，我们可以总结出以下 毫米波微带阵列天线具有宽带宽、高定向性、低副瓣电平、高辐射效率等优点，具有广泛应用前景。 设计和实现毫米波微带阵列天线时，需要考虑阵列规模、辐射单元排
阵列天线中的设计及优化研究 近年来，阵列天线已经成为了无线通信领域中广泛应用的技术之一。而在阵列天线的设计与优化中，电路设计及射频工程方面的知识都是不可或缺的。本文将重点讨论阵列天线的设计与优化，为大家提供一些有益的参考。 一、阵列天线的构造 阵列天线可以看作是由许多天线元件（或称基本振子）排成一束的天线。一般来说，阵列天线发射功率较大，覆盖范围较广，而且具有较好的抗干扰能力，也因此被广泛地应用于卫星通信、雷达测量、航空通信等领域。另外，阵列天线还可以被用来调制波束方向，实现对特定目标的跟踪与定位。 二、阵列天线的设计要点 在阵列天线的设计过程中，很重要的一部分就是基本振子的选择。一般来说，基本振子的性能决定了整个阵列天线的最终性能。因此，在选择基本振子时，需要根据具体的应用情况，综合考虑天线频带、增益、波束宽度等因素，来确定合适的振子类型。常用的阵列天线基本振子有微带天线、直立天线和小型耦合天线等。 除了基本振子的选择之外，阵列天线还需要进行相位控制。这是因为阵列天线的相位控制可以帮助实现波束扫描和准确的角度跟踪，同时还可以提高天线的抗干扰性能。在阵列天线中，常用的相位控制方式有数字控制和模拟控制两种。 三、阵列天线的优化 除了基本振子的选择和相位控制之外，阵列天线的优化还包括波束宽度、方向性、结构等方面。其中，波束宽度的调整可以帮助改善信号的接收与发射效果，提升阵列天线的性能。在这一点上，可以通过改变基本振子的形状、增加振子的数量等方式来实现。
另外，方向性的优化可以通过合适的振子间距、阵列配置方式等方式实现。通 过对阵列天线的结构进行调整，可以增加天线的抗干扰能力，减少信号衰减等因素，提升天线的性能。 总之，在阵列天线的设计与优化中，需要谨慎选择基本振子，合理设置相位控制，以及优化波束宽度、方向性和结构等因素。只有这样，阵列天线才能够在大范围的应用中发挥出最优的性能。
微带共形阵列天线的研究 微带共形阵列天线的研究 引言： 天线是无线通信系统中至关重要的组成部分，其性能的好坏直接影响到通信质量的稳定性和可靠性。近年来，随着通信技术的不断发展，对天线的要求也越来越高。微带共形阵列天线作为一种新型的天线结构，具有体积小、重量轻、制作工艺简单的优点，备受研究者的关注。本文将重点讨论微带共形阵列天线的设计原理、性能分析以及应用前景。 一、微带共形阵列天线的设计原理 微带共形阵列天线是由许多微带单元天线组成的，其基本设计原理是通过将微带单元天线按一定的几何结构进行排列，实现天线阵列。在设计过程中，需要考虑到微带单元天线的频率选择、输入阻抗匹配等因素。微带单元天线的尺寸和形状可以根据设计要求进行调整，以获得所需的辐射特性。同时，还需要注意微带单元天线间的互耦和干扰问题。 二、性能分析 微带共形阵列天线在性能方面有着一些独特的特点。首先，由于其体积小、重量轻，适用于在空间受限或重量有限的应用场景。其次，由于微带单元天线的选择和排列方式的不同，可以实现多种不同的辐射特性，如方向性辐射、宽带性能和抗干扰性能。此外，微带共形阵列天线还具有天线增益高、前向方向图锐利等优点。 三、应用前景 微带共形阵列天线的研究和应用前景广阔。在军事领域，它可以用于雷达系统、通信系统等。在卫星通信、移动通信等领域，
由于其高增益、抗干扰性能好，可以提高通信的可靠性和质量。此外，微带共形阵列天线还可以应用于无线传感器网络、人工智能等领域，为各种智能化设备提供可靠的无线连接。 结论： 微带共形阵列天线凭借其体积小、重量轻、制作工艺简单等优点，成为了当前天线领域的研究热点之一。通过合理的设计和调整，可以实现不同频率、不同辐射特性的微带共形阵列天线。其在军事、通信、卫星、无线传感器网络等应用领域具有广泛的前景和应用前景。未来，在微带共形阵列天线的研究中，我们还需要进一步探索其性能优化的方法，以满足不断发展的无线通信和智能化需求 微带共形阵列天线具有体积小、重量轻、制作工艺简单等优点，因此在天线领域备受关注。它可以通过合理的设计和调整实现多种不同的辐射特性，如方向性辐射、宽带性能和抗干扰性能。微带共形阵列天线在军事、通信、卫星、无线传感器网络等领域都具有广泛的应用前景。未来，我们需要进一步探索其性能优化的方法，以满足不断发展的无线通信和智能化需求。总的来说，微带共形阵列天线是一个有着巨大潜力和前景的研究领域
