西电天线CAD大作业 - 图文

圆极化微带天线 1设计要求

设计一付工作频率为1200±5MHz圆极化微带天线，微波基板介电常数为2.2，厚度为1.5mm。要求带内增益大于4.0dBi，VSWR小于2.0，轴比小于3dB。确定结构参数，给出设计过程和设计结果（包括VSWR、方向图，轴比等指标）。 2设计分析 2.1设计原理

微带天线中存在何种模式完全取决于贴片的形状和激励模型，当馈电点位于贴片的对角线上时，天线中可以同时维持TM01和TM10模，两种主模同相且极化正交，结果导致辐射波的极化方向与馈电点所在对角线平行，单点馈电的准方形贴片、方形切角贴片和四周切有缝隙的方形贴片天线等均可以辐射圆极化波。

此次仿真就是采用方形切角微带天线来实现圆极化波的。 2.2参数设置

方形切角微带天线结构示意图如下：

WQieLL1馈电点W/2

由公式(式中c为光速)，带入工作频率1.2GHz，得到W=98.821mm。

取L=W，取馈电点位置(馈电点中心到原点距离)L1=0.15*W=14.823mm。切角边长Qie=10mm。介质基板边长为2W，地板设为正方形边长为2W。 2.3初步建立模型

利用HFSS建立模型，得到如图：

2.4初步仿真 仿真结果如下： S11曲线：

输入阻抗：

由图可见，很明显谐振频率不在1.2GHz。输入阻抗约9Ω，也与同轴线50Ω不匹配。故上述指标需要进一步优化。 2.5参数优化 2.5.1 对W优化

由理论分析可知，矩形微带天线谐振频率主要由辐射贴片的长度决定，谐振频率随着贴片长度的缩短而变大。故设置优化扫描项，对W进行扫描优化，如图

所示：

可见，当W=82mm时，天线谐振在了1.2GHz。 2.5.2 对L1优化

又由理论分析可知，矩形微带天线的输入阻抗主要由馈电点的位置决定，当馈电点从辐射贴片中心往边缘移动时，即当L1增大时，输入阻抗也随之变大。同对W的优化操作一样，对L1进行扫描，观察可以达到匹配的L1的值，得到匹配时L1=16.4mm。

2.5.3对其他项优化及最后结果

通过以上优化，得到了满足谐振频率和输入阻抗的两个设计值，取W=82mm，L1=16.4mm。

为了很好地满足全部设计要求，在下一步优化分析时，W和L的优化范围可以分别取W=82mm~83mm和L1=16mm~17mm。

优化目标为轴比<3dB, 增益>4.0dBi，VSWR<2.0。微调W和L1的值，得到最后结果如下：

W=82.56mm;L1=16mm;Qie=5.6mm 2.6仿真结果

按照最终优化结果建立模型：

仿真结果如下：

(1)谐振频率：1.2GHz

(2)输入阻抗：45.67+j5.36Ω

(3)轴比：1.91dB

(4)VSWR:1.16

(5)右旋圆极化增益：7.76dB

3D方向图：

综合以上仿真结果，可以看出各项指标完全符合设计要求。 3小结

关于优化，很多教材、资料上的传统过程都是添加优化项，再等计算机算。可是实际过程中，对于我们这种学生机，着实优化的费劲，于是我采用的优化方法是，确定范围后，逐步手调，在进行一次Analyze，事实证明速度比较快，而且过程中能够发现改变变量值对目标影响的趋势，从而加快优化速度。 三、学习心得

工欲善其事，必先利其器，我觉得CAD就是学习天线的很好的一种辅助，应该引起重视并好好掌握。这门课对于学习电磁场、天线专业的学生来说是十分有必要的，希望能够出版自己的教材，把课件、例子、仿真步骤，所有课上涉及的要点都整合到一本书中去，让学生能更系统的了解和学习。

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