射频与天线仿真
实验名称：半波偶极子天线仿真院系：信息与通信工程学院专业：通信工程
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报告日期： 2012年6月20日
一．实验目的
用HFSS等软件设计一个天线，要求中心频率在1HGHz左右，偏差不超过10%，以-10db为限，带宽不小于20%，给出天线的基本模型图，s参数图，方向图二．实验原理
1、天线基础知识原理部分
<1>天线介绍
天线的定义：用来辐射和接收无线电波的装置。天线的作用：将电磁波能量转换为导波能量，或将导波能量转换为电磁波能量。
a)天线的基本功能
天线应尽可能多的将导波能量转变为电磁波能量，要求天线是一个良好的开放系统，其次要与发射机(或接收机)良好匹配;
天线应使电磁波能量尽量集中于需要的方向，
对来波有最大的接收;
天线应有适当的极化，以便于发射或接收规定极化的电磁波;
天线应有只够的工作带宽;
b)天线的分类
按用途分：通信天线、广播电视天线、雷达天线等;
按工作波长分：长波天线、中波天线、短波天线、超短波天线、微波天线等;
按辐射元分：线天线和面天线;
c)天线的技术指标
大多数天线电参数是针对发射状态规定的，以衡量天线把高频电流能量转变成空间电波能量以及定向辐射的能力。
<2>天线方向图及其有关参数
a)方向图
所谓方向图，是指在离天线一定距离处，辐射场的相对场强(归一化模值)随方向变化的曲线图。如图1所示。若天线辐射的电场强度为E(r,θ,φ)，把电场强度（绝对值）写成
图 1 方向图球坐标系
式 1 式中I为归算电流，对于驻波天线，通常取波腹电流I m作为归算电流；f(θ,φ)为场强方向函数。因此，方向函数可定义为
式 2 为了便于比较不同天线的方向性，常采用归一化方向函数，用F(θ,φ)表示，即
式 3 式中，f max(θ,φ)为方向函数的最大值；E max为最大辐射方向上的电场强
度;E(θ,φ)为同一距离(θ,φ)方向上的电场强度。
通常采用两个互相垂直的平面方向图来表示。
（A） E平面
所谓E平面就是电场强度矢量所在并包含最大辐射方向的平面；
（B） H平面
所谓H平面就是磁场强度矢量所在并包含最大辐射方向的平面。
实际天线的方向图要比电基本振子的复杂，通常有多个波瓣，它可细分为主
瓣、副瓣和后瓣，如图2所示。用来描述方向图的参数通常有：
图2 天线方向图的一般形状
零功率点波瓣宽度（Beam Widthbetween FirstNulls,BWFN)2θ0E或2θ
(下标E、H表示E、H面，下同）：指主瓣最大值两边两个零辐射方向0H
之间的夹角。
半功率点波瓣宽度（HalfPower Beam Width, HPBW）2θ0.5E或2θ0.5H:指主
瓣最大值两边场强等于最大值的0.707倍（或等于最大功率密度的一半）
的两辐射方向之间的夹角，又叫3分贝波束宽度。
副瓣电平（Side Lobe Lever,SLL ）:指副瓣最大值与主瓣最大值之比，
一般以分贝表示，即
式 4
前后比:指主瓣最大值与后瓣最大值之比，通常也用分贝表示。
b) 方向系数
方向系数的定义是：在同一距离及相同辐射功率的条件下,某天线在最大辐射方向上的辐射功率密度S max （或场强|E max |2的平方）和无方向性天线(点源)的辐射
功率密度S 0（或场强|E 0|2的平方）之比，记为D 。用公式表示如下：
式中P r 、P r0分别为实际天线和无方向性天线的辐射功率。无方向性天线本身
的方向系数为1。 c) 天线效率
天线效率定义为天线辐射功率P r 与输入功率P in 之比，记为ηA ，即
辐射功率与辐射电阻之间的联系公式为
类似于辐射功率和辐射电阻之间的关系，也可将损耗功率P l 与损耗电阻R l 联系起来，即
R l 是归算于电流I 的损耗电阻，这样
2max max 2005
r ro r ro P P P P E S D S E ====式6r A in P P η=式2172r r P I R =式218
2l l P I R =式
一般来讲，损耗电阻的计算是比较困难的，但可由实验确定。从式9可以看出，若要提高天线效率,必须尽可能地减小损耗电阻和提高辐射电阻。
通常，超短波和微波天线的效率很高，接近于1。
值得提出的是，这里定义的天线效率并未包含天线与传输线失配引起的反射损失，考虑到天线输入端的电压反射系数为Γ，则天线的总效率为
η=(1-|Γ|2)ηA 式10
d) 增益系数
增益系数的定义是：在同一距离及相同输入功率的条件下,某天线在最大辐射方向上的辐射功率密度S max (或场强|E max |2的平方）和理想无方向性天线(理想点源)
的辐射功率密度S 0（或场强|E 0|2的平方）之比，记为G 。用公式表示如下：
式中P in 、P in0分别为实际天线和理想无方向性天线的输入功率。理想无方向性
天线本身的增益系数为1。
考虑到效率的定义，在有耗情况下，功率密度为无耗时的ηA 倍，式11可改
写为
由此可见，增益系数是综合衡量天线能量转换效率和方向特性的参数，它是方向系数与天线效率的乘积。在实际中，天线的最大增益系数是比方向系数更为重要的电参量，即使它们密切相关。 e) 天线的极化
