一实验目的 1 学会使用Ansoft软件hfss工具包分析阵列天线的基本步骤。 2 计算四元阵的方向图，并观察馈电电压相位改变时方向图的变化。 图0 对称振子四元阵 二实验原理及步骤 1、建立天线模型 按照教材P199图5.2-17给出的四元阵的示意图，计算出天线各单元的尺寸和坐标位置，建立模型进行仿真（如图0）。 工作频率为3GHz，波长lbd=100mm。四分之一波长振子单臂长度l0=lbd/4=25mm, 阵列单元间距d=lbd/250mm，各振子臂为以z轴各为轴的圆柱体，模型如表1。其中r0=1mm，l0= 25mm，d=50mm。 表1 振子模型
各振子的激励加在矩形平面上（平行于yz面），模型如表2。 表2 激励源模型 Airbox为立方体，顶点坐标为(-lbd/4-r0, -lbd/4-r0, -lbd/4- l0-0.5mm)，尺寸为xsize=2*(lbd/4+r0), ysize=2*lbd/4+4*r0+3*d，zsize=2*(lbd/4+l0+0.5mm)。其中lbd=100 mm，材料为vaccum，边界条件为radiation。 2、设置频率3GHz，运行计算。 3、设置立体角度 在Project Manager窗口中，选择dipole>HFSSDesign1>Radiation，点击鼠标右键，选择Inser Farm Field Setup>Infinite Sphere，出现远场辐射球设置界面“Far Field Radiation Sphere”，设置如图1，点击确定。
图1 远场辐射球设置界面 4、仿真结果 （1）等幅同相激励 选择project manger窗口中的Field Overlays，点击鼠标右键Edit Source，按照图2所示设置各端口的激励源，等幅同相激励。
天线设计指南?........................................................................................................................... 2 简介?...........................................................................................................................................?2 天线原理?...................................................................................................................................?3 天线类型?...................................................................................................................................?5 天线的选择?............................................................................................................................... 7 天线馈电的考量?..................................................................................................................... 13 芯片天线?.................................................................................................................................?21 各种天线的比较?..................................................................................................................... 25 环境对天线性能的影响?......................................................................................................... 25 塑料外壳的影响?..................................................................................................................... 27 调试 PCB 空板?......................................................................................................................... 32 使用塑料和人体接触来调整调试?......................................................................................... 38?
1-1 解： f=9375MHz, / 3.2,/ 3.1251c f cm l λλ===> 此传输线为长线 1-2解： f=150kHz, 4/2000,/0.5101c f m l λλ-===?<< 此传输线为短线 1-3答： 当频率很高，传输线的长度与所传电磁波的波长相当时，低频时忽略 的各种现象与效应，通过沿导体线分布在每一点的损耗电阻，电感，电容和漏电导表现出来，影响传输线上每一点的电磁波传播，故称其 为分布参数。用1111,,,R L C G 表示，分别称其为传输线单位长度的分布电阻，分布电感，分布电容和分布电导。 1-4 解： 特性阻抗 050Z ====Ω f=50Hz X 1=ωL 1=2π×50×16.65×10-9Ω/cm=5.23×10-6Ω/cm B 1=ω C 1=2π×50×0.666×10×10-12=2.09×10-9S/cm 1-5 解： ∵ ()22j z j z i r U z U e U e ββ''-'=+ ()()220 1 j z j z i r I z U e U e Z ββ''-'= - 将 22233 20,2,42 i r U V U V z πβλπλ'===?= 代入 3 32 2 3 4 20220218j j z U e e j j j V ππλ-'==+=-+=- ()34 1 2020.11200 z I j j j A λ'== --=- ()()()34 ,18cos 2j t e z u z t R U z e t V ωλπω'=??''??==- ????? ()()()34,0.11cos 2j t e z i z t R I z e t A ωλπω'=??''??==- ????? 1-6 解： ∵Z L =Z 0 ∴()()220j z i r U z U e U β''== ()()()2123 2 1 100j j z z U z e U z e πβ' ' -''== ()() ()() 6 1 1100,100cos 6j U z e V u z t t V ππω'=? ?=+ ?? ?
