印刷偶极子天线设计

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一种双极化印刷偶极子基站天线

一种双极化印刷偶极子基站天线夏小勇;廖成【摘要】在传统的印刷偶极子上通过切角、向上弯折的形式来扩展偶极子的外围轮廓，并通过改变馈电开路枝节的宽度的方式来展宽天线的带宽，并将该结构应用于双极化基站天线中。

研究表明，单元天线在1.50~3.38GHz范围内，VSWR<2，相对带宽达到77%，获得了较好的带宽特性；组成双极化天线后，在1.8~2.7GHz的频率范围内，天线的交叉极化比、水平面波束宽度、隔离度等指标能较好满足移动通信的要求，可以应用于移动通信系统中。

%This paper proposes a method of extension of the outline profile by cutting angles and bent upward in the patch and of bandwidth extension through extending and changing open slot in feed location, which is implementedin the dual-polarized base station antenna. The research has shown thatthe single antenna has a bandwidth of 1.50-3.38GHz,and Voltage Standing Wave Ratio(VSWR) of less than 2. The relative bandwidth reached 77%, which gets a better bandwidth. As a dual-polarized antenna which could apply to mobile communication systems, its cross-polarization ratio, the horizontal plane beam width;isolation can preferably meet the requirements of mobile communication in the frequency scope of 1.8GHzto 2.7GHz.【期刊名称】《移动通信》【年(卷),期】2013(000)016【总页数】5页(P48-52)【关键词】印刷偶极子;基站天线;带宽【作者】夏小勇;廖成【作者单位】西南交通大学电磁场与微波技术研究所，四川成都610031;西南交通大学电磁场与微波技术研究所，四川成都610031【正文语种】中文【中图分类】TN828.61 引言随着移动通信的快速更新和发展，提高移动通信的信道容量变得日益重要。

S波段宽带低交叉极化印刷偶极子阵列天线设计

0
-10
Return Loss (dB)
-20 Measured (2-layered) Simulated (2-layered) Simulated (1-layered)
-30
图 1(a) 单层平面 Balun 偶极子天线结构
-40 2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
Frequency (GHz)
1
引言
随着电子对抗技术的发展，相控阵雷达
点而得到广泛的研究和应用
[1，2]
。频带窄是
普通印刷偶极子天线的主要缺点 ,目前已有许多途径来展宽这类天线的频带，如双面偶极子天线，平面 Balun 偶极子天线等。但是这些天线虽然频带性能好 , 但交叉极化严重, 辐射特性受损。本文提出一种新型宽带低交叉极化印刷偶极子天线，该天线采用双层平面 Balun 偶极子结构，不仅具有平面 Balun 偶极子天线的宽频带特性，同时降低天线交叉极化电平。使用该双层平面 Balun 偶极子天线单元
S 波段宽带低交叉极化印刷偶极子阵列天线设计
周占伟杨仕文聂在平
（电子科技大学，四川成都，610054 ）摘要:设计出一种新型宽带低交叉极化印刷偶极子天线，该天线采用双层平面 Balun 偶极子结构，不仅具有平面 Balun 偶极子的宽频带特性，同时降低天线交叉极化电平。使用该天线单元设计制作 S 波段 16 元线阵，测试结果表明，阵列天线工作带宽达到 50%，交叉极化电平小于-43dB。实验结果验证了该天线阵的宽带低交叉极化特性。关键词: 印刷偶极子, 宽带, 低交叉极化, 阵列天线
-10 -20 -30 -40 -50 -60 -180

一种基于共臂结构的双频印刷偶极子天线

一种基于共臂结构的双频印刷偶极子天线作者：刘鑫张帅来源：《现代信息科技》2022年第07期摘要：文章提出一种基于共臂结构的双频印刷偶极子天线，可同时工作在433 MHz和2 390 MHz，可广泛用于无线局域网、物联网通信领域。