天线的极化(Polarization)是指该天线在给定方向上远区辐射电场的空间取向。一般而言，特指为该天线在最大辐射方向上的电场的空间取向。实际上，天线的极化随着偏离最大辐射方向而改变，天线不同辐射方向可以有不同的极化。
9
r r A r l r l P R P P R R η==++式002max max 20011in in in in P P P P E S G S E ====式00max max 0012
in in r r A P P P P A S S G D S S ηη=====式
所谓辐射场的极化，即在空间某一固定位置上电场矢量端点随时间运动的轨迹，按其轨迹的形状可分为线极化、圆极化和椭圆极化，其中圆极化还可以根据其旋转方向分为右旋圆极化和左旋圆极化。就圆极化而言，一般规定：若手的拇指朝向波的传播方向，四指弯向电场矢量的旋转方向，这时若电场矢量端点的旋转方向与传播方向符合右手螺旋，则为右旋圆极化，若符合左手螺旋，则为左旋圆极化。
f)输入阻抗与辐射阻抗
天线通过传输线与发射机相连，天线作为传输线的负载，与传输线之间存在阻抗匹配问题。天线与传输线的连接处称为天线的输入端，天线输入端呈现的阻抗值定义为天线的输入阻抗(Input Resistance)，即天线的输入阻抗Z
in
为天线的输入端电压与电流之比：
其中，R
in 、X
in
分别为输入电阻和输入电抗，它们分别对应有功功率和无功功
率。
有功功率以损耗和辐射两种方式耗散掉，而无功功率则驻存在近区中。天线
的输入阻抗决定于天线的结构、工作频率以及周围环境的影响。输入阻抗的计算是比较困难的，因为它需要准确地知道天线上的激励电流。除了少数天线外，大多数天线的输入阻抗在工程中采用近似计算或实验测定。
g)频带宽度
天线的所有电参数都和工作频率有关。当工作频率变化时，天线的有关电参数变化的程度在所允许的范围内，此时对应的频率范围称为频带宽度(Bandidth)。根据天线设备系统的工作场合不同，影响天线频带宽度的主要电参数也不同。
根据频带宽度的不同，可以把天线分为窄频带天线、宽频带天线和超宽频带
天线。若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，常
用相对w
带宽，即［(f
max -f
min
)/f
］×100%来表示其频带宽度。而对于超宽频带天线，
常用绝对带宽，即f
max /f
min
来表示其频带宽度。
13 in
in in in
in
U
Z R jX
I
==+式
通常，相对带宽只有百分之几的为窄频带天线，例如引向天线；相对带宽达百分之几十的为宽频带天线，例如螺旋天线；绝对带宽可达到几个倍频程的称为超宽频带天线，例如对数周期天线。
2、半偶极子原理部分
半波偶极子天线即是对称阵子天线，是一种结构简单的基本线天线。
半波偶极子天线由两根直径和长度都相等的直导线组成，理论上每根导线的长度为1/4个工作波长。导线的直径远小于工作波长，天线的激励是等幅反向的电压信号，加在天线中间的两个相邻端点上，且天线中间两个相邻端点间的距离远小于工作波长。
对于从中心馈电的偶极子天线，其两端为开路，故电流为0。工程上通常将其电流分布近似为正弦分布。假设将偶极子天线沿z轴方向放置，其中心位于坐标原点，如下图所示：
则长度为l的偶极子天线的电流分布可以表示为
I z=I0sin k(l?z) ?l≤z≤l
式中，I0是波腹电流，k是波数，且k=2π/λ，l是偶极子天线的一个臂的长度。对于半波偶极子天线而言，l=λ/4。把上述参数带入电流分布表达式中，得到
I z=I0cos kz ?l≤z≤l。
经过推导，可得半波偶极子天线的方向性函数为
fθ,φ=cos(
π
2cosθ)
sinθ
根据上式可知，在H平面极坐标方向图是一个圆。在E平面中，辐射场强会随着角度θ的变化而变化，θ=±90°方向上场强最大，θ=0°和θ=180°方向上场强为0。
通过天线的辐射功率可以计算出半波偶极子天线辐射电阻为73.2Ω，根据传输弦理论得到半波偶极子天线输入阻抗为73.2Ω。
三．实验步骤
1.设计变量
新建工程，设置求解类型为Driven Model 类型，并设置长度单位为毫米；
定义对称阵子天线的基本变量并初始化，如图1所示：
图1 设置天线变量
2.设计建模
a)创建偶极子天线模型
首先创建一个沿Z轴方向放置的细圆柱体模型作为偶极子天线的一个臂，其底面圆心坐标为（0，0，gap/2），半径为dip_radius，长度为dip_length，材质为理想导体，然后通过沿着坐标轴复制操作生成偶极子天线的另一个臂。此时就创建出了偶极子的模型如图2所示：
图2 天线模型（右图为俯视图）
b)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，并设置端口平面的激励方式为集总端口激励。
该矩形面需要把偶极子天线的两个臂连接起来，因此其顶点坐标为
（0，?dip_radius，?gap/2），长度和宽度分别为2?dip_radius和gap。如下：
图3 设置端口激励
然后设置该矩形面的激励方式为集总端口激励。由之前的理论分析可得，半波偶极子天线的输入阻抗为73.2?，为了达到良好的阻抗匹配，将负载阻抗也设置为73.2 ?。之后进行端口积分线的设置。此处积分线为矩形下边缘中点到矩形上边缘中点。
