CST-偶极子相控阵天线的仿真及优化

实验报告学生姓名：学号：指导教师：实验地点：实验时间：一、实验室名称：二、实验项目名称：微波工程CAD实验三、实验学时：20四、实验原理：CST仿真软件是基于有限积分法，将整个计算区域离散化并进行数值计算，模拟各种实际器件得出场分布及其各种参数的特性曲线，最后可根据实际要求对所得结果进行优化，得出最优化下的器件尺寸参数。

本次实验利用CST对偶极子相控阵天线及微带到波导转换模型进行了仿真模拟，以此来掌握CST的应用。

五、实验目的：了解并掌握CST仿真软件的基本操作，学习利用CST仿真软件进行一些简单的工程设计。

六、实验内容：第一题偶极子相控阵天线的仿真与优化：①偶极子天线尺寸如下图，在4~12GHz的频率范围内，请优化单个偶极子天线的工作频率谐振在f0=8GHz，待优化的变量Lambda初值取为29mm，绘出在该工作频率点的方向图；②将该单个天线在x和y方向分别以Lambda/4作为空间间隙、以90度作为相位间隙，扩展成一个2*2的相控阵天线阵，请使用三种方法计算该天线阵的方向图；③对结果进行比较、分析和讨论。

第二题微带到波导转换的仿真与优化：在26~30GHz频率范围内优化下图微带到波导的转换，使全频带反射最小，并绘出中心频点28GHz的电场、磁场与表面电流的分布；微带是Duroid5880基片，介电常数2.2，基片厚0.254mm，金属层厚0.017mm，介质上的空气尺寸3*1*8mm，标准50欧姆微带线宽0.77mm；波导是Ka波段的BJ320波导，尺寸7.112*3.556*10mm；L是微带基片底面到波导短路面距离，W0*L0是伸入波导中的微带探针的宽与长，W1*L1是第一段变阻线的宽与长，W2*L2是第二段变阻线的宽与长，7个待优化变量可取下图给的初值。

七、实验器材（设备、元器件）：台式计算机；CST Design Environment 2009仿真软件；U盘（学生自备）。

八、实验步骤：第一题：偶极子相控阵天线的仿真a.单个偶极子天线模型单个偶极子天线方向图b.利用3种方法将单个天线扩展成一个2*2的相控阵天线阵方法一将单个天线的远场结果采用不同的幅度和相位叠加，从而得到阵列的结果。

印制偶极子天线单元的仿真设计
周伟华
【期刊名称】《现代电子》
【年(卷),期】2000(000)003
【摘要】介绍了用于雷达阵列天线的印制偶极子天线单元的计算机仿真设计。

该单元设计源自ＢｒａｉｎＥｄｗａｒｄ和ＤａｎｉｅｌＲｅｅｓ所做的工作。

本文利用ＡｎｓｏｆｔＨＦＳＳ软件对该单元进行了仿真，然后仿真结果与测量结果进行了比较。

【总页数】5页(P52-56)
【作者】周伟华
【作者单位】华东电子工程研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TN957.2
【相关文献】
1.V形地平面反射结构新型印制偶极子天线 [J], 范志广;冉立新;陈抗生
2.基于高频结构仿真器和神经网络的双面双频宽带偶极子天线设计 [J], 南敬昌;桑百行;高明明
3.虚实结合的偶极子天线仿真实验设计与教学实践 [J], 谭立容;袁迎春;张照锋;王抗美
4.印制偶极子天线单元的仿真设计 [J], 周伟华
5.应用XFDTD对平面扇形偶极子天线的仿真与设计 [J], 马岩;郑为
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相控阵天线的平台布局仿真设计Simulation and Design of the phased arrayantenna placement王真刘志惠(南京电子技术研究所南京210039)摘要: 随着相控阵天线技术的发展，天线设计工程师除了进行相控阵天线自身性能的详细设计以外，还更多地关注相控阵天线在载体平台上的布局设计，因为这样的载体平台布局设计才决定了相控阵天线最终可实现的性能特性，而非实验室的理论性能。

