实验七微带缝隙天线仿真设计

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。

L型探针馈电的微带天线仿真设计目录第一章绪论 01.1 课题背景及研究意义 01.2 微波天线的研究现状 01.3Ansoft HFSS软件简介 (1)1.4 论文的主要工作 (1)第二章微带天线概述 (2)2.1 微带天线简介 (2)2.2 微带天线主要特性参量 (3)2.3 微带天线的辐射机理及馈电方式 (7)2.3.1微带天线的辐射机理 (7)2.3.2 微带天线的馈电方式 (8)2.4 微带天线的分析方法 (8)第三章L型探针馈电微带天线理论分析 (10)3.1L型探针馈电微带天线介绍 (10)3.2微带天线基本模型 (11)第四章L型探针馈电微带天线的仿真及结果分析 (13)4.1天线的设计指标 (13)4.2创建L型探针馈电微带天线模型 (13)4.2.1创建天线模型的基本步骤 (13)4.2.2创建完成的天线模型 (14)4.3天线模型仿真结果 (15)4.4L型探针馈电微带天线的优化设计及分析 (16)4.4.1L型探针馈电微带天线的优化分析 (16)4.4.2L型探针反馈微带天线的仿真结果分析 (20)第五章结论 (23)参考文献 (24)致谢 (26)第一章绪论1.1 课题背景及研究意义微带天线由于其重量轻、剖面低、成本低廉、设计较灵活，而且易和集成电路等电路相结合等优点得到了越来越广泛的应用，比如无线电通信、电视、广播、导航、雷达、电子对抗、射电天文、遥感等通信系统，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。

天线一般都是具有可逆性的，也就是同一副天线既可用作发射的天线，又可用作接收的天线。

根据天线的互易定理同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。

近年来，随着移动通信系统业务的不断增加，通信设备不断朝着小型化方向发展，对天线体积，集成化及工作频段的要求也越来越高。

微带天线以它的体积小，剖面比较低，便于集成，生产造价低等特性以及良好的性能，受到越来越广泛的关注。

DCWTechnology Study技术研究0 引言随着电子设备技术的发展，万物互联的概念逐步实现，将所有家用的、工业的、民用的、军用的电子电气设备通过互联网实现统一的控制，而万物互联实现基础是电磁场，电磁场的实现基础是天线。

我们熟知的大哥大使用的是单极天线，现在流行的5G 手机使用的是边框天线，老式电视机上使用的是八木天线等，而缝隙天线多用于雷达、通信、导航、电子对抗等普通人很少接触的设备上，因此我们很少在日常生活中见到缝隙天线。

1 缝隙天线的类型缝隙天线是一种在导体板上开凿特定尺寸的缝隙形成的天线，导体板可以是展开的也可以是闭合的，闭合的方式主要有矩形波导、圆形波导、谐振腔等，对于平面导体板可以采用同轴线的馈电方式，对于闭合的导体板即可以采用同轴线馈电方式，也可以采用波导激励馈电方式，闭合的导体板的开槽方式多种多样，有横向、纵向、斜向等。

缝隙天线如图1所示。

波导缝隙天线作为缝隙天线的一种，具有结构简单耐用、易于安装、馈电方便等特点，其天线参数性能也很出色，能够实现高增益、控制主瓣倾角、超低副瓣，副瓣电平甚至可达到-30 dB 以下。

因此，波导缝隙天线非常适合具有流线型外形的高速飞行器，融合度比较高，如机载雷达、导航设备、通信设备等。

波导缝隙天线原理与仿真刘 建1，原 觉1，刘 巍1，李 强2（1.国家无线电监测中心检测中心，北京 100041；2.工业和信息化部机关服务局，北京 100804）摘要：文章讨论了缝隙天线的特点、结构、激励方式、原理等，通过讨论缝隙周围电场和电流分布，分析缝隙天线的辐射原理。

