微带贴片天线仿真实例

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。

（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（1）在菜单栏中点击3D Modeler>Units。

（2）在设置单位窗口中选择：mm。

微波技术与天线实验报告姓名张思洋学号411109060103 实验日期2014.04.11 实验名称微带贴片天线设计实验实验类型设计性实验目的1、熟悉并掌握HFSS设计微带天线的操作步骤及工作流程。

2、掌握ISM频段微带贴片天线的设计方法。

实验内容使用HFSS进行微带贴片天线的设计实现，创建设计模型，进行求解设置，设置求解频率为 2.45GHz，同时添加 1.5-3.5GHz的扫频设置，分析天线在1.5-3.5GHz频段内的电压驻波比，并运行仿真计算。

将谐振频率落在2.45GHz频点上。

最后进行相关的数据后处理。

实验原理微带天线是当今无线通信领域中广泛应用的一种天线，具有质量轻、体积小、易于制造等特点，本实验的ISM频段微带贴片天线是工作在2.45GHz，采用同轴线馈电的一种简单的微带天线。

微带天线的基本参数：工作频率 2.45GHz，介质板相对介电常数3.38，介质层厚度5mm，矩形贴片宽度41.4mm，辐射缝隙长度2.34mm,矩形贴片长度31mm，参考地长宽为61.8mm*71.4mm，同轴线馈点坐标（9.5，0）。

要求设计的天线最大增益大于7dB。

前后比大于5dB。

实验步骤及结果一、新建HFSS工程1.新建一个名为MSAntenna.hfss的工程文件。

2.将求解类型设置为Driven Model二、创建微带天线模型1.将模型的默认长度设置为毫米mm2.创建参考地在Z=0的XOY面上创建一个顶点位于（-45mm,-45mm）,大小为90mm*90mm的矩形面作为参考面，并把它命名为GND,并为其分配理想导体边界条件。

然后将此边界命名为PerfE_GND3.创建介质板层创建一个80mm*80mm*5mm的长方体作为介质板层，介质板层位于参考地面上，顶点坐标为（-40，-40，0），介质的材料为R04003。

4.创建微带贴片在z=5的XOY面上创建一个顶点坐标为（-15.5mm，-20.7mm，5mm），大小为31.0mm*41.4mm的矩形面作为微带贴片，命名为Patch，并为其分配理想导体边界条件。

设计实验微带贴片天线的设计一、实验目的Fig. 1 微带贴片天线设计思路1、通过HFSS仿真设计微带贴片天线，具体参数要求如下：✓工作频率为2.6GHz，使用材料为FR4（相对介电常数ε=4.4），厚度为1.6mm的双面覆铜板；✓辐射贴片采用夹角为180°的扇形贴片，利用50Ω的微带线进行馈电，用1/4波导微带匹配段对天线进行阻抗匹配；✓要求天线的血站频率在2.55GHz~2.65GHz范围内，且仿真参数S11在谐振频率出小于-13dB。

2、天线设计思路参考Fig.1，仿真成功后做出实物板。

二、实验原理1、HFSS仿真设计流程：建立模型→设置边界和激励（包括金属板、介质板和空气盒子）→建立优化→设置求解条件，并执行仿真→生成结果。

2、利用APPCAD计算微带线参数：介质板厚度为1.6mm，FR4材料的相对介电常数ε=4.4，中心频率为2.6GHz，根据APCAD计算，如图Fig.2所示，为使微带线馈电电阻为50.04Ω，微带线宽度应为W3=3.06mm，并且1/4波导微带匹配段的长度应为L=15.65mm.Fig. 2 扇形贴片天线参数计算同时，金属板尺寸为100mm×75mm，可初步估计扇形半径R=33mm，馈线长度L3=5mm，匹配段宽度W=1mm。

根据以上参数可绘制如图Fig.3所示。

Fig. 3 扇形贴片天线参数和设计示意图3、制板流程：导出图形→打印胶片→PCB板打孔穿线→将胶片固定在PCB板上进行曝光→显影→刻蚀→用酒精除去感光膜→焊接→测试。

三、仿真过程与分析正面示意图背面示意图Fig. 4 微带贴片天线设计金属板示意图1、建立模型（Fig.4）。

打开HFSS，绘制介质板，第一个点（-10，0，0），第二个点相对坐标为（100，75，-1.6），建立尺寸为100mm×75mm×1.6mm的长方体。

●绘制正面图形：绘制馈线：第一个点（38.475，0，0），第二个点相对坐标（3.06，5，0），建立3.06mm×5mm的矩形馈线。

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。

第五章天线实例第三节 同轴探针微带贴片天线这个例子教你如何在HFSS设计环境下创建、仿真、分析一个同轴探针微带贴片天线。

F 5.3.1F 5.3.2微波仿真论坛组织翻译 第133 页第五章天线实例一.开始一)启动Ansoft HFSS1、点击微软的开始按钮，选择程序，然后选择Ansoft，HFSS10程序组，点击HFSS10，进入Ansoft HFSS。

