1、 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）专业班级 学生姓名 课程名称 微波技术与天线课程设计设计名称 微波器件或天线设计 设计周数 1.5 周 指导教师设计任务主要设计参数1 熟悉 HFSS 仿真平台的使用 2 熟悉微带天线的工作原理与设计方法3 在 HFSS 平台上完成如下仿真设计题目一：三角形微带天线设计（同轴馈） ，900MHz，1800MHz /2.4GHz， 4GHz /2.4GHz，5
2、.8GHz学号为 1、6 完成此题题目二：三角形微带天线设计（侧馈） ，900MHz，1800MHz /2.4GHz， 4GHz /2.4GHz，5.8GHz学号为 2、7 完成此题题目三：圆形微带天线设计（同轴馈） ，900MHz，1800MHz /2.6GHz， 4GHz /2.4GHz，5.8GHz学号为 3、8 完成此题题目四：圆形微带天线设计（侧馈） ，900MHz，1800MHz /2.6GHz， 4GHz /2.4GHz，5.8GHz学号为 4、9 完成此题题目五：半波偶极子天线设计，900MHz，1800MHz /2.6GHz， 4GHz /2.4GHz，5.8GHz学号为 5
3、、0 完成此题4 结合同组其他同学的设计结果完成对于结构参数与性能之间关系的探讨5 在 1.5 周内完成设计任务设计内容设计要求1、 6. 5：分组、任务分配、任务理解2、 6. 6：查阅参考资料，理论上熟悉所设计的器件的工作原理与特性，完成方案的设计3、 6. 76.9：熟悉仿真平台的使用，完成在平台上的建模，设置，结果提取与分析，以及验收。4、 6. 12：同组同学结果汇总及讨论5、 6.136.14：设计说明书的撰写在设计过程中，作为设计小组成员，每位同学要具有团队意识和合作精神，并最终独立完成自己的设计任务。主要参考资 料刘学观，微波技术与天线，西安电子科技大学电出版社，2008李明洋
4、，HFSS 应用设计详解，人民邮电出版社， 2010学生提交归档文件1、相关知识及基本原理2、参数归纳：材质、尺寸3、软件仿真过程及结果分析4、设计总结指导教师签名： 日期： 专业班级 学号 姓名 成绩 1、设计题目微带天线仿真设计（圆形侧馈）2、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
5、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 ProjectInsert 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 HFSSSolution 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。装订线（1）在菜单栏中点
6、击 3D ModelerUnits。（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 DrawRectangle,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。在特性（Property）窗口中选择 Attribute 标签，将该名字修改为GroundPlane。（2）为 GroundPlane 设置理想金属边界。在菜单栏中点击 EditSelectBy Name。在对话框中选择
7、GroundPlane，点击 OK 确认。在菜单栏中点击 HFSSBoundariesAssignPerfect E。在理想边界设置窗口中，将理想边界命名为 PerfE_Ground，点击 OK 确认。在 3D 模型窗口中将 3D 模型以合适的大小显示（可以用 Ctrl+D 来操作） 。（3）建立介质基片。在菜单栏中点击 DrawBox 或者在工具栏中点击按钮 ，创建长方体模型。在右下角的坐标输入栏中输入长方体的起始点位置坐标：X: -22.5，Y ：-22.5，Z：0。按回车键结束输入。输入各坐标时，可用 Tab 键来切换。输入长方体 X、 Y、Z 三个方向的尺寸：dX：45，dY：45，d
8、Z：5 按回车键结束输入。在特性（Property）窗口中选择 Attribute 标签，将该名字修改为 Substrate。点击 Material 选项后面的按钮，将材料设置为 Rogers R04003。点击 Color 后面的Edit 按钮，将颜色设置为绿色，点击 OK 确认。（4）建立贴片 Patch。在介质基片上创建贴片天线。在菜单栏中点击 DrawRectangle,创建矩形模型。在坐标输入栏中输入起始点的坐标：X ：-16 ，Y：-16 ，Z：5 按回车键。在坐标输入栏中输入长、宽：dX：32，dY：32，dZ：0 按回车键。在特性（Property ）窗口中选择 Attribu