使用HFSS仿真软件建立缝隙天线的模型，计算电场及电流分布情况，得到缝隙天线的基本参数，验证缝隙天线原理的分析结论。

关键词：缝隙天线；电偶极子；波导管；电磁仿真doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2023.08.020中图分类号：TN 82，TN 98 文献标志码：A 文章编码：1672-7274（2023）08-0061-04Principle and Simulation of Waveguide Slot AntennaLIU Jian 1, YUAN Jue 1, LIU Wei 1, LI Qiang 2(1.The State Radio_monitoring_center Testing Center, Beijing 100041, China; 2.Department ServiceBureau of the Ministry of Industry and Information Technology, Beijing 100804, China)Abstract: This paper discusses the characteristics, structure, excitation method, principle, etc. of slot antenna, and analyzes the radiation principle of slot antenna by discussing the distribution of electric field and current around the slot. The HFSS simulation software is used to build the slot antenna model, calculate the electric field and current distribution, obtain the basic parameters of the slot antenna, and verify the analysis conclusion of the slot antenna principle.Key words: slot antenna; electric dipole; waveguide; electromagnetic simulation作者简介：刘 建（1985-），男，汉族，山东人，中级工程师，硕士，研究方向为通信与网络。

太原理工大学微波技术与天线课程设计设计题目：微带天线仿真设计学生姓名学号专业班级指导教师太原理工大学现代科技学院课程设计任务书注：课程设计完成后，学生提交的归档文件应按，封面—任务书—说明书—图纸的顺序进行装订上交（大张图纸不必装订）指导教师签名：日期：专业班级学号姓名成绩…………一、设计题目微带天线仿真设计（圆形侧馈）二、设计目的1.理解和掌握微带天线的设计原理2.选定微带天线的参数：工作频率、介质基片厚度、贴片模型及馈电点位置。

3.创建工程并根据设计尺寸参数指标绘制微带天线HFSS 模型。

4.保存工程后设定边界条件、求解扫描频率，生成S 参数曲线和方向图。

5.观察对比不同尺寸参数的微带天线的仿真结果，并分析它们对性能的影响。

三、设计原理矩形贴片是微带贴片天线最基本的模型，本设计就是基于微带贴片天线基础理论以及熟练掌握HFSS10仿真软件基础上，设计一个右手圆极化矩形贴片天线，其工作频率为2.45GHz ，分析其远区辐射场特性以及S 曲线。

矩形贴片天线示意图四、贴片天线仿真步骤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、创建微带天线模型（1）创建地板GroundPlane 。

