微波工程CAD實(shí)驗(yàn)

1、電子科技大學(xué) 物理電子學(xué)院 學(xué)院標(biāo) 準(zhǔn) 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告（實(shí)驗(yàn)）課程名稱 微波工程CAD實(shí)驗(yàn) 電子科技大學(xué)教務(wù)處制表電 子 科 技 大 學(xué)實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 朱兆君實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)： 211大樓206 實(shí)驗(yàn)時(shí)間：3-11周周五5-8節(jié)一、實(shí)驗(yàn)室名稱：CST中國(guó)培訓(xùn)中心(華南區(qū))二、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱： CST Design Environment 2009仿真三、實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：20四、實(shí)驗(yàn)原理：1. CST仿真軟件計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（computer Aided Design）簡(jiǎn)稱CAD，它是近20年發(fā)展起來(lái)的一門新興技術(shù)。CST 軟件的特點(diǎn)是可以在微波、毫米波、乃至光波頻段上，對(duì)各種無(wú)源

2、電路和器件進(jìn)行全三維數(shù)字模擬，并具備器件參掃和優(yōu)化功能，可直接以圖表形式給予直觀結(jié)果。運(yùn)用CST軟件對(duì)設(shè)計(jì)微波器件有很大的幫助，利于節(jié)約成本和快速設(shè)計(jì)成品。2. 偶極子相控陣天線偶極子天線（dipole antenna）是一種簡(jiǎn)單而又應(yīng)用廣泛的天線，在無(wú)線電通訊、測(cè)量和測(cè)繪方面都能見(jiàn)這種天線。偶極子天線的一個(gè)特性是有一定的方向性，當(dāng)改變它的臂長(zhǎng)時(shí)，它的方向性圖會(huì)有變化。但在實(shí)際的某些應(yīng)用中，為了解決天線的方向性、增益問(wèn)題，簡(jiǎn)單的偶極子天線則明顯不夠，針對(duì)特定的需要，我們需要通過(guò)使用雙偶極子、對(duì)稱偶極子以至于天線陣列來(lái)產(chǎn)生更為尖銳的波束以及更強(qiáng)的天線增益。同時(shí)借助于控制陣列天線的饋電幅度與相位，

3、我們還可能生成一些另外一些的方向性圖，在民航空管系統(tǒng)，用于引導(dǎo)飛機(jī)著陸的儀表著陸系統(tǒng)(Instrument Landing System)與用于飛機(jī)位置探測(cè)的空管二次雷達(dá)(Secondary Surveillance Radar)均采用了這一原理。3. 微帶到波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器波導(dǎo)-微帶轉(zhuǎn)換電路是各種雷達(dá)、通訊、電子對(duì)抗等系統(tǒng)中最重要的一種無(wú)源轉(zhuǎn)接過(guò)渡，又是各系統(tǒng)的重要組成部分，它性能的好壞直接影響系統(tǒng)的性能。隨著微波集成電路的發(fā)展，微帶線又是微波、低頻段毫米波電路的主要傳輸線，而實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)-微帶的過(guò)渡就成了人們?nèi)找骊P(guān)注的問(wèn)題。波導(dǎo)與微帶的過(guò)渡，類似于波導(dǎo)到同軸的轉(zhuǎn)接，也就是微帶插入波導(dǎo)形成探針。由電磁

4、理論知：任意一個(gè)沿探針?lè)较虻木哂蟹橇汶妶?chǎng)的波導(dǎo)模在探針的表面激勵(lì)起電流，根據(jù)互易定理，當(dāng)微帶線上準(zhǔn)TEM 模向波導(dǎo)入射時(shí)產(chǎn)生的電流也同樣激勵(lì)起波導(dǎo)模。為了與矩形波導(dǎo)的主模TE10 耦合最緊，根據(jù)波導(dǎo)與微帶模式電場(chǎng)場(chǎng)分布的特點(diǎn)，微帶線作為探針從波導(dǎo)的寬邊中心插入，置入TE10 模電場(chǎng)強(qiáng)度的最大處。由于探針的末端電流為零，故對(duì)于細(xì)的微帶探針來(lái)說(shuō)，假設(shè)其電流是均勻按正弦駐波分布。5、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^(guò)對(duì)CST軟件的學(xué)習(xí)，掌握一些基本的微波結(jié)構(gòu)的仿真以及設(shè)計(jì)，了解如何對(duì)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化。6、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：第一題 偶極子相控陣天線的仿真與優(yōu)化：偶極子天線尺寸如下圖，在412GHz的頻率范圍內(nèi)，請(qǐng)優(yōu)化單個(gè)偶極子天