c)设置辐射边界条件
设定辐射边界和天线之间的距离为1/4 λ。首先，创建一个沿着z轴放置的圆柱体模型，其材质为air，底面圆心坐标为(0,0,?rad_height)，半径为rad_radius，高度为2?rad_height。然后把该圆柱体的表面设置为辐射边界条件。
3.求解设置
分析的半波偶极子天线的中心频率在1GHz左右，所以把求解频率设置为1GHz。同时添加0.5~1.5GHz的扫频设置，扫频类型选择快速扫频，分析天线在
0.5~1.5GHz频段内的回波损耗和电压驻波比。
a)求解频率和网络剖分设置
设置求解频率为1GHz，自适应网格剖分的最大迭代次数为20，收敛误差为0.02。如下：
图4 设置求解频率与剖分参数
b)扫频设置
扫频类型选择快速扫频，扫频范围为0.5~1.5GHz，扫频步进为0.001GHz。如下：
图5 设置扫频
4.运行仿真
通过前面的操作已经基本完成了偶极子天线模型的创建个求解设置等HFSS 设计的前期工作。之后使用Validation Check检查设计的完整性和正确性，完全正确后运行仿真。
5.数据处理
a)S参数（回波损耗）
根据软件仿真结果，可以得到如下的在0.5~1.5GHz频段内的回波损耗S11的分析结果：
图6 回波损耗曲线
从图中可看出，设计偶极子天线的中心频率为1GHz左右，相对带宽为
BW=(1.13-0.89)/1=23.8%
b)Smith圆图
在HFSS中得到的Smith圆图如下：
图7 Smith圆图
从Smith圆图中可以看出，在中心频率为1GHz的归一化阻抗约为1，说明天线的端口阻抗匹配良好。
c)方向图
天线方向图是方向性函数的图形表示，它可以形象的描述天线的辐射特性随着空间方向坐标的变化。如图8所示进行E面方向图参数设置：
图8 设置方向图参数
并仿照进行H面与3D方向图参数设置。之后得到方向图如下：
图9 设计天线方向图（依次为E面、H面、3D面）
在H平面中，极坐标方向图是一个圆，说明磁场在H平面上辐射较为均匀。在E平面中，辐射场强随角度θ变化而变化，θ=±90°方向上场强最大，
θ=0°和θ=180°方向上场强为0。
以上结果与理论分析一致。
d)输入阻抗
传输线、电子电路等的输入端口所呈现的阻抗。实质上是个等效阻抗。只有确定了输入阻抗，才能进行阻抗匹配。可以通过HFSS直接查看天线的输入阻抗值。
图10 输入阻抗曲线
从结果报告中可以看出，设计的半波偶极子天线在中心频率1GHz上，输入阻抗为（72.8-j0.4）?，与理论分析比较接近。
四．实验分析
在设计一个天线的过程中，无论是作为发射天线还是接收天线，我们都比较关心其方向参数、输入阻抗参数、增益参数、带宽参数等。这里就以上几个参数来讨论半波偶极子天线的优缺点：
1.半波偶极子天线的辐射与其电长度密切相关。当电长度小于0.5时，波瓣
宽度最窄，在垂直与轴向的平面内辐射最强，随着电长度的增加，开始出现副瓣，主瓣宽度变宽，最大辐射方向发生偏移。
2.半波偶极子天线在轴向无辐射；
3.半波偶极子天线的输入阻抗受频率影响很剧烈，说明宽频带时其较难实现
负载匹配，所以相对应的频带宽度也较窄。
4.在谐振频率附近时天线的输入阻抗接近传输线的特性阻抗，实现匹配较易，
而且在中心频率附近，电波的传输特性也最好，从而可以实现较大效率的功率传输。
5.通过对实验得到结果的分析，不难发现，半波偶极子天线的诸多特性与电
长度关系很大，所以可以通过调整天线的电长度来实现不同功能和要求的半波偶极子天线应用。
HFSS实验心得小结：
1.对称的使用
对于一个具体的高频电磁场仿真问题，首先应该看看它是否可以采用对
称面。这里面的约束主要在几何对称和激励对称要求。如果一个问题的
激励并不要求是可改变的，比如全部同相馈电的阵列，此时最好采用对
称，甚至可以采用2个对称（E 和H 对称），将可以大大节约时间和
设备资源。
2.面的使用
在实际问题中，有很多结构是可以使用 2 维面来代替的，使用2 维面
的好处是可以极大的减少计算量并且结果与使用 3 维实体相差无几。
例如计算一个微带的分支线耦合器，印制板的微带以及地都可以指定某
些面为理想电面代替，这样可以很快的获得所需要的物理尺寸及其性能。
再以计算偶极子为例，如果偶极子是以理想导体为材质的圆柱，那么相
同的其他条件下其计算时间大约是采用等效面为偶极子的4～5 倍，由
此可见一般。
3.关于辐射边界的问题
在不需要求解近（远）场问题时，比如密封在金属箱体里面的滤波器等
密闭问题，无需设置辐射边界。在需要求解场分布或者方向图时，必须
设置辐射边界。这里有些需要注意的问题：在计算大带宽周期性结构时，比如 3 个倍频程，最好分段计算，例如以一个倍频程为一段，也就是