微波光子学阵列天线的研究与设计 天线是通信系统中不可缺少的重要部分，它的作用是将电磁波转化为电信号或将电信号转换为电磁波的形式，起到收发信号的作用。微波光子学阵列天线是一种新型的天线类型，其结构简单、频带宽、能量转化效率高，因此有着广泛的应用前景。本文就微波光子学阵列天线的研究与设计进行阐述。 一、微波光子学阵列天线概述 微波光子学阵列天线是一种由多个天线单元组成的，能够在空间中产生具有复杂波面形态的辐射场。它将微波信号和射频信号相互转化，可以实现对天线的宽带化和高效化。微波光子学阵列天线由于其独特的结构和优良的性能，已被广泛应用于航空、航天、通信等领域。 二、微波光子学阵列天线相关技术 1. 微波光子学技术 微波光子学技术是一种将微波与光纤相结合的技术，它不仅克服了传统天线技术中的缺陷，同时也具备了激光技术的高精度和高速度特点。在微波光子学技术的支持下，可以实现对微波信号的调制和解调，从而实现对天线的高效化和宽带化。 2. 阵列天线技术 阵列天线技术是一种利用多个天线单元组成阵列的技术。由于阵列天线能够产生可控的相位差，使得其具备了高方向性。同时，阵列天线也可以通过电子调制来实现天线的多波束调制，从而适应不同的工作条件。 三、微波光子学阵列天线的设计流程 1. 确定工作频率
微波光子学阵列天线的工作频率范围一般为10-100GHz之间，但具体的工作频率由其应用场景而定。在实际设计中，需要根据需要确定其工作频率范围，以便进行后续设计。 2. 确定阵列天线结构 在确定工作频率之后，需要选择合适的阵列天线结构。阵列天线一般采用线性阵列或平面阵列结构，不同的结构对应着不同的增益和方向性。 3. 进行阵列单元设计 阵列天线由多个阵列单元组成，阵列单元是天线的基本单元。阵列单元的设计需要考虑其增益、方向性、功率密度等参数。阵列单元的大小和形状也是需要考虑的因素。 4. 进行阵列调制 在完成阵列单元设计之后，需要进行阵列调制，通过控制阵列单元之间的相位关系来控制阵列天线产生的波束形态和方向性。 5. 执行仿真和测试 最后一步是进行仿真和测试。设计人员需要使用相应的仿真软件对刚才进行的设计进行模拟和测试，以便进行调试和优化。 四、微波光子学阵列天线的应用 1. 通信领域 微波光子学阵列天线的高效和宽带特点在通信领域中有着广泛的应用。它可以用于天基广播、卫星通信、地面通信等方面。 2. 航空领域
微波天线设计中的电磁场仿真与优化研究 随着通信技术的不断发展，微波天线作为信号传输中不可或缺的一种重要器件，对其设计的质量和精度要求越来越高。而电磁场仿真与优化则是微波天线设计的重要环节，是保证其性能稳定性和有效性的必经之路。 一、电磁场仿真在微波天线设计中的地位 在微波天线的设计过程中，电磁场仿真是用于分析和模拟天线的电磁性能的重 要工具。通过对电磁场分布、变化规律以及反射、衰减等特性进行仿真分析，可以更加准确地预测天线的性能指标和工作效果，并提高设计质量和效率。 此外，在微波天线的设计中，电磁场仿真还可以帮助设计人员快速判断天线设 计方案的可行性，避免因为设计误差带来的不必要的损失和浪费。 二、电磁场仿真的方法 目前，在微波天线的设计中，电磁场仿真可以采用两种主要的方法：数值仿真 和实验仿真。 数值仿真：数值仿真是通过计算机数值计算的手段对天线的电磁场进行模拟和 分析。数值仿真方法的优点是计算准确度高、计算速度快、试验成本低，同时可以进行大量的参数优化和分析，具有很大的灵活性。 常见的数值仿真方法有矢量网络分析法(VNA)、有限元分析法(FEA)、矢量散 射模式(VSM)、方法(IFT)、单元法、矩量法等。 实验仿真：实验仿真是通过实验手段对天线的电磁场进行观测和分析。实验仿 真方法的优点是天线显然，直观可见，同时可以在实验的过程中进行实时的调整和优化，具有非常高的可靠性和实用性。 通常采用的实验仿真技术有通用测试技术(GTT)和矢量网络分析法(VNA)等。