该天线由一个工作在高频的二元双面印刷偶极子阵列和一个工作在低频的偶极子下臂组成。

一方面通过加载电容，将高频辐射体设计成为低频印刷偶极子的上臂，来构成低频对称阵子的完整结构。

另一方面通过加载电感，进一步缩短了低频阵子臂的长度。

关键词：共臂;双频;偶极子;天线中图分类号：TN92 文献标识码：A文章编号：2096-4706（2022）07-0039-04A Dual-Band Printed Dipole Antenna Based on the Shared ArmsLIU Xin1， ZHANG Shuai2（1.BeiDou Academy， Wuhan Qingchuan University， WuHan 430204， China; 2.Wuhan Second Ship Design and Research Institute， WuHan 430205， China）Abstract： This paper proposes a dual-band printed dipole antenna based on the shared arms structure， and it could work at 433 MHz and 2 390 MHz and it is widely used in fields of wireless local area networks， Internet of Things communication. The antenna is composed of a two-element double sided printed dipole array which works at high frequency and a dipole lower arm which works at low frequency. On the one hand， by loading capacitance， the high frequency radiation body is designed as the upper arm of the low frequency printed dipole to form the complete structure of thelow frequency symmetry array. On the other hand， by loading inductance， the length of the low frequency array arm is further shortened.Keywords： shared arm; dual-band; dipole; antenna0 引言全向天線作为一种基本的天线类型，有着广泛的应用，它被应用在形成无线扩频网络、点对点通信、数据传输等方面。

一种宽频带双极化印刷偶极子基站天线-文档资料

一种宽频带双极化印刷偶极子基站天线： A base?station antenna oscillator element suitable for wideband LTE antenna systems was designed and optimized. Based on the basic theory of printed dipole antenna and microstrip Balun， the multi?stage impedance matching Balun of the antenna was designed by analysis with an equivalent circuit model. The bandwidth of the antenna was expanded efficiently and [±45°] dual?polarization was realized by means of the parasitic patches and bow?tie design. The simulation results show that the bandwidth of the antenna，whose VSWR is ≤1.5 and the return loss is > 15 dB， reaches about 54.5% and can cover the bands of GSM1800/CDMA2000/WCDMA/TD?SCDMA/LTE system. In this range， VSWR， directivity， gain and isolation can satisfy the specifications of LTE multi?model systems. The antenna is easy to integrate and is applied to the base station LTE antenna systems with multiple modes.Keywords： base?station antenna； broadband；dual?polarization； printed dipole； Balun0 引言适用于多系统的宽带双极化天线是目前基站天线的主流设计[1]，其中的天线通常采用偶极子天线结构。

带有新型寄生单元的印刷偶极子天线

带有新型寄生单元的印刷偶极子天线李晋阳张小苗杨倩赵旭东王银行（西安电子科技大学天线与微波技术国家重点实验室，西安710071）摘要：针对印刷偶极子带宽窄，增益相对较低，带内增益不稳定的缺点，本文设计了一种基于新型寄生单元的印刷偶极子, 具有平面结构，覆盖2.3GHz-3.9GHz频段，仿真及实测结果表明，该寄生单元能有效展宽带宽，提高增益,而且增益在绝大部分工作频带内稳定在9dB。

关键字：印刷偶极子，平面天线，寄生单元，宽带，高增益A Printed Dipole with Novel Parasitic ElementsLi Jinyang Zhang Xiaomiao Yang Qian Zhao Xudong Wang Yinhang(National Key Laboratory of Antennas and Microwave Technology，Xidian University, Xi’an 710071)Abstract:A printed dipole with novel parasitic elements is presented to improve the bandwidth and the gain, covering 2.3GHz~3.9GHz bandwidth. It has a steady gain of 9dB in most of the operating band .The simulated and measured results show the parasitic elements can increase the bandwidth and the gain efficiently.Keywords: printed dipole; planar antenna; parasitic element; wideband; high gain1 引言印刷偶极子除具有对称振子的性能外，还具有平面结构，易于与其他系统集成，体积小，制作简单，广泛应用于基站天线，射频识别等一系列现代通信领域。

ADS仿真

1. 引言
天线是无线通信设备中射频结构中极为重要的一个部分，尤其在电子产品设计趋向普遍小型化的今天，如何缩小天线的尺寸而同时又能够达到天线的性能指标已成为目前研究的一大热点。微带天线具有体积小、重量轻、低剖面、宽带宽的特点，因此容易做到与高速飞行器共形，且电性能多样化，尤其是容易和有源器件、微波电路集成为统一组件，十分适合大规模制造。在现代通信中，微带天线广泛应用于 100MHz 到 50GHz 的频率范围内，是目前应用得比较广泛的一种天线设计[1]。
36.7-5.6i 39.4+1.05i 44.85+3.7i 48.2+2.6i
25
2.025
-56.20
12.34% (1.910GHz~2.160GHz)
49.9+0.15i
分析：偶极子天线臂长 Ld 决定了天线的谐振频率：随着天线臂的缩短，天线的谐振频
率增大了。根据天线理论分析，有 Ld
= λe 4
-3-