理工大学现代科技学院 课程设计任务书
指导教师签名：日期：
专业班级 学号 成绩 一、设计题目 螺旋天线的仿真设计 二、设计目的 （1）熟悉Ansoft HFSS 软件的使用。 （2）学会螺旋天线的仿真设计方法。 （3）完成螺旋天线的仿真设计，并查看S 参数以及场分布。 三、实验原理 螺旋天线（helical antenna ）是一种具有螺旋形状的天线。它由导电性能良好的金属螺旋线 组成，通常用同轴线馈电，同轴线的心线和螺旋线的一端相连接，同轴线的外导体则和接地 的金属网（或板）相连接，该版即为接地板。螺旋天线的辐射方向与螺旋线圆周长有关。当 螺旋线的圆周长比一个波长小很多时，辐射最强的方向垂直于螺旋轴；当螺旋线圆周长为一 个波长的数量级时，最强辐射出现在螺旋旋轴方向上。 四、设计要求 设计一个右手圆极化螺旋天线，要求工作频率为4G ，分析其远区场辐射特性以及S 曲线。 本设计参数为：螺旋天线的中心频率 f=4GHz ， λ=75mm ； … … …… …… ………………… …装 …… …… …… …… … …… …… …… 订… …… ……………………………… …线 …… …… …… …… … ………………
螺旋导体的半径 d=0.15λ=11.25mm ； 螺旋线导线的半径 a=0.5mm ； 螺距 s=0.25λ=18,75mm ； 圈数 N=3； 轴向长度 l=Ns ； 五、设计仿真步骤 在HFSS 建立的模型中，关键是画出螺旋线模型。画螺旋线，现说明螺旋线模型的创建。 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、设置模型的默认材料 在工具栏中设置模型的下拉菜单中点击Select ，在设置材料窗口中选择copper （铜）材料， 点击OK 按钮（确定）确认。 5、创建螺旋天线模型 （1）创建螺旋线Helix 。 在菜单中点击Draw>Circle,输入圆的中心坐标。X:11.25 Y:0 Z:0 ,按回车键结束。输入圆的 半径dX:0.5 dY:0 dZ:0 按回车键结束输入。在特性（Porperties ）窗口中将Axis 改为Y 。点击确认。在历史操作树中选中该circle 。在菜单键点击Draw>Helix ，在右下角的输入栏中 … … …… …… …… ……………装……………………………………订……………… …… …… …… …… …线 … …… …… …… …… ……… …… …… …
《微波技术与天线》复习知识要点 绪论 微波的定义： 微波是电磁波谱介于超短波与红外线之间的波段，它属于无线电波中波长最短的波段。 微波的频率范围：300MHz~3000GHz ,其对应波长范围是1m~ 0.1mm 微波的特点（要结合实际应用）： 似光性，频率高（频带宽），穿透性（卫星通信），量子特性（微波波谱的分析） 第一章均匀传输线理论 均匀无耗传输线的输入阻抗（2个特性） 定义： 传输线上任意一点z处的输入电压和输入电流之比称为传输线的输入阻抗注： 均匀无耗传输线上任意一点的输入阻抗与观察点的位置、传输线的特性阻抗、终端负载阻抗、工作频率有关。 两个特性： 1、λ／2重复性： 无耗传输线上任意相距λ／2处的阻抗相同Z in(z)=Z in(z+λ／2)
2、λ／4变换性:Zin(z)-Z in(z+λ／4)=Z 02 证明题： (作业题) 均匀无耗传输线的三种传输状态（要会判断）参数 |Γ|ρZ 1行波01 匹配驻波1∞ 短路、开路、纯 电抗行驻波 0＜|Γ|＜1 1＜ρ＜∞ 任意负载 能量电磁能量全部 被负载吸收电磁能量在原 地震荡 1.行波状态： 无反射的传输状态 匹配负载：
负载阻抗等于传输线的特性阻抗 沿线电压和电流振幅不变 电压和电流在任意点上同相 2.纯驻波状态： 全反射状态 负载阻抗分为短路、开路、纯电抗状态 3.行驻波状态： 传输线上任意点输入阻抗为复数 传输线的三类匹配状态（知道概念） 负载阻抗匹配： 是负载阻抗等于传输线的特性阻抗的情形，此时只有从信源到负载的入射波，而无反射波。源阻抗匹配： 电源的内阻等于传输线的特性阻抗时，电源和传输线是匹配的，这种电源称之为匹配电源。此时，信号源端无反射。 共轭阻抗匹配： 对于不匹配电源，当负载阻抗折合到电源参考面上的输入阻抗为电源内阻抗的共轭值时，即当Z in=Z g﹡时，负载能得到最大功率值。 共轭匹配的目的就是使负载得到最大功率。 传输线的阻抗匹配（λ／4阻抗变换）(P15和P17) 阻抗圆图的应用（*与实验结合）
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
