微带天线设计

实验八：9.2微带缝隙天线设计
（自我认为仿真的最好的一个）
一、设计要求
设计一个微带缝隙天线，工作频率为3.75 GHz，采用内部端口馈电，开放边界条件(即基板处于空气中)。

基板的介电常数为2.33，厚度为30 mil，金属导带厚度为0.7 mil.
要求:建立天线的电磁结构模型，设计匹配网络使天线取得最大辐射功率。

对天线进行电磁仿真分析，观察电流及电场的分布情况。

记录微带天线的模型图、匹配电路图，以及名项电磁分析结果。

二、实验仪器
硬件：PC
软件：AWR软件
三、设计步骤
1、绘制缝隙天线
2、添加匹配结构
3、查看网格剖分
4、查看电流、电场分布
四、数据记录及分析
设置mil单位需要把Metric units去掉勾选！
1、绘制缝隙天线
测量天线反射特性：
在圆图中，S11参数距圆图中心很远，在矩形图中S11参数不到-10db，说明反射特性很差，还需要对天线进行匹配，使其能有最大辐射功率。

2、添加匹配结构
然后进行匹配调节：
这部分我觉得是这个实验我做的最后的一个部分！
进行匹配后，圆图S11在3.75Ghz时，非常接近圆心，x=-1.354×10^-5；在矩形图频率为3.75Ghz时，S11参数为-88.44dB。

3、查看网格剖分
4、查看电流、电场分布电流分布：
电场分布：。

微波仿真论坛_HFSS设计微带天线
一、前言
微带天线，即微带感应力天线，是一种先进的电磁发射天线，它采用微细空心管及其他微带元件，广泛应用于宽带、多址无线通信、脉冲定位系统、脉冲探测系统等许多应用中。

以HFSS为工具，设计微带感应力天线，能够更加直观地分析微带天线的性能，从而帮助我们了解微带天线的传输特性，并根据实际应用需求实现天线高效性能设计。

二、微波仿真HFSS的设计步骤：
1、首先，选择好所采用的HFSS软件，确定需要分析的微带感应力天线的构型，并建立计算模型。

2、根据相关理论，计算出微带天线的基本参数，如振子长度、空心管半径和微带宽度等，以及天线的振荡频率、相位阶跃和频带宽等。

3、设置相应的仿真网格，根据天线实际的构形，划分仿真区域，确定网格大小和步长，以达到较高的空间分辨率，从而获得更准确的仿真结果。

4、设置仿真参考电路，根据计算出的微带天线振子长度、空心管半径和微带宽度等，及其传输特性，利用HFSS软件设置好参考模型，以及仿真频率。

5、开启仿真计算，间接计算和直接计算，从而获得微带感应力天线的S参数，用于评估微带天线的性能。

第一章微带天线简介1.1微带天线的发展历史与趋势微带天线是20世纪70年代以来逐渐发展起来的一种新型天线。

虽然在1953年就提出了微带天线的概念，但并没有在工程界的引起重视。

从20世纪50年代到60年代也只是做一些零星的研究，直到20世纪70年代初期，在微带传输线的理论模型及对敷铜的介质基片的光刻技术发展之后，第一批具有许多设计结构的实用的微带天线才被制造出来[3]。