Mag. [dB]
S11
0
m1 -5 freq=1.791GHz
dB(my_antenna1_mom_a..S(1,1))=-23.517
-10
-15
-20
m1
-25
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
2.4
Frequency
S11
m2 freq=1.791GHz my_antenna1_mom_a..S(1,1)=0.067 / 142.192 impedance = Z0 * (0.897 + j0.074)
20 1.759
-14.79
7.67% (1.700GHz~1.835GHz) 35.65-6.25i

印制偶极子天线设计

所示 3. 弹出对话框图 17,
a) Postion 输入：-L1 ,-W1/2 ,H b) Axis：Z c) XSize：-W2 d) YSize：-L2
图 18 调整试图（to fit the view） 4. 选择菜单下拉选项 ViewFit AllActive View,或者按“ctrl+D”
Point2：-W3-L4 ,W1/2 ,0mm
图 35
镜像生成左侧的三角形和矩形 1. 同时选中 Rectangle1 和 Polyline2
图 36
图 37 2. 菜单下 EditDuplicateMirror,生成新物体名称为 Rectangle1_1 和 Polyline2_1
a) X:0.0，Y:0.0，Z:0.0,按“Enter”按键 b) dX:0.0，dY:1，dZ:0.0,按“Enter”按键
图 25
图 26
创建下表面金属片 1. 创建介质层 BOTTOM 面的金属片----传输线 Top_patch_1(采用镜像的方法进行绘制) 2. 选中 Dip_Patch，菜单下 EditDuplicateMirror,生成新物体名称为 Dip_Patch_1
a) X:0.0，Y:0.0，Z:0.0,按“Enter”按键 b) dX:0.0，dY:1，dZ:0.0,按“Enter”按键
图1
二）设置工具选项
1．选择菜单中的工具（Tools）选项（Options）HFSS 选项（HFSS Options）如图 2 所示
图2 2. 弹出对话框 HFSS Options，如图 3 所示
图3
1) 点击常规（General）标签 a) 建立新边界时，使用数据登记项的向导（Use Wizards for data entry when creating new bound boundaries）：勾选上。 b) 用几何形状复制边界（ Duplicate boundaries/mesh operations with geometry）：勾选上。 c) 点击确定

宽带印刷偶极子天线

宽带印刷偶极子天线
侯婷;李建周;韦高
【期刊名称】《科学技术与工程》
【年(卷),期】2010(010)032
【摘要】印刷在薄介质基片上的偶极子,其重量轻、易加工并且提供相当宽的带宽和高级化纯度,通常作为基站天线的辐射单元.介绍了一种由串联印刷偶极子对组成的宽带天线,该天线由两对偶极子组成,印刷在一个薄介质基片的正反面并通过平行带状线连通.该天线结构简单,便于印刷制作,是大型天线阵的理想辐射单元.给出了偶极子长度以及它们之间距离的变化对输入端反射系数(S11)的影响,可供工程设计参考.设计的天线其相对带宽可达62%(VSWR≤2.0),55%(VSWR≤1.5),中心频率为2.3 GHz.
【总页数】4页(P7934-7936,7946)
【作者】侯婷;李建周;韦高
【作者单位】西北工业大学电子信息学院,西安,710072;西北工业大学电子信息学院,西安,710072;西北工业大学电子信息学院,西安,710072
【正文语种】中文
【中图分类】TN821.4
【相关文献】
1.基于宽带吸波体的低雷达散射截面平面印刷磁电偶极子天线设计 [J], 兰俊祥;曹祥玉;高军;郑月军;张晨
2.紧凑型宽带DVB-T印刷偶极子天线 [J], 何志国;常雷;李丹;张建强;;;
3.一种用于频谱监测的宽带宽波束印刷偶极子天线 [J], 何小煜;俞钰峰;张则涛
4.一种新型宽带印刷偶极子天线 [J], 符友;高帆
5.一种新型宽带印刷偶极子天线 [J], 符友;高帆
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一种宽频带双极化印刷偶极子基站天线