三、电磁场仿真中的优化 基于电磁场仿真所得到的模拟结果，设计人员会根据需求对天线进行优化和改进。 首先，天线的结构形式在仿真结果分析中占据着非常重要的因素。设计人员可 以通过仿真结果分析获得天线内部电场的变化规律和电磁波传递的路径，从而对天线的结构进行优化和改进。 其次，在取得与需求规格不符的仿真结果后，人们会采取一系列的优化方案。 例如，针对条形天线重点优化天线长度、线宽和窄带等，通过S参数优化耦合器、同轴电缆、隔离器合适的线路结构等。 最后，在微波天线优化中，还可以通过优化耦合方式、增加反射板等方法提高 天线的效率。 四、电磁场仿真优化的挑战 尽管电磁场仿真技术已经成为了微波天线设计的重要手段，但是电磁场仿真在 实践应用中还存在着一些挑战。 首先，仿真精度直接影响着微波天线的性能和实际应用效果，因此，在优化仿 真效率和精度方面仍有很大的提高空间。 其次，微波天线涉及到的领域非常广泛，电磁场仿真面临的问题也非常复杂， 特别是在非线性和不规则条件下的仿真和优化仍是一个难点。 最后，当前微波天线设计中使用的微波信号频率越来越高，这就给电磁模拟的 波动性和传输带来了很大的挑战。 五、总结
微带共形阵列天线研究与应用 随着无线通信技术的快速发展，微带共形阵列天线在通信、卫星导航、智能电网等领域的应用越来越广泛。本文将介绍微带共形阵列天线的研究与应用现状，分析其技术特点，探讨未来发展趋势。 关键词：微带共形阵列天线、无线通信、卫星导航、智能电网 微带共形阵列天线是一种基于微带贴片天线技术的阵列天线，具有体积小、重量轻、易集成等优点。随着无线通信技术的不断进步，微带共形阵列天线的研究与应用越来越受到。 近年来，国内外研究者对微带共形阵列天线进行了广泛的研究，取得了许多重要的成果。例如，中国科学院上海天文台的李洪涛等人设计了一种应用于卫星通信的微带共形阵列天线，有效地提高了通信性能。美国加州大学伯克利分校的张晓红等人研究了一种应用于无线局域 网的微带共形阵列天线，实现了高速数据传输。微带共形阵列天线在卫星导航、智能电网等领域也有着广泛的应用。 (1)结构：微带共形阵列天线的结构主要由微带贴片天线和共形阵列 组成。微带贴片天线负责辐射和接收电磁波，共形阵列则用于实现波束扫描、增益提高等效果。
(2)工作原理：微带共形阵列天线的工作原理是利用微带贴片天线的谐振特性，通过调整贴片形状、尺寸和位置等参数，实现对特定频率的电磁波进行高效辐射和接收。 (3)布局：微带共形阵列天线的布局主要是指贴片天线在载体表面的排列方式。根据不同的应用需求，可以采用不同的布局方式，如线性布局、圆形布局、平面布局等。 微带共形阵列天线具有广泛的应用前景。在通信领域，可以利用微带共形阵列天线实现高速数据传输和宽带通信。在卫星导航领域，微带共形阵列天线可以提高定位精度和抗干扰能力。在智能电网领域，微带共形阵列天线可以实现电力设备的远程监控和智能管理。微带共形阵列天线还可以应用于无线传感网络、雷达探测等领域。 未来，微带共形阵列天线的研究与发展将面临更多的挑战与机遇。一方面，研究者需要解决微带共形阵列天线的带宽窄、增益低、方向图可控性差等问题。另一方面，随着5G、物联网、等技术的快速发展，微带共形阵列天线的应用场景将更加丰富和复杂，需要研究者们不断创新，以满足不同领域的需求。 微带共形阵列天线作为无线通信领域的一种重要技术，具有广泛的应用前景和巨大的发展潜力。未来研究者需要不断深入研究和创新，提
H F S S仿真2×2矩形 贴片天线阵 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