在菜单栏中点击Draw>Rectangle,创建矩形模型。

在坐标输入栏中输入起始点的坐标：X ：-45，Y ：-45，Z ：0按回车键。

在坐标输入栏中输入长、宽：dX ：90，dY ：90，dZ ：0按回车键。

带金属光栅缝隙的矩形微带贴片天线的设计一、概述在电磁波通信领域中，微带天线是一种广泛应用的天线类型。

它具有结构简单、易于制作和安装、成本低廉等优点，因此被广泛应用于无线通信系统、雷达系统和卫星通信系统等领域。

而带金属光栅缝隙的矩形微带贴片天线作为一种改进型的微带天线，在实际应用中具有更好的性能表现。

二、研究背景传统的矩形微带贴片天线结构简单，但在频率调谐范围有限，而且辐射效率不高。

为了克服这些问题，学者们提出了多种改进型的微带贴片天线结构，其中带金属光栅缝隙的矩形微带贴片天线是一种新型的设计方案。

该设计通过在贴片天线的金属板上加工一定间距的金属光栅缝隙，可以有效地扩大其频率调谐范围，并提高辐射效率，因此备受研究者们的关注。

三、设计原理带金属光栅缝隙的矩形微带贴片天线的设计原理是通过金属光栅缝隙的添加，改变了原有的微带贴片天线的电磁场分布和谐振频率，从而实现了对天线性能的优化。

光栅缝隙的加入能够改变贴片天线的电磁场分布，从而使得天线在更宽的频率范围内拥有良好的谐振特性。

光栅缝隙的加入还可以提高天线的辐射效率，增强其信号传输性能。

四、设计步骤1. 设计天线的工作频率：首先需要确定天线所需工作的频率范围，通常可以根据具体的通信系统要求来确定。

2. 计算天线的尺寸和参数：根据所选定的工作频率，利用天线设计软件或者公式计算出天线的尺寸和参数，包括贴片的长度、宽度，介质板的相对介电常数等。

3. 设计金属光栅缝隙的结构：根据天线的设计要求，确定金属光栅缝隙的结构，包括光栅缝隙的宽度和间距等参数。

4. 制作天线样品并测试：根据设计好的尺寸参数，制作出天线样品，并进行频率特性测试和辐射效率测试。

根据测试结果，优化天线的设计参数，直至满足要求。

五、设计优化在设计过程中，可以通过优化光栅缝隙的结构和天线的尺寸参数来优化天线的性能。

具体的优化手段包括改变光栅缝隙的宽度和间距，调整贴片的尺寸和介质板的相对介电常数等。

六、应用前景带金属光栅缝隙的矩形微带贴片天线由于其优良的性能表现，具有广阔的应用前景。

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的双频微带天线仿真及设计随着无线通信技术的快速开展，无线通信已经广泛应用到雷达"移动通信"卫星定位"无线局域网络"卫星电视等诸多领域!而天线那么是无线通信系统号发射和接收的关键局部，它直接影响着无线通信的性。

随着移动通信中跳频"扩频等通信技术的开展，同时为了满足与多个终端的通信要求，实现多系统共用和收发共用等功能，这就要求天线在不同频段下工作。

因此天线的多频段通信技术成为现代无线通信领域迫切需要研究的问题。

微带天线有多种馈电方式，其中同轴线馈电是一种最常用的馈电方式!同轴线馈电是将同轴插座安装在接地板上，本文在一种常用的2.45GHz同轴馈电微带天线的根底上，利用HFSS三维电磁仿真软件合理设计同轴馈电的位置及改变辐射贴片的尺寸，使天线获得一个新的谐振频率，大小为1.9GHz，且输入阻抗为50Ω左右，并且对仿真结果进展了详细的分析。

最后根据仿真结果制作天线实物，在实际的电磁环境下对天线的驻波比进展测试，得到较好的效果。

1 2. 45 GHz同轴馈电微带天线参数一种常用的2. 45 GHz同轴馈电微带天线的原理图如图1和图2所示图1 中L0为辐射贴片X 轴长度，L0 = 27．9 mm; W0为辐射贴片Y 轴长度宽度，W0 = 40 mm; L1为同轴馈电点离辐射贴片中心距离，L1 = 6.6 mm。

图2 中介质基片厚度H = 1．6 mm; 介质基片介电常数ε = 4.4。

2双频微带天线设计在2．45 GHz 微带天线中的辐射贴片在X 轴方向的长度为27．9 mm，同轴线馈电点( A 点) 离辐射贴片中心距离为6．6 mm。

只需在此根底上分析给出微带天线的辐射贴片在Y 轴方向的长度和同轴线馈电点( B 点) 的位置，能够使天线能够工作于9 GHz，然后过A 点和B 点的垂直相交点( C 点) 即为需要找到的双频馈电点。

X 轴上的A 点为激发2．45 GHz 工作频率的馈电点，其输入阻抗为50 Ω左右，由于A 点位于辐射贴片Y 轴方向的中心线上，因此不会激发Y 轴上的工作频率。

基于HFSS缝隙耦合贴片天线的仿真设计报告HFSS（High Frequency Structure Simulator）是一种电磁仿真软件，广泛应用于无线通信、微波电路、天线设计等领域。