微波技术与天线实验指导书 南京工业大学信息科学与工程学院 通信工程系
目录 实验一微波测量系统的熟悉和调整.................. - 2 -实验二电压驻波比的测量......................... - 9 -实验三微波阻抗的测量与匹配 .................... - 12 -实验四二端口微波网络阻抗参数的测量 ............. - 17 -
实验一 微波测量系统的熟悉和调整 一、实验目的 1. 熟悉波导测量线的使用方法； 2. 掌握校准晶体检波特性的方法； 3. 观测矩形波导终端的三种状态（短路、接任意负载、匹配）时，TE 10波的电场分量沿轴向方向上的分布。 二、实验原理 1. 传输线的三种状态 对于波导系统，电场基本解为ift rm ift r e E e a b r V E --== ) /ln(0 (1) 当终端接短路负载时，导行波在终端全部被反射――纯驻波状态。 ift y ift y y e x a E e x a E E )sin( )sin( 00π π -=- 在x=a/2处 z E e e E E y ift ift y y βsin 2)(00-=+=+- 其模值为：z E E y y βsin 20= 最大值和最小值为： 2min 0max ==r r r E E E (2) 终端接任意负载时，导行波在终端部分被反射――行驻波状态。 ift y ift y y e x a E e x a E E )sin( )sin( ' 00π π +=- 在x=a/2处 z E e E E e E e E e E e E e E e E E y ift y y fit y fit y fit y ift y fit y fit y y βcos 2)()()('0 ' 0'0 '0'00'00+-=++-=+=----- 由此可见，行驻波由一行波与一驻波合成而得。其模值为：
HFSS仿真分析波导膜片 1.实验原理 矩形波导的结构（如图1），尺寸a×b, a>b，在矩形波导传播的电磁波可分为TE模和TM模。 图1 矩形波导 1）TE模，0 = z E。 cos cos z z mn m x n y H H e a b γ ππ - = 2 cos sin x mn c z n m x n y E H b a b j k eγ πππ ωμ- = 2 sin cos z y mn c j m m x n y E H e k a a b γ ωμπππ - =- 2 sin cos z x mn c m m x n y H H e k a a b γ λπππ - = 2 cos sin z y mn c n m x n y H H e k b a b γ λπππ - = 其中， c k22 m n a b ππ ???? ? ? ???? +mn H是与激励源有关的待定常数。 2）TM模
Z H =0，由Z E 的边界条件同样可得无穷多个TM 模。注意：对于mn TM 和mn TE 模，m, n 不能同时为零，否则全部的场分量为零。 mn TM 和mn TE 模具有相同的截止波数计算公式，即 c k （mn TM ）=c k （mn TE ） 所以，它们的截止波长c λ和截止频率c f 的计算公式也是一样的，即 c λ（mn TM ）=c λ（mn TE ）=222 ??? ??+??? ??b n a m c f （mn TM ）=c f （mn TE ） 对于给定的工作频率或波长，只有满足传播条件（f >c f 或λ 1测试方法 1.1技术指标测试 1.1.1频率范围 1.1.1.1技术要求 频率范围：1150MHz～1250MHz。 1.1.1.2测试方法 在其它技术指标测试中检测，其它各项指标满足要求后，本项指标符合要求。 1.1.1.3测试结果 测试结果记录见表1。 表1 工作频率测试记录表格 1.1.2 1.1. 2.1技术要求 极化方式：线极化。 1.1. 2.2测试方法 该指标设计保证，在测试验收中不进行测试。 1.1.3波束宽度 1.1.3.1技术要求 波束宽度： 1）方位面：60°≤ 2θ≤90°； 0.5 2）俯仰面：60°≤ 2θ≤90°。 0.5 1.1.3.2测试框图 测试框图见图1。 