HFSS 仿真2×2线极化矩形微带贴片天线阵 微带天线以其体积小、重量轻、低剖面等独特的优点，在通信、卫星电视接收、雷达、遥感等领域得到广泛应用，它一般工作在100MHz-100GHz 宽广频域的无线电设备中，而矩形微带天线是微带天线最常用的辐射单元，它是一种谐振型天线，通常在谐振频率附近工作。C 波段，是频率在4—8GHz 的无线电波，通常的上行频率范围为5.925—6.425GHz ，下行频率范围为3.7—4.2GHz 。雷达天线具有将电磁波聚成波束的功能，定向地发射和接收电磁波。本实验采用HFSS13.0设计了一款工作于C 波段中心频率在5.75GHz 的矩形贴片线极化微带雷达天线阵列，根据理论经验公式初步计算出矩形微带贴片天线的尺寸，然后在HFSS13.0里建模仿真，根据仿真结果反复调整天线的尺寸，对天线的结构进行优化，直到天线的中心频率为5.75GHz 为止。 1 单个侧馈贴片天线的仿真 1.1 矩形贴片天线的设计 导波波长g λ，矩形贴片天线的的有效长度e L 2/g e L λ= ， e g ελλ/0= 有效介电常数为e ε，r ε为介质的介电常数 2 1 121212 1- ⎪⎭ ⎫ ⎝⎛ +-+ += w h r r e εεε 矩形贴片的实际长度为L ， L=e L －2L ∆=e ελ2/0－2L ∆= e f c ε02－2L ∆ 0f 天线的实际频率，L ∆微带天线等效辐射缝隙的长度 ()()()()8.0/258.0264.0/3.0412.0+-++=∆h W h W h L e e εε 矩形贴片的宽度为W
平面阵列天线的设计与研究 设计和研究平面阵列天线涉及到多个关键因素，包括天线阵列的布局、天线元件的选择和性能优化等。以下将详细介绍平面阵列天线的设计与研究。 首先是天线阵列的布局。天线阵列可以采用线性、矩形、圆形或其他 形状的布局。根据具体的应用要求和频率范围，选择合适的布局形式可以 实现特定的辐射特性和波束指向。 其次是天线元件的选择。平面阵列天线可以由各种类型的天线元件组成，如微带天线、开槽天线、偶极子天线等。选择适当的天线元件可以实 现不同频率范围和辐射特性的要求。 然后是天线阵列的尺寸和间距。天线元件的尺寸和元素之间的间距会 影响天线阵列的辐射特性和波束宽度。通过合理设计尺寸和间距，可以实 现较高的方向性和天线增益。 接下来是天线阵列的耦合和匹配。由于天线元件之间的相互影响，需 要进行耦合和匹配来保证整个天线阵列的性能。常用的耦合和匹配技术包 括天线间隔离、匹配电路和补偿网络等。 最后是天线阵列的性能优化。通过优化天线阵列的设计参数和结构， 可以实现更高的天线增益、更窄的波束宽度和更低的副瓣等性能指标。优 化方法包括遗传算法、微粒群算法和模拟退火算法等。 除了设计和研究，平面阵列天线还存在一些挑战和应用领域的需求。 首先，要解决天线元素之间的耦合问题，以减少相互干扰和增强整体性能。其次，要提高天线阵列的可靠性和稳定性，以适应多变的环境条件。此外，平面阵列天线在车联网、机器人和医疗设备等应用领域有着广阔的前景。
总结起来，平面阵列天线的设计与研究涉及到天线阵列的布局、天线元件的选择和性能优化等方面。通过合理设计和优化，可以实现对无线信号的精确定向和波束形成，满足不同应用领域的需求。未来，平面阵列天线将继续发展，应用范围将更加广泛。
螺旋天线的设计与仿真研究 摘要在分析电晕放电原理的基础上，结合本实验室关于电晕放电探测系统的设计要求，选用CST微波工作室对螺旋天线进行了设计、优化与仿真，所得的仿真计算结果与测试结果有较好的一致性。设计出的螺旋天线具有高增益，提高了整个电晕放电探测系统的灵敏度。 关键词电晕放电；螺旋天线；CST；仿真；测试 螺旋天线是一种行波天线，具有宽频带特性和圆极化特性，已广泛应用于米波和分米波波段。可以构成螺旋天线阵使用，也可作为其它面天线的初级馈源。按照电晕放电探测系统的设计要求，首先设计单个的螺旋天线，提供较高的增益，在此基础上后续进行设计多个阵列进行拼接组合实现高增益阵列天线阵。