二)设置工具选项1、设置工具选项注意：为了与这个例子的后续步骤一致，要对工具选项进行如下设置：1、选择菜单：Tools > Options > HFSS Options2、HFSS选项窗口a、点击常规（General）标签创建边界时使用数据输入条：选复制几何图形的边界：选b、点击确定键。

3、选择菜单Tools 〉 Options 〉3D Modeler Options 。

4、3D模块选项窗口a、点击Operation 键曲线自动封闭：选b、点击Drawing 键新的原始模型编辑属性C、点击确定。

三)打开新工程1、在HFSS窗口，点击工具条上的，或者选择菜单File > New 。

2、从Project菜单选择Insert HFSS Design 。

F 5.3.3四)设置求解类型微波仿真论坛组织翻译 第134 页第五章天线实例1.选择菜单 HFSS 〉 Solution Type 。

2.Sloution Type 窗口：1).选择终端驱动（ Driven Terminal ）。

2).点击确定。

F 5.3.4二.建立3D模型一)设置模型单位1.选择菜单3D Modeler 〉 Units 。

2.设置单位：A、选择单位厘米（cm）B、点击确定二)设置默认材料1.在3D模型材料工具栏，选择Select。

F 5.3.52.选择定义窗口：A、在通过名称区域输入Rogers RT/duroid 5880（tm）。

B、点击确定。

微波仿真论坛组织翻译 第135 页第五章天线实例F 5.3.6三)创建衬底1、创建衬底1.选择菜单Draw 〉 Box 。

cst微带贴片天线仿真实验报告介绍本实验旨在通过CST（Computer Simulation Technology）软件进行微带贴片天线的仿真实验。

微带贴片天线作为一种常见的天线类型，在无线通信和雷达系统中得到广泛应用。

本实验将对微带贴片天线进行设计、仿真和性能分析，为实际应用提供指导。

设计与建模1. 设计要求微带贴片天线作为一种通用天线，其设计要求取决于具体的应用场景。

本实验中，我们将设计一个工作频率为2.4GHz的微带贴片天线，用于无线局域网（WLAN）应用。

设计要求如下：•频率范围：2.4GHz±100MHz•阻抗匹配：输入阻抗为50Ω•带宽：达到-10dB带宽为100MHz以上•工作模式：偏振方向为垂直（竖直）2. 设计步骤步骤一：确定尺寸根据设计要求，我们选择基板材料为FR4，其相对介电常数为4.4。

