4侧馈矩形.docx

附录：3D模型回波损耗（S11）曲线不同L0值对应的S11曲线不同W1值对应的S11曲线参数扫描后的回波损耗（S11）曲线S11的Smith圆图结果E面和H面的增益方向图三维增益方向图侧馈矩形微带天线设计实验目的了解侧馈矩形微带天线的馈电方式；了解侧馈矩形微带天线的辐射机理；掌握天线尺寸的估算方法。实验原理此次设计为设计中心频率为2.45GHZ的矩形微带天线，并给出其天线参数。介质基片采用厚度为1.6mm的FR4环氧脂（FR4 Epoxy）板，天线馈电方式为微带线馈电。计算天线尺寸微带天线的介质基片采用厚度为l.6mm的FR4环氧树脂板,所以厚度H=1.6mm,介质的介电常数为4.4。 由（4-1-1）和（4-1-3）~（4-1-5）的表达式求得天线辐射贴片的宽度和长度,以及有效的介电常数和等效缝隙宽度分别如下：辐射贴片宽度：w = 37.26mm辐射贴片长度：L =30.21mm有效介电常数： =3.73等效缝隙宽度： =0.75mm2.馈电点位置和输入阻抗微带线馈电点的位置选在辐射贴片的中点。此时馈电点和辐射贴片边缘距离为w/2=18.63mm，由式（4-1-15 )可以计算出此时天线的输入导纳，从而推算出 天线的输入阻抗值。其输入阻抗Zin =130Ω。 3.阻抗匹配一般而言，微带天线的边缘阻抗为100Ω?400Ω，并不符合微波器件通用的50Ω系统，所以在设计微带线馈电的矩形微带天线时，可加上一段1/4波长阻抗转换器， 使得微带天线的边缘阻抗与50Ω阻抗达成匹配。图4.2.2所示为一个1/4波长阻抗转换器，假设天线的边缘阻抗为Zl，微带线特性阻抗为Z0，1 /4波长阻抗转换器的特性阻抗为Z1。阻抗匹配的条件为：微带线特性阻抗为Z0=50Ω，天线边缘阻抗上面计算为Zl =Zin=130Ω，所以波长阻抗转换器的特性阻抗为Z1=80.6Ω。4.微带线尺寸的估算对于介质基片厚度为1.6mm的FR4环氧树脂板的微带线，我们可以计算出特性阻抗为50Ω时对应的微带线宽度为2.98mm，特性阻80.6Ω时对应的微带线宽度和 1/4波长分别为1.16mm和17.45mm。实验步骤 1. 新建设计工程（1）运行HFSS并新建工程（2）设置求解类型（3）设置模型长度单位 2.添加和定义设计变量 3. 设计建模（1）创建介质基片 （2）创建辐射贴片 （3）创建1/4波长阻抗转换器 （4）创建50Ω微带传输线 （5）使用合并操作把3个矩形面合并成一个整体 4. 设置边界条件（1）把新生成的Patch设置成理想导体边界（2）设置辐射边界条件 （3）把介质基片的底面设置成理想导体边界 5. 设置端口激励（1）创建端口平面 （2）设置波端口激励6. 求解设置 （1）求解频率和网格剖分设置设置求解频率为2.45GHz，自适应网格剖分的最大迭代次数为20，收敛误差为0.02。（2）扫频设置扫频类型选择快速扫频，扫频频率范围l.GHz ~ 3.5GHz，频率步进为0.0lGHz。设计检查和运行仿真计算查看天线的谐振频率查看天线信号端口回波损耗（即S11）的扫频分析结果，给出天线的谐振频率。 参数扫描分析寻找谐振频率（1）添加参数扫描分析项（2）运行参数扫描分析（3）查看分析结果调节阻抗匹配获得最佳匹配性能（1）添加参数扫描分析项 （2）运行参数扫描分析 （3）查看分析结果；查看最终天线的性能（1）重新运行仿真分析（2）查看S11分析结果（3）查看S11的Smith圆图结果（4）xz yz截面上增益方向图a. 定义ψ=0和ψ=90的平面为辐射表面 b. 查看在E面和H面截面上的增益方向图（5）三维增益方向图 ①定义三维立体球面为辐射表面； ②查看三维增益方向图。四、实验结果见附录五、实验总结通过本次实验，我学会了矩形微带天线尺寸的估算方法，并认识到理论上得到的数据和实际仿真计算出来的数据是有一定的差距的，实际中总要考虑各种因素的影响，这与理论计算有一定的差距。