图1 波束宽度测试框图 1.1.3.3测试步骤 a)按图1连接设备； b)将发射天线置为垂直极化，将待测天线也置为垂直极化并架设于一维转台上， 设置信号源输出频率为1150MHz，幅度设为最大值； c)使用计算机同时控制一维转台及频谱仪，在一维转台转动的同时频谱仪自动记 录待测天线接收的幅度值，待一维转台完成360°转动后，测试软件绘制该频点的俯仰面方向图； d)从该频点方向图中读出俯仰面波束宽度，并记录测试结果于表2； e)重复步骤b）~d），直到完成所有频点俯仰面波束宽度测试； f)将发射天线置为水平极化，将待测天线也置为水平极化并架设于一维转台上， 设置信号源输出频率为1150MHz，幅度设为最大值； g)使用计算机同时控制一维转台及频谱仪，在一维转台转动的同时频谱仪自动记 录待测天线接收的幅度值，待一维转台完成360°转动后，测试软件绘制该频点的方位面方向图； h)从该频点方向图中读出方位面波束宽度，并记录测试结果于表2； i)重复步骤f）~h），直到完成所有频点方位面波束宽度测试； j)若方位面波束宽度和俯仰面波束宽度60°≤ 2θ≤90°，则满足指标要求。 0.5 1.1.3.4测试结果 测试结果记录见表2。 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。 HFSS 仿真分析波导膜片 1. 实验原理 矩形波导的结构（如图1），尺寸a×b, a>b ，在矩形波导内传播的电磁波可分为TE 模和TM 模。 图1 矩形波导 1） TE 模，0=z E 。 cos cos z z mn m x n y H H e a b γππ-= 2 cos sin x mn c z n m x n y E H b a b j k e γπππωμ-= 2 sin cos z y mn c j m m x n y E H e k a a b γωμπππ-=- 2sin cos z x mn c m m x n y H H e k a a b γλπ ππ-= 2cos sin z y mn c n m x n y H H e k b a b γλπ ππ-= 其中，c k 2 2 m n a b ππ???? ? ????? +mn H 是与激励源有关的待定常数。 2） TM 模 Z H =0，由Z E 的边界条件同样可得无穷多个TM 模。注意：对于mn TM 和mn TE 模，m, n 不能同时为零，否则全部的场分量为零。 mn TM 和mn TE 模具有相同的截止波数计算公式，即 c k （mn TM ）=c k （mn TE ） 所以，它们的截止波长c λ和截止频率c f 的计算公式也是一样的，即 c λ（mn TM ）=c λ（mn TE ）= 2 2 2?? ? ??+??? ??b n a m c f （mn TM ）=c f （mn TE ） 对于给定的工作频率或波长，只有满足传播条件（f >c f 或λ 天线设计规范 深圳麦汉科技技术有限公司 研发部内部标准及对外培训资料 2013.7.10 编制：黄年宇 第1篇 项目评估基本概念 1-1 背景 根据公司年度经营计划，研发工程师要同客户建立积极主动地工作关系，不仅要现场分析和解决测试中遇到的问题，还要能够对客户的新项目进行现场评估和提出建议。而后者是目前大部分工程师的弱项，掌握基本的评估技巧和准则，不仅是公司实力的体现，也是个人能力的提升。 下面将分为几方面对项目的评估做基本的介绍： *天线的空间和性能 *直板机PIFA天线的评估 *直板机Monopole天线的评估 *翻盖机PIFA天线的评估 *翻盖机Monopole天线的评估 *滑盖机PIFA天线的评估 *滑盖机Monopole天线的评估 *双模机的评估 *SAR的评估 *装饰件的评估 *天线材质的选择 *人体模拟评估 *评估中的注意事项 1-2 天线空间和性能（PIFA ） 所需空间H>6.0mm S>400mm2H>6.5mm S>450mm2H>6.5mm S>450mm2H>7.0mm S>500mm2H>7.0mm S>500mm2H>7.0mm S>550mm2H>7.0mm S>600mm2H>7.0mm S>600mm2H>5.5mm S>200mm2H>7.0mm S>550mm2H>5mm S>150mm2频段 CDMA800 850&1900 900&1800 850&1800&1900 900&1800&1900 GSM 四频 GSM 三频+WCDMA GSM 四频+WCDMA GPS LTE-38、39、40 Bluetooth 可能达到的性能VSWR<3 EFF ≈40%VSWR<3 EFF ≈40%VSWR<3 EFF ≈40%VSWR<3 EFF ≈40%VSWR<3 EFF ≈40%VSWR<3 EFF ≈35%VSWR<3 EFF ≈40%VSWR<3 EFF ≈35%VSWR<1.5 EFF >50%VSWR<2 EFF >50%VSWR<2 EFF ≈50% 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。 