根据微带贴片天线的理论公式，我们可以计算出电磁波在介质中的传播速度，从而确定天线尺寸。

步骤二：确定基本参数根据设计要求，我们选择天线的工作频率为2.4GHz，那么根据传播速度和波长的关系，我们可以确定天线的波长，进而计算出天线的长度。

步骤三：确定天线结构在确定了天线的尺寸和基本参数后，我们需要选择一种合适的天线结构。

常见的微带贴片天线结构包括直缝贴片天线、T型贴片天线和L型贴片天线等。

根据实验要求，我们选择了直缝贴片天线。

步骤四：优化设计通过CST软件进行仿真实验，我们可以对天线进行优化设计。

在仿真实验中，我们可以调整天线的尺寸、形状和位置等因素，以达到更好的性能指标。

通过多次仿真和优化设计，我们可以找到最佳的天线参数。

3. 建模与仿真步骤一：建模在CST软件中，我们可以通过绘制几何结构来建模天线。

根据前面的设计步骤，我们可以绘制出直缝贴片天线的几何形状。

在建模过程中，需要注意几何结构的精度和尺寸的一致性，以确保仿真结果的准确性。

步骤二：设定边界条件和材料属性在进行仿真之前，我们需要设定边界条件和材料属性。

2008年11月吉林师范大学学报(自然科学版) .4第4期Journal of Jilin Normal University (Natural Science Edition)Nov.2008收稿日期:2008 07 27作者简介:张天瑜(1980 ),男,江苏无锡人,现为无锡市广播电视大学机电工程系讲师,江南大学硕士.研究方向:通信、电工电子、控制、小波领域的研究.基于HFSS 的不同形状微带贴片天线的仿真设计张天瑜(无锡市广播电视大学机电工程系,江苏无锡214011)摘 要:微带贴片天线的贴片形状是影响天线性能的重要因素.通过HFSS 软件对矩形微带贴片天线和圆形微带贴片天线进行设计与仿真,比较了两种不同形状贴片天线的尺寸以及各自的S 参数图、方向图和输入阻抗图.仿真结果表明两种微带贴片天线都存在带宽过窄的问题.综合考虑天线的各项性能指标,矩形微带贴片天线要优于圆形微带贴片天线.关键词:微带贴片天线;S 参数;方向图;输入阻抗;HFSS 仿真中图分类号:TN 823 文献标识码:A 文章编号:16743873 (2008)04 0121 051 引言微带贴片天线是一种使用微带贴片作为辐射源的天线,它具有剖面低、体积小、重量轻、可共形、易集成、馈电方式灵活、便于获得线极化和圆极化等优点.目前已在移动通信、卫星通讯、导弹遥测、多普勒雷达等许多领域获得了广泛的应用.其中贴片的形状是影响天线性能的重要因素之一,它直接影响着天线的带宽、频率、增益等指标.在微带贴片天线的设计过程中,由于多项技术指标是互相联系、互相影响的,所以需要对天线的性能指标进行综合考虑,从而来选择符合实际需要的贴片形状[1 5].本文通过Ansoft 公司的HFSS 软件分别对矩形和圆形两种常见的微带贴片天线进行设计和仿真,并对其天线性能进行了比较与分析.2 仿真设计2.1 HFSS 仿真软件的介绍高频结构仿真器(High Frequency Structure Simu lator,HFSS)是一款界面友好、功能完备、采用有限元法的三维全波电磁场仿真软件,可分析仿真任意三维无源结构的高频电磁场,能直接得到特征阻抗、传播常数、S 参数及电磁场、辐射场、天线方向图等结果.它广泛应用于航空、航天、电子、半导体、计算机、通信等多个领域,具有以下特色功能:(1)用户可以通过交互式界面输入高频元件或电路的几何结构、材料类型、端口位置、端口特性阻抗定义线等参数.(2)可以按用户指定的精度计算多端口结构端口处的S 参数.(3)能以电场强度E 和磁场强度H 作为基本物理量,从麦克斯韦(Maxwell)方程出发,求解微波元件中的电场和磁场的分布和各种曲线及图形.(4)可以同时分析多个微波元件,即进行并行处理.(5)能够与频域/时域的电路仿真器Nexxim 和Ansoft Designer 实现动态链接,拥有方便的原理图集成和仿真数据的管理,具备功能强大而高效的电磁场设计流程.2.2 HFSS 仿真设计的过程(1)设定HFSS 软件运行参数,如设定解算类型、是否复制几何图形的边界、是否打开各工具窗口等.(2)打开新的工程,并在工程中插入一个或多个HFSS 设计(insert HFSS design).(3)根据天线设计时的技术指标以及计算所得到的天线参数,如天线的尺寸、材料、激励、边界等,获得仿真天线模型[6].(4)设置仿真天线模型的分析参数,如插入远场设置、解算频率、起始频率、终止频率、扫频模式、扫描次数,并进行校验分析.(5)根据仿真天线模型来获得天线对应的特性图,如S 参数图、方向图、输入阻抗图.2.3 矩形微带贴片天线的设计与仿真设在接地板未开缝的情况下,中心频率f r =2.34G Hz,接地板的尺寸为50mm 50mm,介质板材料为FR4,相对介电常数 r =4.4,介质板的厚度h =1.6mm.矩形微带贴片天线的各参数通过下列公式计算[7]:!121!W<c2f r r+12-1/2c为光速W为贴片的宽度(1)l=0.412h( r+0.3)(W/h+0.264)( r-0.258)(W/h+0.8)l为等效延伸长度(2)L=g2-2 l L为贴片的长度(3)e= r+12+r-121+10hW-1/2e为等效介电常数(4)0=Cf r0为电磁波波长(5)g=0eg为等效电磁波波长(6)设辐射边界的长宽略大于接地板与介质板的长宽,其顶部高于贴片0/4.GND尺寸:L c∀L+0.2g L c为接地板的长度(7)W c∀W+0.2g W c为接地板的宽度(8)建立坐标系,其中X轴代表微带天线的贴片长度,Y轴代表微带天线的贴片宽度,Z轴代表微带天线的贴片高度,则同轴馈线的位置为(!p,0,0).其中!p=2L -L∀arccos5W60(9)矩形微带贴片天线模型的参数设置如下所示:GND(-25,-25,0)d x=50,d y=50,d z=0 rectangle pecSub(-25,-25,0)d x=50,d y=50,d z=1.6 box FR4#epoxyPatch(-12,-8,1.6)d x=24,d y=16,d z=0 rectangle pecCoax(-3.45,0,0)d x=1.15,d y=0,d z=-1.6 cylinder vacuumPort(-3.45,0,-1.6)d x=1.15,d y=0,d z=0 circleCoax#pin(-3.45,0,0)d x=0.5,d y=0,d z=-1.6cylinder pecProbe(-3.45,0,0)d x=0.5,d y=0,d z=1.6 cylinder pecAirbox(-35,-35,30)d x=70,d y=70,d z=-30box vacuum通过计算可得,贴片的宽度W=24mm,贴片的长度L=16mm,由此贴片的面积为S=348mm2.以上是采用背馈式的矩形微带贴片天线[8],利用HFSS软件进行仿真所得的天线模型,如图1(a)所示.2.4 圆形微带贴片天线的设计与仿真为了方便对照,设圆形微带贴片天线与上述的矩形微带贴片天线具有相同的中心频率、介质板材料、相对介电常数及介质板厚度[9].在频率较低时(小于2GHz),圆形微带贴片天线贴片半径的计算公式为:a=1.841c2∀f r r(10)在频率较高时(大于2GHz),圆形微带贴片天线的贴片半径还与介质板的厚度有关,其计算公式为:a e=a[1+2h∀a r(ln∀a2h+1.7726)]2(11)由于使用理论半径所设计出的天线无法满足天线的实际使用性能,所以圆形贴片的实际半径要比理论值大得多,并且需要通过不断调整仿真参数来满足天线的设计要求[10].