为适应现代通信设备的需求，天线的研发方向主要往几个方面进行，即减小天线的尺寸、宽带和多波段工作、智能方向图控制。

随着电子设备集成度的提高，通信设备的体积也变得越来越小，这时天线尺寸就需要越来越小了。

然而，在减小天线的尺寸的同时又不明显影响天线的增益和效率是一项艰巨的工作。

电子设备集成度提高，经常需要一个天线在较宽的频率范围内来支持两个或更多的无线服务，宽带和多波段天线能满足这样的需要。

微带天线由于重量轻、体积小、成本低、制作工艺简单、易与有源器件和电路集成等诸多优点，所以得到广泛的应用和重视。

1.2 微带天线研究的背景微带天线是带有导体接地板的截止基片上贴加导体薄片而形成的天线。

微带天线通过微带线或者同轴线等馈线馈电，在导体贴片与接地板之间激励起射频电磁场，并通过贴片四周与接地板间的缝隙向外辐射。

微带天线主要是一种谐振式天线，相对带宽比较窄，一般设计的带宽只有2%到5%。

随着天线的工作频率的降低，带宽也逐渐变窄。

在这样的背景下，研究影响微带天线带宽的因素，进而找到展宽微带天线的带宽的方法，对于微带天线能否在工业、民用、国防等领域得到广泛的应用，具有重要的意义。

1.3 多频带微带天线研究的意义当今，无线通讯行业发展迅猛，掌上电脑、笔记本电脑和手机都已经成了人们生活的必需品[4]。

对于频谱资源日益紧张的现在通讯领域，迫切需要天线具有双极化功能，因为双极化可使它的通讯容量增加1倍。

对于有些系统，则要求系统工作于双频，且各个频段的极化又不同。

一种圆形开槽微带天线的设计介绍：微带天线是一种常见的天线形式，广泛应用于无线通信系统中。

圆形开槽微带天线是一种具有较大带宽和较高辐射效率的设计。

它由圆形金属基底和中心开槽组成，通过调整开槽的参数，可以实现不同频率上的工作。

设计步骤：1.选择合适的基底材料：常见的基底材料有FR-4玻璃纤维胶片和PTFE，选择材料时要考虑其介电常数和损耗因子。

2.计算基底尺寸：根据工作频率和介电常数，计算得到合适的基底尺寸。

对于圆形开槽微带天线，基底的直径应大于波长的四分之一3.设计圆形开槽：圆形开槽是通过在基底中心开一个圆形孔的方式实现的。

孔的直径和位置会影响天线的工作频率和辐射特性。

可以使用天线模拟软件进行仿真和优化。

4.添加微带线：在孔的边缘连接到微带线，微带线的宽度和长度也是可以调整的参数之一、微带线的长度可以根据公式l=λ/4来计算，其中l为微带线长度，λ为工作频率的波长。

5.优化设计：通过仿真和测试，对设计进行优化。

可以调整基底尺寸、开槽参数和微带线参数等，以实现更好的性能。

6.制作天线：使用PCB制作技术将设计好的天线印刷在基底上。

可以选择双面PCB板，将微带线印刷在一侧，然后通过焊接连接到另一侧，形成闭路。

7.测试性能：通过测试，检验天线的工作频率、辐射特性和带宽等性能指标。

8.优化设计：根据测试结果，对设计进行再次优化，进一步改善性能。

总结：圆形开槽微带天线是一种常见的天线设计，可以实现较大的带宽和较高的辐射效率。

在设计过程中，需要选择合适的基底材料和尺寸，并进行开槽和微带线的优化。

通过仿真、制作和测试，可以获得理想的性能。

这种设计可以广泛应用于无线通信系统中。

班级：通信13-3班*名：***学号：********** 指导教师：**成绩：电子与信息工程学院信息与通信工程系目录1微带天线设计 (3)1.1微带天线简介 (3)1.2设计要求 (3)1.3设计指标和天线几何结构参数计算 (4)2 HFSS 设计和建模概述 (5)2.1创建微带天线模型 (5)2.1.1新建HFSS 工程 (5)2.1.2建立模型 (6)2.2相关条件设置 (14)2.2.1设置激励端口 (14)2.2.2添加和使用变量 (15)2.2.3求解设置 (17)3设计检查和运行仿真分析 (19)3.1查看天线谐振点 (19)3.1变量Length、Width扫描分析 (21)3.2查看S11参数以及Smith圆图结果 (21)3.3查看驻波比 (22)3.4查看天线的三维增益方向图 (22)3.5查看平面方向图 (23)4总结体会 (23)1微带天线设计1.1微带天线简介微带天线是近30年来逐渐发展起来的一类新型天线。

早在1953年就提出了微带天线的概念，但并未引起工程界的重视。

在50年代和60年代只有一些零星的研究，真正的发展和使用是在70年代。

常用的一类微带天线是在一个薄介质基(如聚四氟乙烯玻璃纤维压层)上，一面附上金属薄层作为接地板，另一面用光刻腐蚀等方法作出一定形状的金属贴片，利用微带线和轴线探针对贴片馈电，这就构成了微带天线。

当贴片是一面积单元时，称它为微带天线；若贴片是一细长带条则称其为微带振子天线。

图1.1 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εr 和损耗正切tan δ、介质层的长度LG 和宽度WG。

图10.1 所示的微带贴片天线是采用微带线来馈电的，本章将要设计的矩形微带贴片天线采用的是同轴线馈电，也就是将同轴线接头的内芯线穿过参考地和介质层与辐射元相连接。