螺旋天线不仅在宽频带上具有近乎一致的电阻性输入阻抗，而且在同样的频带上螺旋天线的波瓣图显示其增益很大。它的性能对导线尺寸和螺旋节距不敏感；它的互阻抗几乎可以忽略，因此很容易用来组阵。 1螺旋天线结构参数及设计方法 将金属带或金属导线绕制成一定尺寸的圆柱或者圆锥螺旋线，一端用同轴线内导体馈电，另一端处于自由状态或与同轴线外导体联接。螺旋天线的几何结构参数为： D=螺旋直径 S=螺距 n=圈数 d=螺旋导体（线）的直径 1=轴向长度=nS 为了消除同轴线外皮上电流，通常在螺旋线末端接一个直径为Z0=同轴线的特性阻抗的金属圆盘，这样就组成了一个螺旋天线。 螺旋天线的辐射特性主要取决于天线直径与波长比D/λ。 当D/λ=（0.25~0.46），螺旋的周长L在一个波长左右，最大的辐射方向在轴线方向，称之为轴向模螺旋天线，实际工程中也多采用这样的 天线。
轴向模螺旋天线对导线尺寸和螺旋节距不敏感，在工程中比较好建造使用，其优化的重要参数有波束宽度，增益，阻抗以及轴比。 （1） 本螺旋天线阵馈电时采取轴向馈电，适用于0.8≤Cλ≤1.2，12°≤α≤14°时，在20%的误差范围内为R=140Cλ。借助适当的匹配段，在螺旋最底部的1/4圈制成平行于接地面的锥削过渡段，将140Ω~150Ω的螺旋阻抗变换为50Ω的同轴线阻抗。在安装螺旋天线时，需要计算介质垫片与接地面的间距h，如式（2）所示： （2） 式中：ω是馈点处导体的宽度，h=导体离地面的高度，εr是介质垫片的相对介电常数，Ｚ0是同轴线的特性阻抗。 1.1建立螺旋天线模型 本文所设计的螺旋天线要求工作频段在125MHz～500MHz 内，该阵列的增益在中心频率250MHz时约为15dBi，驻波比小于2。建模过程中，考虑到工作频率在超短波及微波波段，电流主要集中在导体表面，模型中螺旋线可用实心金属代替。 1.2仿真和优化 螺旋天线的辐射特性主要取决于天线直径波长比D/λ，根据实际工程所应用的轴向模螺旋天线，在当D/λ=（0.25~0.46）这个限制条件下，为方便后续设计与优化，我们将螺旋天线的主要参数C和α均设为变量，由于设计指标要求增益大于15dBi。根据计算，可将α取值区间选为[12，14]，对应C取值区间为[3/4，4/3]。我们可以在参数扫描设置中对α和C同时进行扫描，比较结果选取最佳值；或者分别进行参扫，然后根据参数对考察的电特性曲线（比如：VSWR）的影响趋势向最佳值逼近。经过升角扫参和螺旋节距的变化引起C的变化优化过程，最终选取 [α，C]=[12.4°，0.98]，螺旋圈数为10圈。 1.3仿真及实验结果 对端口基模的电场进行仿真，模式类型为TEM波，在相位为0度时，传播常数是18.1504，线阻抗为41Ω满足天线设计要求。 对设计出的螺旋天线的三维远场图进行仿真，设置频率观察点为中心频率250HMz，显示全空间的方向系数图。得到辐射的最大功率在正z方向上，天线的增益满足要求，增益大于15dBi。
微带天线仿真设计
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。
为该问题设置求解频率及扫频范围 （a）设置求解频率。在菜单栏中点击HFSS>Analysis Setup>Add Solution Setup。在求解设置窗口中做以下设置：Solution Frequency ：2.45GHz；Maximun Number of Passes：15；Maximun Delta S per Pass ：0.02。 （b）设置扫频。在菜单栏中点击HFSS>Analysis Setup>Add Sweep 。选择Setup1，点击OK确认。在扫频窗口中做以下设置：Sweep Type：Fast；Frequency Setup Type：Linear Count；Start :2.0GHz；Stop：3.0GHz；Count：400；将Save Field复选框选中。 9.