通过多次调整与仿真,最后获得圆形微带贴片天线模型的参数设置如下: Sub(-23,-23,0)d x=46,d y=46,d z=1.6 box FR4#epoxyGND(-23,-23,0)d x=46,d y=46,d z=0 rectangle pecPatch(0,0,1.6)d x=17.7,d y=0,d z=1.6rect angle pecCoax(-6.9,0,0)d x=0.9246,d y=0,d z=-1.6cylinder vacuumCoax#pin(-6.9,0,0)d x=0.402,d y=0,d z= -1.6cylinder pecProbe(-6.9,0,0)d x=0.402,d y=0,d z=1.6 cylinder pecPort(-6.9,0,-1.6)d x=0.9246,d y=0,d z= -1.6circleCut(-6.9,0,0)d x=0.9246,d y=0,d z=0cir cle通过计算可得:贴片半径a=17.7mm,则贴片的面积为S=983mm2.以上是采用背馈式的圆形微带贴片天线,利用HFSS软件进行仿真所得的天线模型,如图1(b)所示.2.5 两种微带贴片天线的性能比较在矩形微带贴片天线与圆形微带贴片天线仿真模型的基础上,通过HFSS软件设置相关的分析参数,最终获得天线的特性图,包括S参数图,方向图以及输入阻抗图,它们分别如图2、图3和图4所示.S参数是在波端口处电磁波的反射功率与入射功率之比,它和阻抗匹配有关,并且决定着驻波比.S 参数图是描述天线的S参数随频率变化的图形.一般认为S参数小于-10dB时,天线才能正常工作,此时的驻波比大致为2.绝对频带宽度定义为S参! 122 !图1 微带贴片天线的仿真模型数小于-10dB 的频率范围.相对频带宽度定义为绝对带宽与中心频率之比.在图3(a)中,矩形微带贴片天线的中心频率为2.34GHz,上截止频率为2.38GHz,下截止频率为2.30GHz,绝对频带宽度为0.08GHz,相对频带宽度为3.42%,S 参数的最低点为-20.58dB.在图3(b)中,圆形微带贴片天线的中心频率为2.32GHz,这是由于为了获得效果更好的E 面与H 面的空间增益,导致天线的中心频率产生了微小的偏移.其上截止频率为2.36GHz,下截止频率为2.28GHz,绝对频带宽度为0.08GHz,相对频带宽度为3.45%,S 参数的最低点为-39.55dB.方向图是用来表示天线的辐射参量随空间方位变化的图形.E 面和H 面分别反映了天线在XOZ 面和YOZ 面上的增益大小.通过图3(a)和图3(b)的比较可以发现两种不同形状的微带贴片天线的对称性都较好,在Z 轴方向上,两者的辐射强度都达到最大值.其中矩形微带贴片天线的增益为2.069dB,圆形微带贴片天线的增益为1.013dB.由此可得,矩形微带贴片天线的E 面和H 面在Z 轴方向上辐射较强要强于圆形微带贴片天线,其方向性较圆形微带贴片天线更好.天线的输入阻抗是天线馈电端输入电压与输入图2 S参数图图3 方向图!123!图4 输入阻抗图电流的比值[11,12].输入阻抗图是描述天线的输入阻抗随频率变化的图形.当输入阻抗的虚部为零时,如果实部等于50#,则天线与馈线达到阻抗完全匹配,此时S参数可以达到很小.在图4(a)中,当矩形微带贴片天线输入阻抗的虚部为零时,实部为50 14#,并且在虚部接近零时,实部下降比较平滑,所以阻抗匹配很好.在图4(b)中,当圆形微带贴片天线输入阻抗的虚部为零时,实部为50.71#,并且在虚部接近零时,实部下降也比较平滑,所以阻抗匹配略逊色于矩形微带贴片天线.通过对矩形微带贴片天线与圆形微带贴片天线的比较,可以得到以下结论:(1)贴片形状的不同对微带天线的带宽影响不大,两种贴片天线的相对带宽都非常窄,在3.4%左右,这是微带贴片天线的一个重大缺陷.随着双模态滤波、多层缝隙耦合、双极化、半U型开缝等先进技术在扩频方面的不断发展,微带贴片天线的带宽将得到有效的扩展[13 15];(2)在中心频率相同、介质板材料相同、相对介电常数相同、介质板厚度相同的前提下,满足天线设计要求的圆形贴片面积是矩形贴片面积的2.56倍,这样矩形微带贴片天线在尺寸上就更占优势;(3)对比两种贴片天线的方向图可知,矩形微带贴片天线的增益是2.069dB;而圆形微带贴片天线的增益只有1.013dB,矩形微带贴片天线的方向性更具优势;(4)不论是矩形微带贴片天线还是圆形微带贴片天线,其输入阻抗的频率特性都较好,两种天线与馈线都可以很好的达到阻抗匹配[16].3 结语随着EDA技术的飞速发展,HFSS已经成为微带天线设计人员不可缺少的工具.通过HFSS软件的仿真分析,可以直观地看出矩形微带贴片天线与圆形微带贴片各自的优缺点,在一般情况下(具体要求贴片形状的微带天线除外)矩形微带贴片天线相对于圆形微带贴片天线的优势非常明显,无论从贴片的尺寸大小还是增益上,矩形微带贴片天线都应是首选.随着扩频技术的发展,微带贴片天线的应用领域将会变得越来越广.参 考 文 献[1]钟顺时.微带天线理论与应用[M].西安:西安电子科技大学出版社,1991.[2]王扬智,张麟兮,韦 高.基于HFSS新型宽频带微带天线仿真设计[J].系统仿真学报,2007,19(11):2603~2606.[3]Chair R,Ki shk A A,LEE K parative s tudy on the mutual c oupling between different siz ed cylindrical dielectric res onators antennas and circul ar microstrip patch antennas[J].IEEE Trans ac tions on Antennas and Propagation,2005,53(3):1011~1019.[4]Lee S,Woo J,Ryu M,et al.Corrugated ci rcular microstri p patch antennas for miniaturisation[J].Elec tronics Letters,2002,38(6):262~263.[5]M ak C L,Luk K M,Lee K F,et al.Experimental s tudy of a micros trip patch antenna w i th an L shaped probe[J].IEEE Transacti ons on Antennas and Propagation,2000,48(5):777~783.[6]Wang J J,Zhang Y P,Kai M C,et al,Circui t model of micros trip patch antenna on cera mic land grid array package for antenna-chip codesi gn of highl y integrated RF transcei vers[J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation,2005,53(12):3877~3883.[7]王 斌,曲新波,张宏苏.短路针加载矩形微带贴片天线的研究[J].军事通信技术,2006,27(4):58~61.[8]栾秀珍,谭克俊,邰佑诚.小型矩形微带贴片天线的理论分析[J].大连海事大学学报(自然科学版),2002,28(2):66~68.[9]伍 刚,张小平.基于腔模理论对圆形微带天线的研究[J].微计算机信息,2007,23(9):162~163.