其中，扇形缝隙耦合贴片天线是一种常见的天线结构，具有较好的性能和应用潜力。

本报告将基于HFSS对缝隙耦合贴片天线进行仿真设计。

在设计前，我们首先要设置仿真的参数。

通过选择“Analysis”菜单下的“Design Settings”打开仿真参数设置对话框。

在对话框中，我们可以设置模型的频率范围、单位、边界条件等。

根据实际需求，选择合适的参数设置后，可以开始进行仿真设计。

在HFSS软件中，我们可以进行多种类型的仿真分析，如S参数、辐射模式、电场分布等。

在缝隙耦合贴片天线的仿真设计中，我们可以使用S参数分析来研究天线的频率响应。

通过选择“Analysis”菜单下的“S-parameters”选项，进行设置并运行仿真。

仿真完成后，可以得到天线的S参数结果，包括频率响应和射频性能指标。

除了S参数仿真，我们还可以进行辐射模式仿真。

通过选择“Analysis”菜单下的“Radiation”选项，进行设置并运行仿真。

仿真完成后，可以得到天线的辐射模式图，可以直观地观察到天线的辐射特性。

此外，HFSS还提供了电场分布仿真功能，可以用于研究天线的电场分布状况。

通过选择“Analysis”菜单下的“Fields”选项，进行设置并运行仿真。

仿真完成后，可以得到天线的电场分布图，可以观察到天线不同部分的电场强度和分布情况。

通过上述的仿真设计，我们可以对缝隙耦合贴片天线的性能进行评估和优化。

根据仿真结果，可以对天线的尺寸、结构或材料进行调整和优化，以达到更好的性能指标。

综上所述，基于HFSS的缝隙耦合贴片天线仿真设计可以为天线工程师提供一种快速、准确的设计手段。

通过HFSS软件的功能和仿真工具，可以对天线的性能进行全面分析和评估，为天线设计和优化提供有力的支持。

08通信陆静晔0828401034微带天线设计一、实验目的：● 利用电磁软件Ansoft HFSS 设计一款微带天线⏹ 微带天线的要求：工作频率为2.5GHz ，带宽（S11<-10dB ）大于5%。

● 在仿真实验的帮助下对各种微波元件有个具体形象的了解。

二、实验原理：微带天线的概念首先是由Deschamps 于1953年提出来的，经过20年左右的发展，Munson 和Howell 于20世纪70年代初期制造出了实际的微带天线。

微带天线由于具有质量轻、体积小、易于制造等优点，现今已经广泛应用于个人无线通信中。

图1-1是一个简单的微带贴片天线的结构，由辐射源、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源的长度L 、辐射源的宽度W 、介质层的厚度h 、介质的相对介电常数 和损耗正切 、介质层的长度LG 和宽度WG 。

图1-1所示的微带贴片天线是采用微带线来馈电的，本次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 与辐射源相连接。

对于矩形贴片微带天线，理论分析时可以采用传输线模型来分析其性能。

矩形贴片微带天线的工作主模式是 模，意味着电场在长度L 方向上有 /2的改变，而在宽度W 方向上保持不变，如图1-2（a ）所示，在长度L 方向上可以看作成有两个终端开路的缝隙辐射出电磁能量，在宽度W 方向的边缘由于终端开路，所以电压值最大电流值最小。

从图1-2（b ）可以看出，微带线边缘的电场可以分解成垂直于参考地的分量和平行于参考地的分量两部分，两个边缘的垂直分量大小相等、方向相反，平行电场分量大小相等、方向相反；因此，远区辐射电场垂直分量相互抵消，辐射电场平行于天线表面。

图1-1 图1-2 矩形微带天线俯视图和侧视图假设矩形贴片的有效长度设为,则有（1-1）式中，表示导波波长，有(1-2)式中，表示自由空间波长；表示有效介电常数，且= (1-3)式中，表示介质的相对介电常数；h表示介质层厚度；W表示微带贴片的厚度。