微带天线设计实验报告hsff1. 引言微带天线是指一种在非导体衬底上，厚度远小于工作波长的金属片片状天线。

由于其结构简单、易于实现和与尺寸成正比的频率调谐特性，微带天线在无线通信系统、雷达系统、卫星通信系统等领域都有广泛应用。

本实验旨在设计一种基于微带天线的无线通信系统。

2. 设计原理微带天线的设计基于微带线的传输线理论和天线理论，通过调整微带天线的几何结构，可以实现对特定频率信号的发送和接收。

在本实验中，我们需要设计一种工作频率为2.4 GHz的微带天线。

微带天线主要由导体衬底、金属贴片和喇叭线组成。

导体衬底可以是介电材料，如玻璃纤维板、陶瓷板等，也可以是金属材料。

金属贴片是微带天线的辐射元件，其几何形状和尺寸决定了天线的频率特性。

喇叭线用于连接导体衬底和金属贴片，起到提供电信号的功能。

3. 设计步骤根据微带天线的设计原理和工作频率要求，我们可以按照以下步骤来设计微带天线：步骤一：确定导体衬底材料和尺寸根据设计要求选择合适的导体衬底材料，一般可选用介电常数在2到12之间的材料。

确定导体衬底的尺寸，以便适应工作频率。

步骤二：计算金属贴片的尺寸根据所选导体衬底的材料和尺寸，计算金属贴片的尺寸。

一般来说，金属贴片的长度和宽度与工作波长有关，且与导体衬底的介电常数相关。

步骤三：确定喇叭线的结构根据所选导体衬底的材料和尺寸，设计合适的喇叭线结构。

喇叭线的长度、宽度和厚度都会影响微带天线的频率调谐特性。

步骤四：制作微带天线样品根据设计得到的尺寸参数，使用相应的工艺方法制作微带天线样品。

常用的制作方法包括化学腐蚀、电镀等。

步骤五：测试天线性能通过天线测试仪器对微带天线进行性能测试，包括频率响应、增益、辐射图形等参数的测量。

4. 实验结果与分析经过设计和制作，在实验中成功制作了一种工作频率为2.4 GHz的微带天线样品。

经测试，该微带天线样品的频率响应符合设计要求，在工作频率范围内具有良好的增益和辐射特性。

为了进一步优化微带天线的性能，我们对设计参数进行了微调，得到了更好的工作频率和辐射特性。

微带天线设计天线大体可分为线天线和口径天线两类。

移动通信用的VHF 、UHF 天线，大多是以对称振子为基础而发展的各种型式的线天线，卫星地面站接收卫星信号大多用抛物面天线（口径天线）。

天线的特征与天线的形状、大小及构成材料有关。

天线的大小一般以天线发射或接收电磁波的波长l 来计量。

因为工作于波长l = 2m 的长为1m 的偶极子天线的辐射特性与工作于波长l = 2cm 的长为1cm 的偶极子天线是相同的。

与天线方向性有关参数：方向性函数或方向图 离开天线一定距离处，描述天线辐射的电磁场强度在空间的相对分布的数学表达式，称为天线的方向性函数； 把方向性函数用图形表示出来，就是方向图。

最大辐射波束通常称为方向图的主瓣。

主瓣旁边的几个小的波束叫旁瓣。

为了方便对各种天线的方向图进行比较，就需要规定一些表示方向图特性的参数，这些参数有：1．天线增益G （或方向性GD ）、波束宽度（或主瓣宽度）、旁瓣电平等。

2．天线效率3．极化特性4．频带宽度5．输入阻抗天线增益是在波阵面某一给定方向天线辐射强度的量度。

它是被研究天线在最大辐射方向的辐射强度与被研究天线具有同等输入功率的各向同性天线在同一点所产生的最大辐射强度之比。

天线方向性GD与天线增益G类似但与天线增益定义略有不同。

因为天线总有损耗，天线辐射功率比馈入功率总要小一些，所以天线增益总要比天线方向性小一些。

理想天线能把全部馈入天线的功率限制在某一立体角ΩB内辐射出去，且在ΩB立体角内均匀分布。

这种情况下天线增益与天线方向性相等。

理想的天线辐射波束立体角ΩB及波束宽度θB实际天线的辐射功率有时并不限制在一个波束中，在一个波束内也非均匀分布。

在波束中心辐射强度最大，偏离波束中心，辐射强度减小。

辐射强度减小到3db时的立体角即定义为ΩB。

波束宽度θB与立体角ΩB关系为旁瓣电平旁瓣电平是指主瓣最近且电平最高的。

第一旁瓣电平，一般以分贝表示。

方向图的旁瓣区一般是不需要辐射的区域，其电平应尽可能的低。