相控阵天线与平台的一体化仿真也越来越借助FEKO等高频电磁仿真软件，本文从具体实例出发，论述了利用FEKO软件对相控阵天线的平台布局进行仿真优化设计。

关键词: 相控阵天线平台布局FEKOAbstract:Along with the development of the phased array antenna technology, phased array antenna design engineers in addition to their own performance of detailed design, also pay more attention to the platform layout of the phased array antenna, because it determines the performance characteristics which the phased array antenna can realize, not the theoretical performance of laboratory. The platform layout simulation of phased array antenna is becoming more and more with the help of a high frequency electromagnetic simulation software FEKO, etc, starting from the concrete examples, this paper discusses the platform layout of phased array antenna simulation optimization design by using FEKO.Key words:phased array antenna，platform layout，FEKO1 概述随着相控阵天线技术的发展，天线设计工程师除了进行相控阵天线自身性能的详细设计以外，还更多地关注相控阵天线在载体平台上的布局设计，因为这样的载体平台布局设计才决定了相控阵天线最终可实现的性能特性，而非实验室的理论性能。

大型精密测量相控阵雷达天线座力学仿真应用研究
向熠;徐文华;陈亚峰
【期刊名称】《现代雷达》
【年(卷),期】2024(46)1
【摘要】超大规模雷达天线座结构系统复杂,造价高、研制周期紧张,如何保证天线座结构设计一次成功,满足雷达结构技术要求是天线座研制的难题。

文中结合工程研制,从天线座结构系统力学设计,计算模型建模原则、建模方法、轴承等关键部位连接处理、仿真模型简化与等效,有无斜梁结构方案仿真结果比较与选取,以及轨道平面度、辅助支撑力确定到最终结构优化进行了阐述,对大型雷达天线座结构设计具有一定的指导意义。

【总页数】6页(P87-92)
【作者】向熠;徐文华;陈亚峰
【作者单位】南京电子技术研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TN820.8
【相关文献】
1.大型相控阵雷达轮轨式天线座设计
2.现代光学测量技术及设备在大型相控阵雷达天线标校上的应用
3.相控阵精密测量雷达天线座俯仰支承设计
4.某精密测量雷达天线座的静动力分析
5.大型相控阵雷达轮轨式天线座防滑技术研究
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相控阵雷达天线模型及仿真邱丽原【摘要】The importance and the main difficulty of simulation of phased array antenna were given. And a modeling and simulating method was proposed. This method used array factor, directional factor and sidelobe suppression factor to re-spectively resolve the problems of beam configurations, antenna gain and the sidelobe and its change of directional dia-gram, and then synthesized. The simulation model after synthesizing was given. This simulation model ensured the theoreti-cal precision, optimized and reduced the steps and quantities of simulating calculations. Using the simulation model, a sim-ulation calculation instance of the radar antenna of AN/SPY-1D of Aegis system was given.%阐述了相控阵天线仿真的重要性，指出了相控阵天线仿真的主要困难。

提出了一种利用阵因子、方向性因子和旁瓣抑制因子分别解决仿真波束形状、天线增益、方向图旁瓣及其变化等3大问题，并进行综合建模和仿真，给出了综合后的仿真模型。

实验报告学生：学号：指导教师：实验地点：实验时间：一、实验室名称：二、实验项目名称：微波工程CAD实验三、实验学时：20四、实验原理：CST仿真软件是基于有限积分法，将整个计算区域离散化并进行数值计算，模拟各种实际器件得出场分布及其各种参数的特性曲线，最后可根据实际要求对所得结果进行优化，得出最优化下的器件尺寸参数。

本次实验利用CST对偶极子相控阵天线及微带到波导转换模型进行了仿真模拟，以此来掌握CST的应用。

五、实验目的：了解并掌握CST仿真软件的基本操作，学习利用CST仿真软件进行一些简单的工程设计。

六、实验容：第一题偶极子相控阵天线的仿真与优化：①偶极子天线尺寸如下图，在4~12GHz的频率围，请优化单个偶极子天线的工作频率谐振在f0=8GHz，待优化的变量Lambda初值取为29mm，绘出在该工作频率点的方向图；②将该单个天线在x和y方向分别以Lambda/4作为空间间隙、以90度作为相位间隙，扩展成一个2*2的相控阵天线阵，请使用三种方法计算该天线阵的方向图；③对结果进行比较、分析和讨论。