[10]Verma A K,Nasi muddin.Analysis of ci rcular microstrip patch antenna as an equivalent rectangular micros trip patch antenna on is o/anis otropic thick substrate[J].IEE Proceedings Microwaves,Antennas and Propagati on,2003,150(4):223~229.[11]Jaiss on D.Simple model for computing the input impedance of a rectangular patch antenna with elec tromagnetic coupling[J].IEE Proceedings Microwaves,Antennas and Propagation,2005,152(6):476~480.!124![12]Burum N,Sipus Z.Input impedance and mutual coupling of spherical rec tangular micros trip patch antennas[C].ICECom2003.17th International Conference on Applied Electromagnetics and Communications,2003:209~212.[13]Abunjaileh A I,Hunter I C,Kemp,A H.Applicati on of dual mode fi lter techniques to the broadband matc hing of micros trip patch antennas[J].IET Microwaves,Antennas and Propagation,2007,1(2):273~276.[14]Mati n M A,Sharif B S,Tsi menidi s C C.Dual layer stacked rectangular microstrip patc h antenna for ultra wideband applications[J].IET M icrowaves,Antennas and Propagati on,2007,1(6):1192~1196.[15]Gao S,Li L W,Leong M S,et al.A broad band dual polariz ed microstrip patch antenna with aperture coupling[J].IEEE Transactions on Antennas andPropagati on,2003,51(4):898~900.[16]丁 毅,王光明,苏文然.一种新型单层单贴片宽带圆形微带天线[J].弹箭与制导学报,2007,27(5):274~276.The Simulation Design for Different Patch Shape ofMicrostrip Patch Antenna Based on HFSSZ HANG Tian yu(Department of Mechanical and Electrical Engineeri ng,Wuxi Radio&Televisi on University,Wuxi214011,China)Abstract:The patch shape of microstrip patch antenna is the important factor which affects the performance of antenna. The rectangular microstrip patch antenna and the circular one are designed and simulated with parison has been made between the two different patch antennas,such as the size,S parameters chart,pattern and input impendance chart.The simulation result sho ws that the bandwidth of two microstrip patch antenna is too narrow.By comprehensive consideration of each performance index,the rectangular microchip antenna is better than the circular one.Key words:microstrip patch antenna;S parameters;pattern;input impedance;HFSS simulation(上接第120页)[5]Silva J.B,et al.Preparation of Composites of Nickel Ferri tes Dispersed i n Sillica M atrix[J].J.Magn.Magn.M ater,2001,139:226 230.[6]Yan S.F,et al.Preparation of Ni0.65Zn0.35Cu0.1Fe0.9O4/SiO2Nanocomposites by sol gel Method[J]J.Cryst.Gro wth,2004,262:415 419.[7]孔令兵,等.氧化铁/二氧化硅多孔凝胶玻璃的制备[J].西安交通大学学报,1995,29:23 28.[8]Ennas G,et al.Iron and i ron oxide on silica nanocomposites prepared by the sol gel method[J].J.Mater.Res,2002,17:590 596.[9]Huang X.H,Chen Z.H.A s tudy of nanocrystalline Ni Fe2O4in a silica matri x[J].Materials Research Bulle tin,2005,40:105 113.Influence of Drying Temperature on CoFe2O4/SiO2NanocompositesC HE N Jing yan,QI Hai yan,HE Xiao guang(College of Phys ics,Changchun Normal Uni versity,Changchun130032,China)Abstract:CoFe2O4/SiO2nano composites were prepared by the sol gel method.The influence of drying temperature on the microstructure and crystalline size of CoFe2O4/SiO2nano c omposites were investigated by TG/DTA and XRD.Fur thermore,the influence of the initial drying te mperature on particle size of CoFe2O4suggests that a well established sili ca network provides more restric tion on the growth of CoFe2O4particles.Key words:sol gel method;CoFe2O4/SiO2;drying temperature;grain size!!125。