说在不同的频段计算时设置不同大小的辐射边界，否则在计算的频率边缘难以保证计算精度；其次，辐射边界的大小和问题的具体形状密切相关，如果物体的外部轮廓可以装在一个球或并不过分的椭球中时，宜采用立方体边界——简单有效，如果问题的外部轮廓较为复杂或者椭球2 轴差距太大，以采用相似形边界或圆柱边界，对于辐射问题，如果估计问题的增益较低（比如2dB），那么边界宜采用球形，此时为了得到结果准确也只好牺牲时间了；另在 HFSS 8 中提供了一种新的吸收边界——PML 边界条件，对于这种边界，笔者并不是很满意，尽管其有效距离为八分之一个中心波长——是老边界的一半，可以减少计算量，然而这种边界由程序自己生成，为一个立方体的复杂结构，对于一些特殊的复杂问题，这种边界内部有很多的空间是无用的，此时还不如使用老边界灵活。
4.关于网格划分
当模型建立好了之后，进入计算模块，第一步是给问题划分网格。对于一般问题，让软件自动划分比较省心，但对大型问题和复杂问题，让软件自己划分可能需要很好的耐性来等待。根据实际经验，在大型模型的结构密集区域或场敏感区域使用人工划分可以得到很好的效果，有些问题的计算结果开始表现为收敛，但进一步提高精度，却又反弹，问题就在于开始时场敏感区域的网格划分不够仔细，导致计算结果的偏差。5.关于所需要的精度
计算问题时，一般需要给定一个收敛精度和计算次数以避免程序“陷入计算而无法自拔”，当对模型熟悉后，可以单单靠给定次数。在问题之初，建议的计算精度不要太高，实际中曾见到有操作者将问题的S 参数精度设定为0.00001，其实这是完全没有必要的，一般S 参数的精度设定为0.02 左右就已经可以满足绝大部分问题的需要（此时应该注意有无收敛反弹的情况）。如果是计算次数，对于密闭问题，建议是设定为8～12 次，对于辐射问题，一般计算6～8 次左右即可观察结果，如果不够再决定是否继续计算。
6.关于问题的规模
HFSS 所能计算的问题规模与计算机硬件关系很大，其次是所使用的操
作系统。在 HFSS8 里，问题描述矩阵的阶基本和网格数正比，对于四
面体上10 万的问题也能游刃有余（只要机器够好），然而这并非是指
实际问题的电尺寸，实际上，要精确计算一个计算机网络电缆接头（RJ45）
所需要的时间和资源并不比计算一个有一个波长电尺寸的一般辐射问
题少多少，所以实际上其计算规模的主要约束是问题的复杂程度，而复
杂程度里面包含了电尺寸、结构复杂度等要素。由此提醒我们建模时应
该尽量简化模型。一般来说，除了在激励区，当结构电尺寸比二十分之
一波长还小时，可以忽略它的存在而不会引入明显的误差，这一点在解
决问题之初很有效，可以迅速发现问题的关键；当问题的主要要求满足
后，再将模型细化以获得更加精确的结果。
五．实验总结
这次仿真实验，由于主要考试已经结束，我有充足的时间重新学习有关天线和仿真软件的知识，从最基本的基础知识到仿真软件HFSS的具体操作步骤都有了较深的认识。
本次HFSS天线实验是我第一次接触该仿真环境，由于之前的仿真软件学习
了不少，另外本学期微波实验中使用了AWR仿真平台，上手应该说不算太困难。在这个过程中，我参考了《HFSS天线设计》（电子工业出版社，2011年，李明洋等编著）一书，该书对HFSS的具体操作过程有相当详细的介绍。
通过本次HFSS天线仿真实验，使我对天线设计的原理等有了更清楚的认识，对天线的各个参数也有了具体的理解，对以后的学习还是很有帮助的。在学习的过程中与同学交流收获颇大，同时感谢老师本学期在课程上的指导。
一、单项选择题（共20道小题，共100.0分） 1. 未能按时参加答辩的学生，毕业设计状态为（）。 A. 未通过 B. 缓答 C. 放弃 D. 重答 2. 关于答辩成绩，说法不正确的是（）。 A. “良好”及以上成绩是申请学位的必要条件。 B. 论文和答辩成绩即为学生毕业设计的成绩。 C. 申请放弃答辩“及格”成绩，需重新参加答辩。 D. 答辩成绩录入后，学生即可知成绩了。 3. 申请“学士学位”的同学，本科毕业设计成绩的评定以（）为准。 A. 论文成绩 B. 答辩成绩 C. 论文和答辩成绩 D. 论文或答辩成绩 4. 不申请“学士学位”的同学，本科毕业设计成绩的评定以（）为准。 A. 论文成绩 B. 答辩成绩 C. 论文和答辩成绩 D. 论文或答辩成绩
5. 学生放弃答辩“及格”成绩申请由（）上交学院。 A. 学生 B. 学习中心管理员 C. 主答教师 D. 学生家长 6. 放弃答辩“及格”成绩后，需（）。 A. 重新进行毕业设计 B. 重新提交论文 C. 重新答辩 D. 交再修费后，重新答辩 7. 填写放弃答辩“及格”成绩申请表，（）情况有效。 A. 答辩成绩为“优秀” B. 答辩成绩为“良好” C. 答辩成绩为“及格” D. 答辩成绩为“不及格” 8. 学生根据（）答辩形式，参加答辩。 A. 中心选择的
B. 学院答辩发文安排的 C. 自己选择的 D. 导师指定的 9. 答辩的形式为（）。 A. 中心自行组织 B. 网络答辩 C. 现场答辩 D. 现场或网络答辩 10. 错过论文初稿提交时间，（）。 A. 可提交终稿 B. 邮件提交 C. 不可提交终稿 D. 参加下批次毕设 11. 答辩过程为（）。 A. 展示论文 B. 自述论文 C. 教师提问 D. 学生自述论文后，教师提问
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。
射频大作业 基于PSpice仿真的振幅调制电路设计数字调制与解调的集成器件学习