第二题微带到波导转换的仿真与优化：在26~30GHz频率围优化下图微带到波导的转换，使全频带反射最小，并绘出中心频点28GHz的电场、磁场与表面电流的分布；微带是Duroid5880基片，介电常数2.2，基片厚0.254mm，金属层厚0.017mm，介质上的空气尺寸3*1*8mm，标准50欧姆微带线宽0.77mm；波导是Ka波段的BJ320波导，尺寸7.112*3.556*10mm；L是微带基片底面到波导短路面距离，W0*L0是伸入波导中的微带探针的宽与长，W1*L1是第一段变阻线的宽与长，W2*L2是第二段变阻线的宽与长，7个待优化变量可取下图给的初值。

七、实验器材（设备、元器件）：台式计算机；CST Design Environment 2009仿真软件；U盘（学生自备）。

八、实验步骤：第一题：偶极子相控阵天线的仿真a.单个偶极子天线模型单个偶极子天线方向图b.利用3种方法将单个天线扩展成一个2*2的相控阵天线阵方法一将单个天线的远场结果采用不同的幅度和相位叠加，从而得到阵列的结果。

当仿真大型阵列天线(如30*50阵元)时，创建模型并对每一个端口赋予指定的幅值和相位，将会是非常繁琐的工作，针对此种情况，CST 微波工作室（CST MWS）中加入了Array Wizard宏命令，可以方便快速的建立天线阵，并预设所有端口的幅值及相位：在这里，我们一方面会遍历Array Wizard 宏的所有设置，对其功能进行说明；另一方面会通过实际案例进一步说明Array Wizard 的具体用法。

Array Wizard 功能简介选择宏功能的类型：Construct Finite Array from Single Element 从单元创建整个阵列Simultaneous Excitation：Update Am / Ph Distribution 对已有阵列的所有端口赋幅度和相位值 Perform Combine Results：Setup Am / Ph Distribution and Excitation 分配端口幅度和相位 Setup and Plot Farfield Array 设置并画出远场阵列勾选Apply to Farfield Source选项，可以将远场源作为一个阵元进行组阵操作。

设置单元数：Number of Row：平行于X轴的行数Number of Columns：平行于Y周的列数S1(x) S2(y’)设置单元间距：S1(x),S2(y’)及Grid Angle的含义如下图：设置波束指向角：Scan Theta：波束指向角的Theta角度；Scan Phi：波束指向角的Phi角度；Load phase distribution：载入端口的相位信息。

幅度加权Amplitude weight在下拉菜单中选择一种幅度分布函数： Uniform(均匀分布) 、Binomial(二项式分布) 、Cosine(余弦分布)、 Cosine^2(余弦平方分布) 、Chebyshev(切比雪夫分布) 、Taylor(泰勒分布) 、User Defined(自定义分布) 、Relative sidelobe level(dB)设置副瓣电平、Frequency设置参考频率。

Harbin Institute of Technology课程设计说明书（论文）课程名称：天线仿真设计题目：圆极化微带天线的仿真院系：班级：设计者：学号：指导教师：设计时间：哈尔滨工业大学一、课程设计目的1、了解微带天线的辐射原理和分析方法，并掌握微带天线尺寸计算一般过程；2、了解微带天线圆极化的方法，并设计一种圆极化微带天线；3、学习并掌握CST软件的使用，熟悉天线仿真的流程，并完成天线的优化设计。

二、天线设计目标本文设计的圆极化矩形微带贴片天线的中心频率为6 GHz，并且将满足一下技术指标：1、反射系数S11<10dB（VSWR<2）；2、天线轴比小于3dB；3、绝对带宽100MHz；4、增益大于5dB；5、输入阻抗50Ω；6、波瓣宽度大于70deg。