设计实验微带贴片天线的设计一、实验目的Fig. 1 微带贴片天线设计思路1、通过HFSS仿真设计微带贴片天线，具体参数要求如下：✓工作频率为2.6GHz，使用材料为FR4（相对介电常数ε=4.4），厚度为1.6mm的双面覆铜板；✓辐射贴片采用夹角为180°的扇形贴片，利用50Ω的微带线进行馈电，用1/4波导微带匹配段对天线进行阻抗匹配；✓要求天线的血站频率在2.55GHz~2.65GHz范围内，且仿真参数S11在谐振频率出小于-13dB。

2、天线设计思路参考Fig.1，仿真成功后做出实物板。

二、实验原理1、HFSS仿真设计流程：建立模型→设置边界和激励（包括金属板、介质板和空气盒子）→建立优化→设置求解条件，并执行仿真→生成结果。

2、利用APPCAD计算微带线参数：介质板厚度为1.6mm，FR4材料的相对介电常数ε=4.4，中心频率为2.6GHz，根据APCAD计算，如图Fig.2所示，为使微带线馈电电阻为50.04Ω，微带线宽度应为W3=3.06mm，并且1/4波导微带匹配段的长度应为L=15.65mm.Fig. 2 扇形贴片天线参数计算同时，金属板尺寸为100mm×75mm，可初步估计扇形半径R=33mm，馈线长度L3=5mm，匹配段宽度W=1mm。

根据以上参数可绘制如图Fig.3所示。

Fig. 3 扇形贴片天线参数和设计示意图3、制板流程：导出图形→打印胶片→PCB板打孔穿线→将胶片固定在PCB板上进行曝光→显影→刻蚀→用酒精除去感光膜→焊接→测试。

三、仿真过程与分析正面示意图背面示意图Fig. 4 微带贴片天线设计金属板示意图1、建立模型（Fig.4）。

打开HFSS，绘制介质板，第一个点（-10，0，0），第二个点相对坐标为（100，75，-1.6），建立尺寸为100mm×75mm×1.6mm的长方体。

●绘制正面图形：绘制馈线：第一个点（38.475，0，0），第二个点相对坐标（3.06，5，0），建立3.06mm×5mm的矩形馈线。

基于HFSS的不同形状微带贴片天线的仿真设计一、本文概述随着无线通信技术的快速发展，天线作为无线通信系统的关键组成部分，其性能对整个系统的性能具有决定性的影响。

微带贴片天线作为一种常见的天线类型，因其体积小、重量轻、易于集成和制造成本低等优点，在无线通信、雷达、卫星通信等领域得到了广泛应用。

微带贴片天线的性能受到其形状、尺寸、介质基板等因素的影响，如何设计出具有优良性能的微带贴片天线成为了研究的热点。

本文旨在利用高频结构仿真器（HFSS）这一强大的电磁仿真工具，对不同形状微带贴片天线的性能进行仿真研究。

我们将对微带贴片天线的基本理论进行简要介绍，包括其工作原理、主要参数和性能评价指标等。

我们将设计并仿真几种不同形状（如圆形、方形、矩形、椭圆形等）的微带贴片天线，分析它们的性能特点，包括回波损耗、带宽、增益、方向性等。

我们将根据仿真结果，对不同形状微带贴片天线的性能进行比较和评价，以期为实际的天线设计提供有益的参考和指导。

通过本文的研究，我们期望能够为微带贴片天线的设计提供新的思路和方法，推动其在无线通信领域的应用和发展。

我们也期望通过本文的研究，能够加深对微带贴片天线性能影响因素的理解，为其他类型天线的设计提供借鉴和启示。

二、软件介绍及其在天线设计中的应用HFSS（High Frequency Structure Simulator）是由美国Ansoft 公司开发的一款三维电磁仿真软件，专门用于模拟分析高频结构中的电磁场问题。