目录 题目一：基于PSpice仿真的振幅调制电路设计与性能分析 一、实验设计要求 (3) 二、理论分析 1、问题的分析 (3) 2、差动放大器调幅的设计理论 (4) 2.1、单端输出差动放大器电路 2.2、双端输出差动放大器电路 2.3、单二极管振幅调制电路 2.4、平衡对消二极管调幅电路 三、PSpice仿真的振幅调制电路性能分析 (10) 1、单端输出差动放大器调幅电路设计图及仿真波形 2、双端输出差动放大器调幅电路设计图及仿真波形 3、单二极管振幅调制电路设计图及仿真波形 4、平衡对消二极管调幅电路设计图及仿真波形 四、实验总结 (16) 五、参考文献 题目二数字调制与解调的集成器件学习 一、实验设计要求 (17) 二、概述 (17) 三、引脚功能及组成原理 (18) 四、基本连接电路 (20) 五、参考文献 (21) 六、英文附录 (21)
题目一基于PSpice仿真的振幅调制电路设计 摘要 随着大规模集成电路的广泛发展,电子电路CAD及电子设计自动化（EDA）已成为电路分析和设计中不可缺少的工具。此次振幅调制电路仿真设计基于PSpice，利用其丰富的仿真元器件库和强大的行为建模工具，分别设计了差分对放大器和二极管振幅调制电路，由此对线性时变电路调幅有了更进一步的认识；同时，通过平衡对消技术分别衍生出双端输出的差分对放大器和双回路二极管振幅调制电路，消除了没用的频率分量，从而得到了更好的调幅效果。本文对比研究了单端输出和双端输出的差分对放大器调幅电路及单二极管和双回路二极管调幅电路，通过对比观察时域和频域波形图，可知平衡对消技术可以很好地减小失真。 关键词：PSpice 振幅调制差分对放大器二极管振幅调制电路平衡对消技术 一、实验设计要求 1.1 基本要求 参考教材《射频电路基础》第五章振幅调制与解调中有关差分对放大器调幅和二极管调幅的原理，选择元器件、调制信号和载波参数，完成PSpice电路设计、建模和仿真，实现振幅调制信号的输出和分析。 1.2 实践任务 (1) 选择合适的调制信号和载波的振幅、频率，通过理论计算分析，正确选择晶体管和其它元件；搭建单端输出的差分对放大器，实现载波作为差模输入电压，调制信号控制电流源情况下的振幅调制；调整二者振幅，实现基本无失真的线性时变电路调幅；观察记录电路参数、调制信号、载波和已调波的波形和频谱。 (2) 参考例5.3.1，修改电路为双端输出，对比研究平衡对消技术在该电路中的应用效果。 (3) 选择合适的调制信号和载波的振幅、频率，通过理论计算分析，正确选择二极管和其它元件；搭建单二极管振幅调制电路，实现载波作为大信号，调制信号为小信号情况下的振幅调制；调整二者振幅，实现基本无失真的线性时变电路调幅；观察记录电路参数、调制信号、载波和已调波的波形和频谱。 (4) 参考例5.3.2，修改电路为双回路，对比研究平衡对消技术在该电路中的应用效果。 1.3 写作报告 (1) 按论文形式撰写，包括摘要、正文和参考文献，等等。 (2) 正文包括振幅调制电路的设计原理、理论分析结果、实践任务中各阶段设计的电路、参数、波形和频谱，对观察记录的数据配以图像和表格，同时要有充分的文字做分析和对比，有规律性认识。 (3) 论文结构系统、完备、条理清晰、理论正确、数据翔实、分析完整。 1.4 相关提示 (1) 所有电路和信号参数需要各人自行决定，各人有不同的研究结果，锻炼学生的独立研究和实验分析能力。 (2) 为了提高仿真精度和减小调试难度，可以将调制信号和载波的频率设置得较低。 二、理论分析 1、问题的分析 根据题目的要求，差分对放大器和二极管振幅调制电路目的都是实现基本无
.. .. .. 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。
本文章使用简单的术语介绍了天线的设计情况，并推荐了两款经过测试的低成本PCB天线。这些PCB天线能够与PRoC?和PSoC?系列中的低功耗蓝牙(BLE)解决方案配合使用。为了使性能最佳，PRoC BLE和PSoC4 BLE2.4GHz射频必须与其天线正确匹配。本应用笔记中最后部分介绍了如何在最终产品中调试天线。 1、简介 天线是无线系统中的关键组件，它负责发送和接收来自空中的电磁辐射。为低成本、消费广的应用设计天线，并将其集成到手提产品中是大多数原装设备制造商(OEM)正在面对的挑战。终端客户从某个RF产品(如电量有限的硬币型电池)获得的无线射程主要取决于天线的设计、塑料外壳以及良好的PCB布局。 对于芯片和电源相同但布局和天线设计实践不同的系统，它们的RF(射频)范围变化超过50%也是正常的。本应用笔记介绍了最佳实践、布局指南以及天线调试程序，并给出了使用给定电量所获取的最宽波段。
图1.典型的近距离无线系统 设计优良的天线可以扩大无线产品的工作范围。从无线模块发送的能量越大，在已给的数据包错误率(PER)以及接收器灵敏度固定的条件下，传输的距离也越大。另外，天线还有其他不太明显的优点，例如：在某个给定的范围内，设计优良的天线能够发射更多的能量，从而可以提高错误容限化(由干扰或噪声引起的)。同样，接收端良好的调试天线和Balun(平衡器)可以在极小的辐射条件下工作。 最佳天线可以降低PER，并提高通信质量。PER越低，发生重新传输的次数也越少，从而可以节省电池电量。 2、天线原理 天线一般指的是裸露在空间内的导体。该导体的长度与信号波长成特定比例或整数倍时，它可作为天线使用。因为提供给天线的电能被发射到空间内，所以该条件被称为“谐振”。 图2. 偶极天线基础 如图2所示，导体的波长为λ/2，其中λ为电信号的波长。信号发生器通过一根传输线(也称为天线馈电)在天线的中心点为其供电。按照这个长度，将在整个导线上形成电压和电流驻波，如图2所示。 输入到天线的电能被转换为电磁辐射，并以相应的频率辐射到空中。该天线由天线馈电供电，馈电的特性阻抗为50Ω，并且辐射到特性阻抗为377Ω的空间中。