微波技术与天线实验3利用HFSS仿真分析矩形波导 微波技术与天线实验报 告 实验名称：实验3：利用HFSS仿真分析矩形波导 学生班级： 学生姓名： 学生学号： 实验日期：2011年月日 2sin cos z y mn c j m m x n y E H e k a a b γωμπππ-=- 2sin cos z x mn c m m x n y H H e k a a b γλπππ-= 2cos sin z y mn c n m x n y H H e k b a b γλπ ππ-= 其中，c k 22m n a b ππ???? ? ????? +mn H 是与激励源有关的待定常数。 1） TM 模 Z H =0，由Z E 的边界条件同样可得无穷多个TM 模。注意：对于mn TM 和 mn TE 模，m, n 不能同时为零，否则全部的场分量为零。 mn TM 和mn TE 模具有相同的截止波数计算公式，即 c k （mn TM ）=c k （mn TE ）22 m n a b ππ???? ? ?????+所以，它们的截止波长c λ和截止频率c f 的计算公式也是一样的，即 c λ（mn TM ）=c λ（mn TE ）=222 ?? ? ??+??? ??b n a m c f （mn TM ）=c f （mn TE ）2με22 m n a b ???? ? ?????+ 对于给定的工作频率或波长，只有满足传播条件（f >c f 或λ 微波技术与天线实验报告 实验名称：实验3：利用HFSS仿真分析矩形波导 学生班级： 学生姓名： 学生学号： 实验日期：2011年月日 一、 实验目的 学会HFSS 仿真波导的步骤，画出波导内场分布随时间变化图，理解波的传播与截止概念；计算传播常数并与理论值比较。 二、 实验原理 矩形波导的结构如图1，波导内传播的电磁波可分为TE 模和TM 模。 x y z 图 1矩形波导 1） TE 模，0=z E 。 cos cos z z mn m x n y H H e a b γππ-= 2cos sin x mn c z n m x n y E H b a b j k e γπππωμ-= 2sin cos z y mn c j m m x n y E H e k a a b γωμπππ-=- 2sin cos z x mn c m m x n y H H e k a a b γλπ ππ-= 2cos sin z y mn c n m x n y H H e k b a b γλπ ππ-= 其中，c k mn H 是与激励源有关的待定常数。 2） TM 模 Z H =0，由Z E 的边界条件同样可得无穷多个TM 模。注意：对于mn TM 和mn TE 模，m, n 不能同时为零，否则全部的场分量为零。 mn TM 和mn TE 模具有相同的截止波数计算公式，即 c k （mn TM ）=c k （mn TE ） 所以，它们的截止波长c λ和截止频率c f 的计算公式也是一样的，即 c λ（mn TM ）=c λ（mn TE ）=222 ??? ??+??? ??b n a m c f （mn TM ）=c f （mn TE ） 对于给定的工作频率或波长，只有满足传播条件（f >c f 或λ 实验3：利用 HFSS 仿真分析矩形波导 一、 实验原理 矩形波导的结构（如图1），尺寸a×b, a>b ，在矩形波导内传播的电磁波可分为TE 模和TM 模。 图1 矩形波导 1） TE 模，0=z E 。 cos cos z z mn m x n y H H e a b γππ-= 2 cos sin x mn c z n m x n y E H b a b j k e γπππωμ-= 2 sin cos z y mn c j m m x n y E H e k a a b γωμπππ-=- 2sin cos z x mn c m m x n y H H e k a a b γλπ ππ-= 2cos sin z y mn c n m x n y H H e k b a b γλπ ππ-= 其中，c k =2 2 m n a b ππ???? ? ????? +而mn H 是与激励源有关的待定常数。 