设置无限大球面 在菜单栏中点击HFSS>Radiation>Insert Far Field Setup>Infinite Sphere。在Infinite Sphere标签中做以下设置：Phi：Start：0 deg，Stop：180deg，Step：90 deg；Theta：Start：0 deg，Stop：360 deg，Step：10 deg。 10.确认设计 方法一：由主菜单选HFSS/Validation Check对设计进行确认。 方法二：在菜单栏直接点即可。 11.保存工程 在菜单栏中点击File>Save As,在弹出的窗口中将工程命名为hfss_Patch,并选择保存路径。 12.求解该工程 在菜单栏点击HFSS>Analyze。 13．后处理操作 （1）S参数（反射系数）。 s。 绘制该问题的反射系数曲线，该问题为单端口问题，因此反射系数是11 点击菜单栏HFSS>Result>Create Report。选择：Report Type：Modal S Parameters ；Display Type：Rectangle。Trace窗口：Solution：Setup1:Sweep1；Domain：Sweep 点击Y标签，选择：Category：S parameter；Quantity：S（p1，p1）；Function：dB，然后点击Add Trace按钮。点击Done按钮完成操作，绘制出反射系数曲线。 （2）2D辐射远场方向图。 在菜单栏点击HFSS>Result >Create Report。选择：Report Type：Far Fields；Display Type：Radiation Pattern。Trace 窗口：Solution：Setup1：LastAdptive；Geometry：ff_2d。在Sweep标签中，在Name这一列中点击第一个变量Phi，在下拉菜单中选择The。点击Mag标签，选择：Category ：Gain；Quantity：GainTotal；Function：dB,点击Add Trace按钮。最后点击Done，绘制出方向图。
第18卷第1期2009年3月 计算机辅助工 程Computer A ided Engineering Vol . 18No . 1Mar . 2009 ・安世亚太软件应用・ 文章编号:1006-0871(2009 0120073205 阵列天线的FEK O 仿真分析 刘源, 焦金龙 (安世亚太科技(北京有限公司, 北京100026 摘要:为在有限的硬件资源下, 对复杂单元的大规模阵列天线进行有效分析, 提出采用FEK O 软 件分析任意大规模阵列天线的有效方法. 首先应用FEK O 进行相控阵分析, 然 后根据阵列天线的单元激励方向图(Active Ele ment Pattern, AEP 进行阵列天线FEK O 仿真分析. 实例表明, 在普通硬件资源条件下, FEK O 仿真分析可以在考虑单元互耦等实际因素的影响下, 分析任意大规模阵列的方向图和端口特性等指标. 关键词:阵列天线; 单元激励方向图; 互耦; FEK O 中图分类号:U441. 5; U444. 18; T B115文献标志码:S i m ul a ti on tenna usi n g FEK O I U Yuan, J I A O J inl ong
(PERA Tech . (Beijing Co . , L td . , Beijing 100026, China Abstract:To i m p le ment the effective analysis of large 2scale array antenna with comp licated ele ments under the conditi on of li m ited hardware res ources, an effective method is p r oposed t o analyze arbitrary large 2scale array