一、单项选择题（共20道小题，共分） 1.申请放弃答辩“及格”成绩的学生，毕业设计状态为（）。 A.未通过 B.缓答 C.放弃 D.申请重答 2.毕业设计成绩于（）发布。 A.终稿审核后 B.答辩结束后 C.学院毕设总结会后 D.答辩委员总结会后 3.申请“学士学位”的同学，本科毕业设计成绩的评定以（）为准。 A.论文成绩 B.答辩成绩 C.论文和答辩成绩
D.论文或答辩成绩 4.不申请“学士学位”的同学，本科毕业设计成绩的评定以（）为准。 A.论文成绩 B.答辩成绩 C.论文和答辩成绩 D.论文或答辩成绩 5.放弃答辩“及格”成绩后，需（）。 A.重新进行毕业设计 B.重新提交论文 C.重新答辩 D.交再修费后，重新答辩
6.填写放弃答辩“及格”成绩申请表，（）情况有效。 A.答辩成绩为“优秀” B.答辩成绩为“良好” C.答辩成绩为“及格” D.答辩成绩为“不及格” 7.学生根据（）答辩形式，参加答辩。 A.中心选择的 B.学院答辩发文安排的 C.自己选择的 D.导师指定的 8.答辩的形式为（）。 A.中心自行组织 B.网络答辩 C.现场答辩 D.现场或网络答辩
9.对参加网络答辩的学生要求有（）。 A.电子演示文档 B.音频和视频 C.回答3个以上问题 D.以上都是 10.答辩过程为（）。 A.展示论文 B.自述论文 C.教师提问 D.学生自述论文后，教师提问 11.选题结束后，未选题的同学，只可参加（）
A.论文提交 B.补选题 C.线下选题 D.下批次毕业设计 12.论文正文字数要求是（） A.一万以上 B.8000左右 C.6000左右 D.5000 13.论文撰写过程中，遇到问题需与（）沟通协商 A.家长 B.指导教师 C.校外学习中心（站点）老师 D.学院管理老师
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< 天线原理与设计习题集 第一章 天线的方向图 1．如图1为一元天线，电流矩为Idz ，其矢量磁位表 示为A r j 0r 4Idz ?βπμ?=e z A ，试求解元天线的远区辐射电磁场。 ?θH E ,2．已知球面波函数r e r j /βψ?=，试证其满足波动方程： 022=+?ψβψ 3．如图2所示为两副长度为λ=A 2的对称线天线，其上的电流分别为均匀分布和三角形分布，试采用元天线辐射场的叠加原理，导出两天线的远区辐射场，方向图函数?θH E ,),(?θf 和归一化方向图函数),(?θF ，并分别画出它们在yoz 平面和xoy 平面内的方向图的示意图。 4．有一对称振子长度为，其上电流分布为：A 2|)|(sin )(z I z I m ?=A β试导出： (1) 远区辐射场; ?θH E ,(2) 方向图函数),(?θf ； (3) 半波天线(2/2λ=A )的归一化方向图函数),(?θF ，并分别画出其E 面 和H 面内的方向图示意图。 (4) 若对称振子沿y 轴放置，导出其远区场表达式和E 面、H 面方向图 函数。 H E , 5．有一长度为2/λ=A 的直导线，其上电流分布为，试求该天线的 方向图函数z j e I z I β?=0)(),(?θF ，并画出其极坐标图。 6．利用方向性系数的计算公式: ∫∫ = ππ ? θθ?θπ 20 2 sin ),(4d d F D 计算：(1) 元天线的方向性系数； (2) 归一化方向图函数为 ???≤≤≤≤=其它,0 0,2/,csc ),(0 0??πθθθ?θF 的天线方向性系数。 (3) 归一化方向图函数为： ?? ?≤≤≤≤=其它,0 20,2/0,cos ),(π ?πθθ?θn F n=1和2时的天线方向性系数。 7．如图3所示为二元半波振子阵，两单元的馈电电流关系为/212j I I e π=，要求导出二元阵的方向图函数),(?θT f ，并画出E 面(yz 平面)和H 面(xy 平面)方向图。 8．有三付对称半波振子平行排列在一直线上,相邻振子 间距为d ，如图4所示。 (1) 若各振子上的电流幅度相等，相位分别为 ββ,0,?时，求xy 面、yz 面和H 面方向图函数。 (2) 若4/λ=d ，各振子电流幅度关系为1:2:1，相位 关系为2/,0,2/ππ?时，试画出三元阵的E 面和H 面方向图。 9. 由四个元天线组成的方阵，其排列如图5所示。每个单元到阵中心的距离为8/3λ，各单元的馈电幅度相等，单元1和2同相，单元3和4同相但与1和2反相。试导出该四元阵的方向图函数及阵因子，并草绘该阵列xoy 平面内的方向图。 10. 设地面为无限大理想导电平面。