一种宽频带双极化印刷偶极子基站天线作者：李由张海民曹群生来源：《现代电子技术》2015年第01期摘要：设计并优化了一款适用于LTE天线系统的基站天线振子单元。

在印刷偶极子天线以及微带巴伦的基础上，通过等效电路模型进行分析，设计出该天线的多级阻抗匹配巴伦。

采用寄生贴片、领结型设计等技术，有效地拓展了天线频带带宽，实现了[±45°]双极化。

仿真结果表明，天线的VSWR≤1.5和回波损耗大于15 dB的带宽达到了54.5%，可以覆盖GSM1800，CDMA2000，WCDMA，TD⁃SCDMA和LTE系统。

在此频带范围内，该天线的驻波特性、方向性、增益和隔离度等指标均满足LTE多模式系统的指标。

同时该天线也易于制作，适用于LTE多模式基站天线系统。

关键词：基站天线；宽频带；双极化；印刷偶极子；巴伦中图分类号： TN821+.3⁃34 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2015）01⁃0055⁃04Abstract： A base⁃station antenna oscillator element suitable for wideband LTE antenna systems was designed and optimized. Based on the basic theory of printed dipole antenna and microstrip Balun， the multi⁃stage impedance matching Balun of the antenna was designed by analysis with an equivalent circuit model. The bandwidth of the antenna was expanded efficiently and [±45°] dual⁃polarization was realized by means of the parasitic patches and bow⁃tie design. The simulation results show that the bandwidth of the antenna，whose VSWR is ≤1.5 and the return loss is > 15 dB， reaches about 54.5% and can cover the bands ofGSM1800/CDMA2000/WCDMA/TD⁃SCDMA/LTE system. In this range， VSWR， directivity，gain and isolation can satisfy the specifications of LTE multi⁃model systems. The antenna is easy to integrate and is applied to the base station LTE antenna systems with multiple modes.Keywords： base⁃station antenna； broadband； dual⁃polarization； printed dipole； Balun0 引言适用于多系统的宽带双极化天线是目前基站天线的主流设计[1]，其中的天线通常采用偶极子天线结构。

第三章半波长印刷偶极天线设计

第三章半波長印刷偶極天線設計3-1設計目的偶極天線結構簡單也是理論最容易了解與推導的天線，因此是做為入門學習的最佳例子。

半波長偶極天線是利用諧振原理達到在空間中輻射特定頻率的一種天線，半波長偶極理論已經很成熟，詳細理論可參考一般天線理論書籍。

在微波頻率波段中，基於成本、美觀及其他優點，通常將半波長偶極天線印製在PCB (Printed circuit board) 上，稱為微帶天線(Microstrip antenna)，微帶天線應用範圍非常廣泛，因此本章使用印刷電路微帶型結構(Microstrip and printed structure)進行偶極天線的設計與模擬。