antenna by using FEK O. The phased array is analyzed . By intr oducing the concep t of Active Ele ment Pattern (AEP , an array antenna is si m ulated by FEK O. The app licati on indicates that the radiati on pattern and i m pedance of arbitrary large 2scale array antenna can be si m ulated and analyzed by FEK O under the nor mal conditi on of hard ware res ources, while considering the influence of the mutual coup ling bet w een the elements and s o on . Key words:array antenna; active ele ment pattern; mutual coup ling; FEK O 收稿日期:2009202202修回日期:2009203204 作者简介:刘源(1978— , 男, 北京人, 博士, 研究方向为电磁仿真分析、阵列综合和阵列信号处理等, (E 2mail yuan . liu@peraglobal . com 0引言 阵列天线[1] 是由不少于2个天线单元规则或随机排列, 并通过适当激励获得预定辐射特性的1类特殊天线. 阵列可由各种类型的天线组成, 数目可以是2个甚至几十万个. 通过选择和优化阵单元的结构形态、排列方式和馈电幅相特性, 阵列天线能够实现单个天线难以提供的优异特性, 如更高的增益、方位分辨率、系统信噪比等指标, 因此在雷达和通信等领域被广泛地应用. 在仿真分析阵列天线的过程中, 由于阵列天线 孔径很大, 经常会达到数十、上百个波长, 计算过程中会划分大量网格, 产生大量未知量, 给仿真分析带来很大困难.
刖言 随着现代通信技术的迅猛发展，无线通讯越来越广泛，越来越多的应用于国防建设，经济建设以及人民的生活等领域。在无线通信系统中，需要将来自发射机的导波能量转变为无线电波，用来辐射或接受无线电波的装置称为天线。在通信过程中，特别是点对点的通信，要求天线具有相当强的方向性，即希望天线能将绝大部分的能量集中向某一预定方向辐射。阵列天线就是近代天线研究的一种方向，其研究催生了包括相控阵天线，均匀直线列天线，智能天线等在无线通信，雷达，导航领域中广泛应用的新型天线。而天线阵列辐射场的研究是其中很重要的一部分。 天线是无线通信，广播电视，导航等工程系统中辐射或接收无线电波的部件。无线电信是以辐射传播的电磁波作为信息的载体而实现通信。在无线电信的实现中，天线具有至关重要的作用：在发送端天线把载有信息的导行电磁波转换为辐射电磁波；在接收端则完成相反的过程，即把载有信息的辐射电磁波转换为导行电磁波。无论是理论上还是工程实际中，天线问题的核心则是求取辐射电磁波在空间存在的规律，特别是求取其场量辐射的空间分布规律，这称之为天线的方向性。从易于理解和研究问题的方便考虑研究辐射波的问题都是从辐射源的分布求其辐射场的分布，即分析研究发射天线的辐射问题。 在天线的诸多特性参量中，天线的方向性无疑是第一位的，因为不同用途的无线电信系统要求不同的辐射场分布。单一天线靠改变尺寸及天线上的高频电流分布，对方向图的调控是极其有限的。这时我们就可以用多个天线（单元天线）组成一个天线系统，实现对天线辐射方向性的调控，获得所需的方向图。由单元天线组成的天线阵的目的是实现天线方向性的调控，以期获得所要求的方向性。