图6所示为由等幅同相馈电的半波振子组成的水平和垂直二元阵，试求其 E 面方向图函数，要求： (1) 对图(a)求出xz 面和yz 面方向图函数，并画出xz 面的方向图； (2) 对图(b) 求出xz 面、yz 面 和xy 面方向图函数，并画出这三个面内的方向图；。 11．一半波对称振子水平架设在理想导电平面上，架设高度为。试分别画出h 0.25,0.5h λλ=两种情况下的E 面和H 面方向图，并比较所得结果。 12．由长为4/λ=A 的单极天线组成的八元天线阵如图7所示，各单元垂直于地 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 第八章 口径天线的理论基础(8-1) 简述分析口径天线辐射场的基本方 法。 答：把求解口径天线在远区的电场问题分为两部分： ①. 天线的内部问题； ②. 天线的外部问题； 通过界面上的边界条件相互联系。 近似求解内部问题时，通常把条件理想化，然后把理想条件下得到的解直接地或加以修正后作为实际情况下的近似解。这样它就变成了一个与外部问题无关的独立的问题了。 外部问题的求解主要有： 辅助源法、矢量法，这两种是严格的求解方法； 等效法、惠更斯原理法、几何光学法、几何绕射法，这些都是近似方法。 (8-2) 试述几何光学的基本内容及其在口径天线设计中的应用。 答：在均匀的媒质中，几何光学假设能量沿着射线传播，而且传播的波前（等相位面）处处垂直于射线，同时假设没有射线的区域就没有能量。 在均匀媒质中，射线为直线，当在两种媒质的分界面上或不均匀媒质传播时，便发生反射和折射，而且完全服从光的反射、折射定律。 B A l nds =? 光程长度： 在任何两个给定的波前之间，沿所有射线路径的光程长度必须相等，这就是光程定律。''PdA P dA = 应用： ①. 可对一个完全聚焦的点源馈电的天线系统，求出它在给定馈源功率方向图 为P(φ,ξ)时，天线口径面上的相对功率分布。 ②. 对于完全聚焦的线源馈电抛物柱面天线系统，口径上的相对功率分布也可 用同样类似的方法求解。 (8-3) 试利用惠更斯原理推证口径天线的远区场表达式。 解：惠更斯元产生的场： (1cos )2SP j r S SP jE dE e r βθλ-?= ?+?? 222)()(z y y x x r S S SP +-+-= r , r sp >>D (最大的一边) 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 , 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< 课程设计说明书 题目：基于ADS的微带缝隙天线的仿真设计 学院（系）： 年级专业： 学号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称： 基于ADS的微带缝隙天线的仿真设计 摘要：通信系统的发展带来了天线行业的勃勃生机，在众多的天线类型中微带天线已成为当前研究的前沿之一，具有广阔的前景与实用意义。特别是微带缝隙天线，以其重量轻、剖面薄、平面结构且易与载体共形，馈电网络可与天线结构一起制成等优点已经引起天线工作者的广泛关注。本文就设计一个中心频率工作为880MHz，相对带宽为B=5％，介质板厚度h=1.6mm，损耗角正切tanδ=0.0018，介电常数为Er=2.3的微带缝隙天线展开研究以及仿真和优化。 关键词：ADS；微带缝隙天线；仿真设计； Design of microstrip slot antenna based on ADS simulation Abstract: Communication system development has brought the antenna the vitality of the industry, in many types of antenna microstrip antenna has become one of the forefront of current research, has broad prospects and practical significance. Microstrip slot antenna, in particular, with its light weight, thin section, flat structure and easy with conformal carrier, feeding the advantages of network can be made with the antenna structure has caused extensive concern of antenna workers. In this paper, the design of a work center frequency is 880 MHZ, relative bandwidth is B = 5%, medium plate thickness h = 1.6 mm, loss tangent tan delta = 0.0018, the dielectric constant of Er = 2.3 microstrip slot antenna study and simulation and optimization. Key words: ADS; Microstrip slot antenna. The simulation design; 学习目的 1. 