9、te 标签，将该名字修改为 Patch。点击 Corlor 后面的 Edit 按钮，将颜色设置为黄色，点击 OK 确认。（5）为 Patch 设置理想金属边界。在菜单栏中点击 EditSelectBy Name。在对话框中选择 Patch，点击 OK 确认。在菜单栏中点击 HFSSBoundariesAssignPerfect E。在理想边界设置窗口中，将理想边界命名为 PerfE_Patch，点击 OK 确认。（6）创建切角。创建供贴片天线相减的切角时，首先在坐标原点处创建三角形，然后将其移动到方形贴片的顶点处。在菜单栏中点击 DrawLine。在坐标输入栏中输入点的坐标：X：0，Y：0，Z
10、：5按回车键。在坐标输入栏输入点的坐标：X：-16 ，Y ：0，Z：5 按回车键。在坐标输入栏中输入点的坐标：X：0，Y：32，Z：5 按回车键。在坐标输入栏中输入点的坐标：X：0，Y：0，Z：5 按回车键。在特性（Porperty）窗口中选择 Attribute 标签，将名字修改为 Cut。在菜单栏点击 EditSelectBy Name。在对话窗口中选择 Cut ,点击 OK 按钮。在菜单栏中点击 EditArrangeMove。在坐标输入栏中输入点的坐标：X：0，Y：0，Z：0。按回车键。在坐标输入栏输入坐标：dX：16，dY：-16，dZ：0。按回车键。可以通过旋转复制创建另一个切角。
11、在菜单栏中点击 EditDuplicateAround Axis。将轴设置为 Y 轴，旋转角度为 180 deg，点击确认键。将切角的名字改为 Cut_1。在菜单栏点击 EditSelectBy Name。在对话窗口中选择 Cut_1 ,点击 OK 按钮。在菜单栏中点击 EditArrangeMove。在坐标输入栏中输入点的坐标：X：0，Y：0，Z：0; dX=0, dY=0, dZ=5; 按回车键。装订线（7）用 Patch 将切角减去。在菜单栏中点击 EditSelectBy Name,在弹出的窗口中利用 Ctrl 键选择Patch、Cut 和 Cut_1。在菜单栏中点击 3D Model
12、ean BooleanSubtract,在 Subtract 窗口中做一下设置：Blank Parts：Patch；Tool Parts：Cut ，Cut_1；Clone tool object before subtract 复选框不选。点击 OK按钮结束设置。这样三角形贴片就建成了。（8）创建探针 Pin。在菜单栏中点击 DrawCylinder。在坐标输入栏中输入圆柱中心点的坐标：X：0，Y：8，Z：0 按回车键。在坐标输入栏中输入圆柱半径： dX：0, dY：0.5，dZ：0 按回车键。在坐标栏中输入圆柱的高度：dX ：0，dY ：0，dZ：5；按回车键结束输入。在特性（ Porper
13、ty）窗口中选择 Attributr 标签，将该圆柱的名字修改为 Pin。点击 Material 后面的按钮，将材料设置为 pec。利用快捷键 Ctrl+D 将模型调整至合适大小。（9）创建端口面 Port。在菜单键中点击 DrawCircle。在坐标输入栏中输入圆心点的坐标：X：0，Y：8，Z：0 按回车键。在坐标输入栏输入半径： dX：0，dY：1.5，dZ：0 按回车键。在特性（Property）窗口中选择 Attribute 标签，将名字修改为 Port。（10）用 GroundPlane 将 Port 减去。在菜单栏中点击 EidtSelectBy Name,在弹出的窗口中利用Ctr
14、l 键选择 GroundPlane 和 Port。在菜单栏中点击 3D ModelerBoolean Subtract ,在 Subtract 窗口中做以下设置：Blank Parts：GroundPlane；Tool Parts：Port；选中 Clone tool objects before subtract 复选框。点击 OK 按钮结束设置。5、创建辐射边界创建 Air，在菜单栏中点击 DrawBox,创建长方体模型。在右下角的坐标输入栏中输入长方体的起始点位置坐标：X：-80，Y： -80，Z：-35；按回车键结束输入。输入长方体的尺寸：dX：160，dY：160，dZ：70 按回车