该软件采用有限元法（FEM）进行求解，能够准确模拟包括微带天线在内的各种高频无源器件的三维电磁特性。

HFSS以其强大的仿真能力和广泛的适用性，在天线设计、微波电路、高速互连、电磁兼容等领域得到了广泛应用。

天线性能分析：通过HFSS，设计师可以分析天线的辐射性能，包括方向图、增益、效率等关键指标。

这对于优化天线设计，提高其性能至关重要。

天线结构优化：HFSS允许用户自由定义天线的几何形状和材料属性，通过参数化扫描和优化算法，找到最优的天线结构，从而提高其性能。

基于HFSS的微带天线仿真设计1 概述目前，在许多应用场合（如移动通信手机中）都需要体积小、重量轻的小型接收天线。

微带贴片天线代表一系列的小型天线，以其剖面低、重量轻的优点而成为人们的首选。

通过采用简单明了的传输线模型，建立微带线嵌入馈电贴片天线的精确模型并对之进行分析已成为可能。

另外，通过应用曲线拟合公式，也可以确定50Ohm输入阻抗所需的精确嵌入长度。

馈电机制在微带贴片天线设计中扮演了重要角色。

微带天线可以由同轴探针或嵌入的微带线来馈电，同轴探针馈电在有源天线应用中具有优势，而微带线馈电则是适合于开发高增益微带阵列天线。

在一个薄的介质基板上，一面覆上金属薄层作为接地板，另一面采用刻蚀地方法做出各种形状的贴片，利用微带或者同轴对贴片进行馈电，这就是最基本的微带贴片天线。

它在导体贴片和接地板之间激励起电磁场，并通过贴片与接地板的缝隙向外辐射。

天线分析的基础问题是求解天线周围空间建立的电磁场，进而得出方向图增益和输入阻抗等特性指标。

如下图1，图2所示。

图1 矩形微带天线开路段电场结构图2 场分布侧面图2 天线基础天线的性能直接影响着整个无线通信的性能，一般来说，表征天线性能的主要参数有方向特性、增益、输入阻抗、驻波比、极化特性等。

2.1 天线的极化方式所谓天线的极化，就是指天线辐射时形成的电场强度方向。

根据极化方向可分为垂直极化波和水平极化波。

(1) 水平极化波：当电场强度方向平行于地面形成的波。

由于电波的特性，决定了水平极化传播的信号在贴近地面时会在大地表面产生极化电流，极化电流因受大地阻抗影响产生热能而使电场信号迅速衰减。

(2) 垂直极化波：当电场强度方向垂直于地面形成的波。

垂直极化方式则不易产生极化电流，从而避免了能量的大幅衰减，保证了信号的有效传播。

2.2 天线的增益天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力，它是选择基站天线最重要的参数之一。

一般来说，增益的提高主要依靠减小垂直面向辐射的波瓣宽度，而在水平面上保持全向的辐射性能。

利用ADS和HFSS仿真微带天线案例01矩形微带天线设计原理在工程上，微带天线采用传输模法设计，在PCB板上实现，如图1(a)所示：L是微带天线长边，电场正弦变化；W是其宽边，天线的辐射槽便是宽边的边沿；ΔL是由边沿电容引起的边沿延伸。

图1(b)给出其等效电路图，可看成源阻抗通过长为L+2ΔL的传输线与负载阻抗ZL 相连，其中ZS=ZL是辐射槽的阻抗；Zin是从输入端口位置的辐射槽向里看的输入阻抗，即不包含第一个辐射槽阻抗在内的输入阻抗。

由具有任意负载阻抗的一段传输线的输入阻抗公式可得（微波工程51页）：其中，Z0为宽度W的微带线的特性阻抗，β为传播常数。

谐振时，把(2)带入(1)式得到：Zs=Zin=ZL。

这也表明半波长线不改变负载阻抗。

ΔL、εe由以下两个式子确定。

其中，W为微带天线的宽边；h为介质板的厚度；εr为相对介电常数。

W值不是很关键，通常按照下面的式子确定：02矩形微带天线ADS仿真设计。

要求：PCB基片εr=3.5，厚度h=1mm，导体厚度T=0.035mm，工作频率3GHz，输入阻抗50Ω。

2.1 几何参数计算根据式（2）-（5）计算天线几何参数。

2.2 馈线设计、ADS LineCalc工具使用（1）启动LineCalc,如图2所示。

（2）Substrate Parameters 栏中，设置PCB参数；Component Parameters 栏中，设置频率；Electrical 栏中设置阻抗和电长度。