学习射频电路的理论知识； 《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 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 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 学生姓名 课程名称 微波技术与天线课程设计 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 西南交通大学2012－2013 学年第( 2 )学期期 中考试试卷 课程代码 3143373 课程名称 天线原理与设计 考试时间 90分钟 阅卷教师签字： 一． 判断题：（20分）（正确标√，错误标?，每题2分） 1． 元天线的方向性系数为1.5。（√） 2． 元天线的远区辐射场是平面波。（?） 3． 在功率方向图中，功率为主瓣最大值一半对应两点所张的 夹角就是主瓣宽度。（√ ） 4． 侧射式天线阵须满足各单元馈电幅度和相位均相等。（√ ） 5． 坡印亭矢量法可以求出天线的辐射阻抗。（? ） 6． 对称振子的平均特性阻抗愈小，其频率特性就愈好。（√ ） 7． 对称振子的谐振长度总是略大于0.25和0.5。（? ） 8． 右旋圆极化天线可以接收左旋圆极化天线发射的信号。 （? ） 9． 要使接收天线接收到的功率达到最大，需满足阻抗匹配和 班 级 学 号 姓 名 密封装订线 密封装订线 密封装订线 极化匹配。（√ ） 10．笼形天线设计增加了阻抗频带宽度。（√ ） 二． 填空题：（30分，每空2分） 1.在场强方向图中，主瓣宽度是指场强大小下降到最大值的（ 0.707 ）倍处对应的两点之间的夹角。 2. 在功率方向图中，主瓣宽度是指功率大小下降到最大值的（ 0.5 ）倍处对应的两点之间的夹角。 3. 在分贝方向图中，主瓣宽度是指场强的分贝值下降到（-3 ）dB 处对应的两点之间的夹角。 4.当2/(1.44)l λ≤时，对称阵子的最大辐射方向在0 90m θ=。 5.当2/ 1.44l λ≤时，对称阵子的最大辐射方向在 (90)m θ=。 6.半波天线的归一化方向图()cos cos 2( )sin F πθθθ ?? ???=， 方向性系数(1.64)D =，输入阻抗(73.142.5)Z j =+Ω。 7.间距为 d 的二元等幅同相(1,0)m α==阵因子 ()cos ,(2cos )a d f πθ θ?λ =。 8.间距为d 的二元等幅反相(1,)m απ==阵因子 ()cos ,(2sin )a d f πθ θ?λ =。 9. 间距为d 的均匀直线式N 元天线阵的阵因子 北邮毕业设计测试题 一、判断题（共30道小题，共100.0分） 1.学生如果感觉答辩不理想，填写自愿放弃：“及格”成绩的申请，可获得 重新进行毕业设计的机会。 A.正确 B.错误 知识点: 管理类毕业设计测试题 学生答 [A;] 案: 得分: [3] 试题分值: 3.0 提示: 2.再次进行毕业设计时，要按照“教学平台”毕业设计系统新设置的时间安 排来完成各项工作。 A.正确 B.错误 知识点: 管理类毕业设计测试题 学生答 [A;] 案: 得分: [3] 试题分值: 3.0 提示: 3.重新进行毕业设计学生可以选择不换题目、重新选题两种方式。 A.正确 B.错误 知识点: 管理类毕业设计测试题 学生答 [A;] 案: 得分: [3] 试题分值: 3.0 提示: 4.没有取得毕业设计成绩，重新进行毕业设计都要从论文阶段开始。 A.正确 B.错误 知识点: 管理类毕业设计测试题 学生答[A;] 案: 得分: [3] 试题分值: 3.0 提示: 5.不参加答辩学生的论文成绩为毕业设计最终成绩。 A.正确 B.错误 知识点: 管理类毕业设计测试题 学生答 [A;] 案: 得分: [3] 试题分值: 3.0 提示: 6.参加答辩学生的答辩成绩为毕业设计最终成绩。 A.正确 B.错误 知识点: 管理类毕业设计测试题 学生答 [A;] 案: 得分: [3] 试题分值: 3.0 提示: 7.毕业设计各个环节工作任务的完成都规定有严格的时限，到时“平台”自 动关闭。 A.正确 B.错误 知识点: 管理类毕业设计测试题 学生答 [A;] 案: 得分: [3] 试题分值: 3.0 提示: 8.在规定时间、次数内，任务书如果不能“通过”审核，将不能继续完成 毕业设计。 A.正确 B.错误 知识点: 管理类毕业设计测试题 … 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）。天线原理与设计习题集
微带天线仿真设计(5)讲解
(整理)天线原理与设计习题集解答_第8_11章.
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