3-2印刷偶極天線的原理一般微帶天線(Microstrip antenna)具有下列優點：(1)體積較小、輕量和平面組態。

(2)應用於印刷電路時容易製造，造價低廉。

(3)適合於小型結構體上，可與振盪器、放大器、可變衰減器、調變器、混波器，移相器等模組銜接並與積體電路在平面上可共存。

(4)可裝設於飛彈、火箭、人造衛星等超高速度飛翔體表面以供通信。

(5)RF訊號饋入線及週邊裝置與天線同時設計而製造於同一平面上。

(6)在同一平面板上可設計直線極化(垂直、水平)及圓極化(左、右旋轉)天線。

(7)容易配合單石微波積體電路(MMIC)(Monolithic microwave integratedcircuit)達到一體成形。

另外，微帶天線體積小，所以很容易裝進IC封裝結構蓋中(Package lid)裡，由於這種天線不需要很大的空間，通常是直接作成構裝(Package)的一部份。

但微帶天線也有下述缺點：(1)微帶天線之損失較大以致於天線增益較低，單元件天線之最大增益不容易超過20dB。

(2)大多數的微帶天線均保持單一面電波(Uni-directional)輻射。

(3)饋入RF訊號的傳輸線與天線輻射體之間隔離比較困難。

(4)天線之功率容量較低，換言之，高功率天線不能期待使用此種形式天線。

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在Layout中绘制天线
由于我们设计的是双面天线，在一个介质板上贴有上下两层，上层为馈线，下层为偶极子天线和地板。
首先设计底层，选择cond2，如图
在Layout中绘制天线
由于我们设计的矩形天线，所以我们选择，然后在窗口中选择一点，开始画矩形，矩形大小的控制可以看右下角的右边的坐标，它表示相对位置的距离。
表示相对位移为Y轴正向移动6mm，点击Apply。可以从Layout图中看出Wd变为了10mm 单击Save Design。回到原Layout中单击OK，完成参数的定义，同时，新产生的Layout图会自动关闭。
天线参数的优化
选择Momentum->Optimization-> Goal,设置优化的目标，如下图：
端口定义
由Momentum => Port Editor, 再用鼠标选中端口，进行编辑。在Port 2的设置中，Associate with port number 中，写入1，表示 Port2是Port1的参考地。如右图：
在Layout中设计天线全貌
Ｓ参数仿真—Mesh设置
在Momentum => Mesh =>Setup中设置 Mesh，Mesh的设置决定了仿真的精度。通常，Mesh Frequency和 Number of Cells Per Wavelength 越大，精度越高。但是这是以仿真时间的增加为代价的。有时不得不以精度的降低换取仿真时间的减小。在本例中，我们采用Mesh的默认值，即： Mesh Frequency为后面S仿真中的频率上限值， Number of Cells Per Wavelength 为30。
Lg=12mm Wg=19mm
（五）ADS软件的使用
本节内容是介绍使用ADS软件设计印刷偶极子天线的方法：包括Layout绘制、层定义、端口定义、仿真，优化等。
下面开始按顺序详细介绍ADS软件的使用方法。
ADS软件的启动
启动ADS进入如下界面
创建新的工程文件
点击File->New Project设置工程文件名称（本例中为Antenna）及存储路径
天线参数的优化
单击add，会弹出一个新的窗口提供有关设置参数的信息，点击OK。一个新的 Layout窗口将会自动弹出。由于我们是对偶极子天线臂宽进行设置，先用Ctrl＋鼠标选中天线臂的四个角。如下图：
天线参数的优化
选择Edit-> Move-> Move Relatively.在新弹出的对话框中填入如下图
点击Length Unit设置长度单位为毫米
创建新的工程文件（续）
工程文件创建完毕后主窗口变为下图
Layout中的背景设置
直接在Main窗口中点击，打开Layout窗口，在Layout 中，选择optionpreference，对系统设计的背景参数进行设置。我们选择其中的Layout Unit ，设置如右图，选择Layout Unit为 mm，Resolution填写为0.0001 表示精确到小数点后四位。以确保在天线设计过程中的精度。其他子菜单设置一般选择默认。
点击Add，然后点击OK，结束对于优化目标的设置
天线参数的优化
选择Momentum->Optimization-> Run运行优化，如下图：
在这里，我们选用默认设置。然后，点击左下角的Start开始进行优化。并弹出如下对话框：
天线参数的优化
当优化运行完毕之后，得到优化后的Wd 的参数
天线参数的优化
对于其他参数的优化可以采用类似的方法。
但是，对于优化的条件过于苛刻时，优化将不能正常进行，ADS将不能实现优化的目标，而只能取接近优化目标的值
天线的实物图
天线的正反面图
思考题
尝试同时设置多个参数（如Wd和Lb）对同一个目标（如反射损耗）进行优化。
用ADS分析天线的各个参数（偶极子天线臂长Ld、宽Wd，巴伦线长Lb，地板长 Lg、宽Wg）对于天线性能（谐振频率、带宽、匹配、反射损耗等）的影响。