具体设置如下：相对介电常数Er: 3.5介质厚度H: 1mm导体厚度T：0.035mm工作频率Freq:3GHz特征阻抗Z0=50Ω电长度E_Eff:180°其他为默认值。

（3）设置完成后，将Physical 栏中W和L的单位改成mm，然后点击Synthesize 栏下的“向上箭头”按钮，在Physical 栏中得到馈线的宽度为2.219360mm，长度为30.162200mm。

FEKO应用14：微带天线仿真内容：微带天线单元建模与辐射一、模型描述天线模型描述：天线形式为：矩形贴片天线馈电方式是：针馈+电压源激励计算项目：计算天线单元的辐射，分别采用FDTD和MoM求解器二、主要流程：启动CadFEKO，新建一个工程：Microstrip_MoM_3.0GHz.cfx，在以下的各个操作过程中，可以即时保存做个的任何修正。

2.1：定义长度单位：默认为m点击菜单“Home”中的图标按钮“Model unit”，在“Model unit”对话框中，选择mm；2.2：定义变量：在CadFEKO中左侧的树型浏览器中双击“Variables”节点，依次定义如下变量：最小工作频率：fmin=2.7e9最大工作频率：fmax=3.3e9工作频率：freq=3e9工作波长：lam=c0/freq/0.001相对介电常数：epsr=2.2天线贴片宽边长度：lenY=46.648天线贴片窄边长度：lenX=31.1807介质基板宽边长度：sub_LenY=80介质基板窄边长度：sub_LenX=50介质基板厚度：sub_H=2.87馈电偏移位置：offsetX=8.9贴片边沿网格剖分规则：mesh_shell=1.52.3：定义材料：在CadFEKO中左侧的树型浏览器中选中“Media”节点，点击鼠标右键，选择“Dielectric”，在弹出的“Dielectric medium properties”对话框中，定义相对介电常数（Relative permittivity）和介质损耗正切值（Dielectric loss tangent），名称定义为“substrate”：2.4：模型建立：天线模型建立：点击菜单“Construct”，选择“Rectangle”，弹出“Create Rectangle”对话框：Definition methods: Base centre, width, depthBase centre (C)：U:0.0, V: 0.0, N: 0.0Width (W): lenXDepth (D): lenYLabel: patch点击“Add”Width(W): lenX*0.9Depth(D): lenY*0.95Label: patch2点击“Create”在菜单“Construct”中，选择“Cuboid”，弹出“Create cuboid”对话框：Definition methods: Base centre, width, depth，heightBase centre (C)：U:0.0, V: 0.0, N: -sub_HWidth(W) : sub_LenXDepth(D): sub_LenYHeight (H): sub_HLabel: substrate点击“Create”按钮在菜单“Construct”中，选择“Line”，弹出“Create Line”对话框：Start Point: U: -offsetX V: 0.0, N: -sub_HEnd point: U: -offsetX, V: 0.0, N: 0.0Label: feed_Pin点击“Create”按钮天线模型材料设置：在左侧树型浏览器的“Geometry”中，选中patch，在详细树型浏览器中，展开其“faces”，选择“Face1”，点击鼠标右键选择“Properties”，在弹出的“Face properties”对话框中，设置Medium为“Perfect electric conductor ”，点击“ok”；同样的方法设置模型patch2；在左侧树型浏览器的“Geometry”中，选中substrate，在详细树型浏览器中，展开其“Regions”，选择“Region??”，点击鼠标右键选择“Properties”，在弹出的“Region properties”对话框中，设置Medium为“substrate”，点击“ok”；在3D视图中，选择介质体的底部平面，点击鼠标右键，选择“Properties”，在弹出的“Face properties”对话框中，设置Medium为“Perfect electric conductor ”，点击“ok”；2.5：天线端口设置：在左侧树型浏览器的“Model->Geometry”中选择“feedPin”，在其“details”树浏览器中展开“Wires”节点，选择“Wire1”，点击鼠标右键选择“Create port->Wire port”，在弹出的对话框“Create wire port”中，把“Location on wire”设置为“Start”，Label：Port1，点击“Create”。

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。

⑴、菜单栏File»save as,输A 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,勾选乃Edit properties of new pri5,，点击OK二、建立微带天线模型仓U 建GND,起始点：x:0 , y:0 , z: , dx:,dy:32,dz:修M 虫缺％ GMn 修北材艸屋祈％ npn (2)介质基片：点击：比，：x:0, y:0 , z:0o 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,透明度。

(3)建立天线模型patch,点击八已，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 命名为MSLine,材料pec,透明度,dx: , dy: 8 , dz:,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>X 乙 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 o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。