CST天线设计和天线阵设计—CST2013设计实例 这个设计实例主要介绍和演示如何使用CST微波工作室来仿真设计分析天线和天线阵，分析给出天线、天线阵的S参数和辐射方向图等远区场性能结果。设计操作使用的软件版本是CST2013. 设计实例介绍了平面天线的设计分析的全过程，以及一个2x2天线阵的仿真分析过程，在CST微波工作室中有多种不同的方法分析阵列天线问题，用户可以将单个天线的远区场叠加得到天线阵的远区场结果；用户也可以构造四个相同的天线，都有各自的激励，然后顺次分析计算所有天线后，讲分析结果合并；或者各个天线单元并行激励，只计算一次给出远场结果。 我们强烈建议您仔细阅读，通过CST微波工作室开始和CST微波工作室的工作流程和求解概述手册在开始本教程前。
上面描述的结构是由两个不同材料的基板和完美的电导体（PEC）。没有必要对空气进行建模，因为它会自动添加（根据当前背景材料设置），当指定的开边界条件时。这将是自动完成的一个适当的模板。用一个同轴线路实现贴片的馈电。 几何作图步骤 本教程将带你一步一步地通过你的模型的建设，并提供相关的屏幕截图，以使您可以加倍检查您的作品一路上。 请记住在事件中撤消设施，您希望取消最后一个施工步骤。 Create a New Project 发射后的CST工作室套装你会进入开始屏幕显示您最近打开的项目列表，并允许您指定适合你要求的最佳应用。开始的最简单的方法是配置一个项目模板，该模板定义了对典型应用程序有意义的基本设置。因此，点击“新建项目”部分的“新建项目”按钮。
接下来，你应该选择应用领域，这是微波和射频的例子在本教程中，然后选择工作流程，双击对应的输入。 对于贴片天线结构，请选择Antennas Planar (Patch, Slot, etc.) Time Domain Solver. 对于本教程中的具体应用，其他设置可以保持不变。在单击“下一步”按钮后，您可以给该项目模板一个名称，并回顾一个初始设置的摘要：
基于ADS的微带天线的设计与仿真The design and simulation of PIFA based on ADS 王伟堃（Wang Weikun）06250109
计算机与通信学院 本科生毕业设计说明书 基于ADS的微带天线的设计与仿真作者：王伟堃 学号：06250109 专业：通信工程 班级：06级通信工程（1）班 指导教师：侯亮 答辩时间：2010年6月15日
平面倒F天线(PIFA,Planar Inverted F Antenna)主要应用在手机终端中，由于其体积小、重量轻、成本低、性能好，符合当前无线终端对天线的要求，因而得到广泛的应用，进行了许多研究工作。 先进设计系统(Advanced Design System)，简称ADS，是安捷伦科技(Agilent)为适应竞争形势，为了高效的进行产品研发生产，而设计开发的一款EDA软件。软件迅速成为工业设计领域EDA软件的佼佼者，因其强大的功能、丰富的模板支持和高效准确的仿真能力（尤其在射频微波领域），而得到了广大IC设计工作者的支持。ADS可以模拟整个信号通路，完成从电路到系统的各级仿真。它把广泛的经过验证的射频、混合信号和电磁设计工具集成到一个灵活的环境中，包括从原理图到PCB 板图的各级仿真，当任何一级仿真结果不理想时，都可以回到原理图中重新进行优化，并进行再次仿真，直到仿真结果满意为止，保证了实际电路与仿真电路的一致性。 本设计通过ADS软件对微带天线进行设计，设计了平面倒F天线，即PIFA天线的设计以及利用Hilbert分型结构对天线小型化设计。论文主要包括：PIFA天线的介绍，ADS软件的使用，PIFA天线的设计以及仿真，优化及结果分析等容。论文结构安排如下：第一章绪论；第二章FIFA天线原理及介绍；第三章ADS软件的使用；第四章PIFA天线的设计；第五章仿真优化及结果分析。 第一章介绍了本设计要解决的问题，提出了用ADS软件设计PIFA天线。第二章详细介绍了PIFA天线的工作原理和Hilbert分型结构的原理。第三章介绍本次设计主要用到的ADS相关的功能。第四章详细的介绍了设计的全过程。第五章就仿真结果及进一步优化做了详尽的分析。 由于水平有限，设计难免存在漏洞和缺陷，欢迎批评指正。