5、線的工作頻率諧振在f0=8GHz，待優(yōu)化的變量Lambda初值取為29mm，繪出在該工作頻率點(diǎn)的方向圖；將該單個(gè)天線在x和y方向分別以Lambda/4作為空間間隙、以90度作為相位間隙，擴(kuò)展成一個(gè)2*2的相控陣天線陣，請(qǐng)使用三種方法計(jì)算該天線陣的方向圖；對(duì)結(jié)果進(jìn)行比較、分析和討論。【CST】第二題 微帶到波導(dǎo)轉(zhuǎn)換的仿真與優(yōu)化：在2630GHz頻率范圍內(nèi)優(yōu)化下圖微帶到波導(dǎo)的轉(zhuǎn)換，使全頻帶反射盡可能小，并繪出中心頻點(diǎn)28GHz的電場(chǎng)、磁場(chǎng)的分布；微帶是Duroid5880基片，介電常數(shù)2.2，基片厚0.254mm，金屬層厚0.035mm，介質(zhì)上的空氣尺寸3*1*8mm，標(biāo)準(zhǔn)50歐姆微帶線寬0.77

6、mm；波導(dǎo)是Ka波段的BJ320波導(dǎo)，尺寸7.112*3.556*10mm；L是微帶基片底面到波導(dǎo)短路面距離，W0*L0是伸入波導(dǎo)中的微帶探針的寬與長(zhǎng)，W1*L1是第一段變阻線的寬與長(zhǎng)，W2*L2是第二段變阻線的寬與長(zhǎng)，7個(gè)待優(yōu)化變量可取下圖給的初值?！綡FSS】七、實(shí)驗(yàn)器材（設(shè)備、元器件）：臺(tái)式計(jì)算機(jī)70臺(tái)；CST、HFSS仿真軟件；U盤（學(xué)生自備）。八、實(shí)驗(yàn)步驟：第一題：偶極子相控陣天線的仿真與優(yōu)化a 模型的建立 b. S參數(shù)的優(yōu)化 c. 2*2的相控陣天線陣的拓展和三種方法計(jì)算 方法1： 方法2： 方法3: 對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析解釋:有上圖可知：第一題：LAM優(yōu)化結(jié)果31.9mm 方法1：Th

7、eta=90，Phi=225 方法2：Theta=90，Phi=45 方法3：Theta=90，Phi=45同時(shí)可以看出三種方法的比較1.由單個(gè)天線計(jì)算天線陣：未考慮天線結(jié)構(gòu)之間的耦合,未考慮激勵(lì)之間的影響。2.整體模型，單獨(dú)串行激勵(lì)計(jì)算輻射場(chǎng)：僅考慮天線結(jié)構(gòu)之間的相互影響。3.整體模型，同時(shí)并行激勵(lì)：同時(shí)考慮結(jié)構(gòu)的相互影響和激勵(lì)之間的相互影響。第二題：微帶到波導(dǎo)轉(zhuǎn)換的仿真與優(yōu)化a 模型的建立 b. 優(yōu)化參數(shù)的設(shè)定c. 添加掃頻和優(yōu)化 d 對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析解釋：參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化以后。反射可以基本達(dá)到-10DB以下10、 實(shí)驗(yàn)結(jié)論： 第一題：LAM優(yōu)化結(jié)果31.9mm 方法1：Theta=90，Phi=225 方法2：Theta=90，Phi=45 方法3：Theta=90，Phi=45 第二題：參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化以后。反射可以基本達(dá)到-10DB以下11、 總結(jié)及心得體會(huì)： 通過(guò)對(duì)三維仿真軟件CST和HFSS的學(xué)習(xí)，對(duì)各種無(wú)源電路和器件進(jìn)行全三維