2） TM 模 Z H =0，由Z E 的边界条件同样可得无穷多个TM 模。注意：对于mn TM 和mn TE 模， m, n 不能同时为零，否则全部的场分量为零。 mn TM 和mn TE 模具有相同的截止波数计算公式，即 c k （mn TM ）=c k （mn TE ） = 所以，它们的截止波长c λ和截止频率c f 的计算公式也是一样的，即 c λ（mn TM ）=c λ（mn TE ）= 2 2 2?? ? ??+??? ??b n a m c f （mn TM ）=c f （mn TE ） 对于给定的工作频率或波长，只有满足传播条件（f >c f 或λ 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; 一、实验目的 学会用ADS进行集总参数匹配电路设计。 二、实验步骤 1、打开“ADS（Advanced Design System）”软件：点击图标。 2、点击“Close”键，关闭Getting start with ADS窗口（如图1）。 图1 3、在“Advanced Design System 2009（Main）”窗口中点击“File>New Project”（如图2）， 图2 在“New project”窗口中的“C:\users\default\”后输入“matching”，点击“OK”（如图3）。 图3 4、默认窗口中的选项（如图4（a）），关闭窗口“Schematic Wizard:1”，进入 “[matching-prj]untitled1(Schematic):1”窗口（如图4（b））。 图4（a） 图4（b） 5、找到“Smith Chart Matching”，并点击（如图5）。 图5 点击“Palette”下的“Smith chart”图标，弹出“Place SmartComponent:1”窗口,点击“OK”按钮（如图6（a））。在操作窗口中点击出一个smith chart，然后点击鼠 标右键选择“End Command”（如图6（b））。 图6 （a） 图6（b） 6、点击“Tools>Smith Chart”（如图7（a）），出现“Smith Chart Utility”以及 “SmartComponent Sync”窗口，点击“Smartcomponent Sync”窗口中的“OK”（如 图7（b））。 图7 （a） 一 实验要求 利用HFSS 建立一个波导魔T,尺寸为50mmx20mm,端口顺序如图1。 图1 魔T 端口顺序 二实验过程 1. 画图 魔T 的四个分支可以由三个长方体构成。 2. 组合 将所有的图形选,Modeler>Boolean>Unite,将四个在 分支组合为一个整体。 3. 设置激励源 分别将波导的4各端口按图1的wave port1、wave port2、wave port3、wave port3。 4. 设置求解条件 在HFSS>Analysis Setup>Add Setup 中将频率设置为3.7GHz;,AdaptiveSolution 下的Number of 设为10,Maximum deta S 设为0.001（如图 ）。点击确定。 名称 形状 顶点(mm) (x,y,z) 尺寸(mm) (dx,dy,dz) 材料 Arm1 box vacuum Arm24 box vacuum Arm3 box vacuum 图2 设置求解条件点击HFSS>Analysis Setup>Add Frequency Sweep,设置如图3 图3 扫频设置5.检查及运行计算。 点击检查,显示无错（如图4）,然后点击运行。 图4 检查无错窗口 6.查看仿真结果 HFSS>Results>Creat Modal Solution Data Report>Rectangular Plot,出现界面如图5,Category列设为缺省值S Parameter,Quantity列设为缺省值S(1,1),Function列设为缺省值dB,然后点击New Report；接着Quantity列设为S(1,2),点击Add Trace；Quantity列设为S(1,3),点击Add Trace；Quantity列设为S(1,4),点击Add Trace。最终图形如图6（a）（颜色已经改过）。同样可以得到S31、S32、S33、S34曲线如图6（b）。 图5 报告窗口 （a）S11、S12、S13、S14曲线天线测试方法
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