三、微带天线背景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。

由于微带天线有独特的优点，而缺点随着科技的进步正在研究克服，因此它有广阔的应用前景。

一般说来，它在飞行器上的应用处于优越地位，可用于卫星通讯、天线电高度表、导弹测控设备、导引头、环境监测设备、共形相控阵等。

徽带天线在地面设备上应用也有其优势方面。

特别是较低功率的各种民用设备，例如医用微波探头，直播卫星的接收阵以及当前的蓝牙设备的收发天线等，由于微带带天线能集成化，它在毫米波段的优势非常明显。

当然它并不是完美无缺的，我们将其与微波天线相比，简单介绍它的优缺点。

微带天线和常用的微波天线相比较，它有以下一些突出的优点：(1)重量较轻，体积比较小，剖面低，能与飞行器等载体共形。

2X2相控阵天线仿真分析温州大学 张文杰（wjzhg@）一、仿真分析软件HFSS13.0二、基本单元天线特性作为相控阵天线的基本单元，贴片天线的结构如下：2.1如下图，单元天线的回波损耗约‐20dB，中心频率0.889GHz2.2天线的增益方向图最大增益约7.2dB，最大辐射方向在Z轴方向，。

‐3dB夹角约81°.天线输入阻抗约（40+j2）ΩZ=（0.8+j0.04）X50=(40+j2)Ω三、2X2相控阵天线的模拟分析3.1相控阵天线布局四个单元呈矩形分布：上面二个，下面二个。

上面二个天线的中心矩为160mm（X方向,矢量U） ; 上下二个天线的中心矩为130mm（y方向，矢量V）。

z方向为平面法线方向。

设垂直矢量为U，水平矢量为V。

V矢量保持相位为0°不变，U矢量可在-90°到90°之间通过移向控制板设定或连续扫描。

理想状态下，即忽略连线及功率分配器阻抗适配引入的损耗和天线间相互干扰的情况下，几种典型情况仿真分析如下。

3.2 UV矢量同相位情况UV矢量同相位均为0°，天线总增益约13dB,X,Y方向‐3dB夹角为47°左右3.3 U 矢量为90°时U 矢量为90°时，天线总增益约12dB ，X 方向‐3dB 夹角为61°（‐52~9°），Y 方向约57°（‐30~27°）。

见下图。

3.4 V矢量为0°U矢量为‐90°时V矢量为0°U矢量为‐90°时，天线总的最大增益约12dB。

‐3dB角X方向59.5°（‐9.5~50°），Y方向约57°（‐30~27°）3.5 相控阵天线主要特点总结1、当V 矢量保持相位0°不变，U 矢量相位在‐90~90°之间扫描时，‐3dB 辐射角约为102°（‐52~50°）。

（19）中华人民共和国国家知识产权局（12）发明专利申请（10）申请公布号CN109918858A（43）申请公布日 2019.06.21（21）申请号CN201910323268.1（22）申请日2019.04.22（71）申请人西北工业大学地址710072 陕西省西安市友谊西路127号（72）发明人高颖;汪静;郭淑霞;张朋;闫彬舟;王子道;李启凡;邵群;陈局非（74）专利代理机构西北工业大学专利中心代理人王鲜凯（51）Int.CI权利要求说明书说明书幅图（54）发明名称一种CST仿真天线数据可视化方法（57）摘要本发明涉及一种CST仿真天线数据可视化方法，用真实地理经纬度坐标确定天线数据场的空间位置，利用电磁仿真软件(CST)对天线进行设计与仿真，以得到的天线仿真数据作为数据源，通过数据预处理和按照每层数据的天线增益进行颜色映射，以三角网格化的数据点坐标映射至空间对应位置，再进行Alpha通道融合设置透明和颜色效果，最终以快速、高效、直观的方式展示天线数据，用以反映天线内部及整体的数据分布。

有益效果为将CST天线数据在具有真实地形的地理信息系统中进行显示，将数据的天线增益属性映射成颜色属性。

根据颜色的变化和网格化天线方向图能够直观、清晰地表示天线在复杂电磁环境中受辐射的情况分布。

法律状态法律状态公告日法律状态信息法律状态2019-06-21公开公开2019-06-21公开公开2019-07-16实质审查的生效实质审查的生效权利要求说明书一种CST仿真天线数据可视化方法的权利要求说明书内容是....请下载后查看说明书一种CST仿真天线数据可视化方法的说明书内容是....请下载后查看。