15、键。在特性（Property ）窗口中选择 Attribute 标签，将长方体的名字修改为 Air。在菜单栏中点击 EditSelectBy Name 。在对话框中选择 Air，点击 OK 确认。在菜单栏中点击 HFSSBoundariesRadiation。在辐射边界窗口中，将辐射边界命名为 Rad1，点击 OK 按钮。6、设置端口激励在菜单栏中点击 EditSelectBy Name，选中 Port，在菜单栏中点击 HFSSExcitationAssignLumped Port。在 LumpedPort 窗口的 General 标签中，将该端口命名为 p1，点击 Next。在 Modes
16、标签中的Integration line zhong 点击 None，选择 New Line，在坐标栏中输入：X：0，Y：9.5，Z：0；dX：0，dY：-1，dZ：0。按回车键，点击 Next 按钮直至结束。7、求解设置为该问题设置求解频率及扫频范围（a）设置求解频率。在菜单栏中点击 HFSSAnalysis SetupAdd Solution Setup。在求解设置窗口中做以下设置：Solution Frequency ：2.45GHz ；Maximun Number of Passes：15；Maximun Delta S per Pass ：0.02。点击 OK 结束。（b）设置扫频。
17、在菜单栏中点击 HFSSAnalysis SetupAdd Sweep 。选择 Setup1，点击 OK 确认。在扫频窗口中做以下设置：Sweep Type：Fast；Frequency Setup Type：Linear Count；Start :2.0GHz；Stop：3.0GHz ；Count：400；将 Save Field 复选框选中，点击 OK 确认。8、设置无限大球面装订线在菜单栏中点击 HFSSRadiationInsert Far Field SetupInfinite Sphere。在 Infinite Sphere 标签中做以下设置：Phi：Start：0 deg，Sto
18、p：180deg，Step ：90 deg； Theta：Start：0 deg，Stop：360 deg，Step：10 deg。点击 OK 确认。9、确认设计方法一：由主菜单选 HFSS/Validation Check 对设计进行确认，如图 2.4。方法二：在菜单栏直接点 即可。图 5 确认设计如图 5 所示均打勾即可，点 Close 结束。10.、保存工程在菜单栏中点击 FileSave As,在弹出的窗口中将工程命名为 hfss_Patch,并选择保存路径。11、求解该工程在菜单栏点击 HFSSAnalyze。12、后处理操作（1）S 参数（反射系数） 。绘制该问题的反射系数曲线，该
19、问题为单端口问题，因此反射系数是 。 点击菜单栏1sHFSSResultCreate Report。在创建报告窗口中做以下选择： Report Type：Modal S Parameters ；Display Type：Rectangle 点击 OK 按钮。在 Trace 窗口中做以下设置：Solution：Setup1:Sweep1； Domain：Sweep 点击 Y 标签，选择：Category：S parameter；Quantity：S（p1，p1） ；Function：dB，然后点击 Add Trace 按钮。点击 Done 按钮完成操作，绘制出反射系数曲线。（2）2D 辐射远场方
20、向图。在菜单栏点击 HFSSResult Create Report。在创建报告对话框中做以下选择：Report Type：Far Fields； Display Type：Radiation Pattern。点击 OK 按钮。在 Trace 窗口中做以下设置：Solution：Setup1 ：LastAdptive ；Geometry：ff_2d 。在 Sweep 标签中，在 Name 这一列中点击第一个变量 Phi，在下拉菜单中选择 The。点击 Mag 标签，选择：Category ：Gain；Quantity：GainTotal；Function：dB,点击 Add Trace 按钮。
21、最后点击 Done 按钮完成操作，绘制出方向图。13、保存并退出 HFSS五、设计仿真结果圆形贴片1、圆形贴片模型图装订线2、2D 辐射远场方向图3、S 参数（反射系数）装订线4、3D 远场图六 、心得体会经过此次课程设计，让我进一步了解了微带天线的结构与性能。另外根据指导书上详细的的指导我又熟悉了 hfss 软件的使用，并在这个过程中总结了几条心得：1、调整馈电点时 pin 和 port 的位置要同步调整2、需要什么形状的贴片时可以直接用划线的方式直接画出所需的形状，不必要用矩形再去截取，这样会方便很多。另外，本次设计也存在诸多不足，最主要的还是相关知识有限不能很好的了解天线的工作原理，当然这次课程设计收获也是挺大的。装订线