观察远区辐射方向图
选择Momentum=>Post Processing=>Radiation Pattern，在弹出的对话框中： Select Frequency中选择1.8GHz，因为这是谐振频率。在Visualization Type中选择3D Visualization，因为我们首先想观察三维视图。在Port1 Impedance中写入端口1的输入阻抗，这个在S11图中我们已经测量了，为：46.65+j1.8Ω 点击Compute。
实验四印刷偶极子天线的
设计与调试作原理学习使用ADS Momentum设计天线的基
本方法仿真，调试，优化印刷偶极子天线
（二）实验内容
熟悉ADS Layout的使用环境。使用ADS软件设计一个1.8GHz的印刷偶
极子天线。通过仿真分析该天线的性能。
在Layout中绘制天线
将设计的层面改为 cond，重复上面的设计，完成对于顶层cond 的设计，可以得到右图图中：，红色是对应cond层（顶层），黄色对应 cond2（底层），下面在顶层与底层之间加上一个通孔
在Layout中绘制天线
下面在cond与cond2层之间加一个通孔（Via），选择层为：
截取的平面是与 Layout 平面相垂直的。
Conical Cut又称为水平截面，它的Theta是确定的，而Phi是可以从0-3600变化。与 Layout平面平行
观察天线的2维 E面
首先，观测Planar Cut（垂直极化）。在Far Field > Cut 3D Far Field,设置如下图：
层定义—Metallization Layer设置
去掉通常微带天线的地面（GND）而加 FreeSpace_bottom，与上面的FreeSpace向对称，这样更加符合移动通信下天线的实际情况，对于移动通信总是希望全向的天线，这样可以克服一般的微带天线只能向半空辐射的缺点而成为全向天线。
选择 Momentum =>Post Processing= >Radiation Pattern->2D Data Display,然后点击 Compute,得到：
观察天线的增益
观察天线的2维 E面
Planar Cut又称为垂直截面，如下图， Phi是一定的，Theta 从0-3600变化。这样
Ｓ参数仿真
如下图对S参数仿真进行设置：
点击update，Simulate，开始仿真。
Ｓ参数仿真
仿真结果：
谐振频率是刚好位于1.800GHz的，反射波损耗为-28.161dB 输入阻抗为Z0*（0.933+j0.036）=46.65+j1.8
天线的带宽
对于VSWR<1.5,天线带宽为13%(1.683GHz—1.917GHz) 对于VSWR<2.0,天线带宽为23.8%(1.600GHz—2.026GHz)
加通孔，因为是圆形的通孔，所以选择，如下图：
这样就完成了天线尺寸的基本设计。
层定义
这是至关重要的一步。由Momentum=>Substrate=>Create/Modify，进入层定义对话窗口。作如下设置：将地面GND的边界由Closed改为Open（1），然后点击左下角的Add，增加一层Alumina_0（2），并且把这一层重新定义如下所示（3），即跟上面的FreeSpace定义完全一样，重新命名为FreeSpace_bottom，当然命名为其他名字也是没有问题的。这样上下形成了对称的结构。最后定义Alumina中的各个参数，即定义Real为4.6，Loss Tangent为0.018（4），表示损耗正切为0.018。我们需要的天线的层结构如下图所示：
（三）微带天线的技术指标
谐振频率(Resonance Frequency) 带宽(Bandwidth) 反射损耗(Return Loss) 输入阻抗(Impedance) 增益(Gain)
（四）印刷偶极子天线简介 ——结构图
立体图
平面图
（四）印刷偶极子天线简介 ——组成部分
Reference Port
本例中采用第二种方案
端口定义
选中加Port。第一个Ｐort加在cond 上，第二个 Port 加在cond2上。此时，可以选择 Options=>Midpoint Snap，使得 Port 加在物体的中间位置。
端口定义
可以双击端口对端口进行修改，选择Port对应的层：
Ｓ参数仿真
选择Momentum中的Simulation―Sparameters
出现一个对话框如右图。在Sweep Type 中可以选择Single， Adaptive，Linear
Ｓ参数仿真
Single 表示对单个频率点进行仿真， Adaptive表示根据曲线变化的幅度选择不同频率下的Sample Point，以用最少的 Sample Point来描述图形，因此在对大范围的频率扫描时，推荐使用 Adaptive Type；对于 Linear，是选择上下频率的范围和步长，在规定频率段和规定步长下进行取点。这里选择adaptive
层定义—Metallization Layer设置
在Conductivity 中填电导率， Thickness中填金属厚度。其中铜的电导率为5.78E ＋006，厚度为 0.018mm。在这些都设置结束以后点击Apply 和 OK 就可以了。