低交叉極化的寬帶單貼片天線設(shè)計(jì)-hy(共28頁(yè))

1、題目：低交叉極化的寬帶(kun di)單貼片天線設(shè)計(jì)1. 所設(shè)計(jì)天線(tinxin)的應(yīng)用背景近年來(lái)，個(gè)人移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越快。而且，互聯(lián)網(wǎng)的用戶數(shù)也呈爆發(fā)性的增長(zhǎng)，他們?cè)絹?lái)越傾向于使用手機(jī)來(lái)上網(wǎng)、辦理業(yè)務(wù)(yw)等?，F(xiàn)在的3G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)能夠提供這樣的服務(wù)，但是這仍然需要成千上萬(wàn)的中繼器和基站。面對(duì)這樣的問(wèn)題，服務(wù)提供商則想使用最少的中繼器和基站數(shù)量(包括在GSM-1800頻段)來(lái)節(jié)約成本。不過(guò)，中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通和中國(guó)電信分別被授權(quán)使用TD-SCDMA、WCDMA和CDMA2000來(lái)提供3G服務(wù)1。而不同3G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的工作頻段是不相同的，因此，針對(duì)這些問(wèn)題，一種能夠工作在1710-217

2、0 MHz(在中心頻率1940 MHz處帶寬為23.7%)頻段而能被每個(gè)服務(wù)商所使用的中繼器或基站天線的設(shè)計(jì)就很有必要了。為此，本課程就對(duì)應(yīng)用于GSM/CDMA 頻段的中繼器和基站微帶天線進(jìn)行設(shè)計(jì)。2. 設(shè)計(jì)天線的關(guān)鍵或主要指標(biāo)等的介紹該天線采用了一種新型的探針饋電的蜿蜒條饋電技術(shù)，獲得了低的交叉極化和對(duì)稱(chēng)的方向圖，采用空氣介質(zhì)基板使得天線達(dá)到更寬的帶寬、更高的增益和降低制作的成本。天線的設(shè)計(jì)指標(biāo)為：工作頻段：1710-2170 MHz駐波比：VSWR1.5增益：10.5 dB交叉極化：-20dB3. 該類(lèi)天線發(fā)展情況貼片天線由于其低成本、低輪廓、易于制作等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用在中繼器和基站等系

3、統(tǒng)中。然而，它自身的一個(gè)弱點(diǎn)就是阻抗帶寬窄。通過(guò)國(guó)內(nèi)外的一項(xiàng)相關(guān)文獻(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)，通過(guò)利用厚介質(zhì)基板、低介電常數(shù)的介質(zhì)板、不同的地板2和貼片形狀3以及采用寄生貼片4等技術(shù)，可以展寬微帶天線的阻抗帶寬。最近有一篇關(guān)于應(yīng)用于超寬帶(UWB)的探針饋電的層疊貼片天線的文章5，其阻抗帶寬在VSWR2能達(dá)到102.36%，但是其交叉極化電平太高。我們知道，交叉極化波是從饋電探針的垂直部分6輻射出來(lái)的，它不僅會(huì)影響主極化的方向圖，還會(huì)減小天線的極化純度2-5。針對(duì)這些問(wèn)題，已經(jīng)有一些方法來(lái)抑制天線的交叉極化，如：采用差分饋電7、半波枝節(jié)8或者是蜿蜒的枝節(jié)9等技術(shù)，都可以很好的抑制交叉極化波，達(dá)到設(shè)計(jì)目的。參考

4、文獻(xiàn)1 Y. S. Zhang, and L. Y. Li, Comparative Study of Chinese Mobile Commerce Operation Strategy Based on 3G Technology, Proc. International Conference on Management and Service Science (MASS 09), Sep. 2009, pp. 1-4, doi: 1O. II09/ICMSS.200 9 . 5305502.2 K. L. Wong, C. L Tang, and J. Y. Chiou, Broad-b

5、and Probe-fed Patch Antenna with a W-shaped Ground Plane, IEEE Trans. Antennas and Propagation, vol. 50, June 2002, pp. 827-831, doi: 10.11 09/T AP.2002.1017663.3 R. Chair, C. L. Mak, K. F. Lee, K. M. Luk, and A. A. Kishk, Miniature Wide-Band Half U-Slot and Half E-Shaped Patch Antennas, IEEE Trans.

6、 Antennas and Propagation, vol. 53, Aug. 2005, pp. 2645-2652, doi: 1O.1109/TAP.2005.851852.4 M. A. Matin, B. S. Sharif, and C. C. Tsimenidis, Probe Fed Stacked Patch Antenna for Wideband Applications, IEEE Trans. Antennas and Propagation, vol. 55, Aug. 2007, pp. 2385-2388, doi: 10. 1 I 09/TAP.2007.9

7、01 924.5 M. T. Islam, M. N. Shakib, N. Misran, and B. Yatim, Ultrawideband EH Shaped Stack Patch Antenna for Wireless Communications, Proc. IEEE Wireless and Microwave Technology Conference (WAMICON 09), Aug. 2009, pp. 1-4, doi: 10. 1109/WAMICON.2009.520n85.6 A. Petosa, A. Ittipiboon, and N. Gagnon,

8、 Suppression of Unwanted Probe Radiation in Wideband Probe-fed Microstrip Patches, Electronics Letters, vol. 35, Mar. 1999, pp. 355-357, doi: 10.1049/el: 19990269.7 Q. Xue, X. Y. Zhang, and C. H. K. Chin, A Novel Differential-fed Patch Antenna, IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 5,

9、2006, pp. 471-474,doi: 10.1109 /LAWP. 2006.885168.8 Z. N. Chen, and M. Y. W. Chia, Broad-band Suspended Probe-fed Antenna with Low Cross-Polarization Levels, IEEE Trans. Antennas Propag. , vol. 51, Feb. 2003, pp. 345-346, doi: 10.11091 TAP .2003. 809062.9 P. Li, H. W. Lai, K. M. Luk, and K. L. Lau,

10、A Wideband Patch Antenna with Cross- Polarization Suppression, IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 3, 2004, pp. 211-214, doi: 10. 1109/LAWP.2004. 834937.4. 天線結(jié)構(gòu)介紹(jisho)，包括圖，VISIO畫(huà)的平面 三維圖等圖4.1 天線(tinxin)結(jié)構(gòu)示意圖 天線的結(jié)構(gòu)如圖1所示，天線的中心(zhngxn)頻率為()。這個(gè)天線由一個(gè)輻射貼片、一個(gè)探針饋電蜿蜒的枝節(jié)、一個(gè)地面、一個(gè)介質(zhì)基板、一個(gè)SMA接頭和

11、兩根探針?biāo)M成。探針饋電蜿蜒枝節(jié)的寬度(10mm)，它被印刷在厚度h=0.5mm，相對(duì)介電常數(shù)=4.4，損耗正切=0.02的FR4介質(zhì)板的上表面。FR4基板的尺寸為，被懸掛在距離地面()高度為=10mm的空中。輻射貼片是一塊尺寸為的方形貼片，它被放置在距離探針饋電的蜿蜒枝節(jié)=8mm的地方。值得注意的是，本設(shè)計(jì)采用了空氣介質(zhì)基板來(lái)達(dá)到更寬的帶寬、更高的增益和低的制作成本。探針饋電蜿蜒枝節(jié)的一端被直徑為d=1.27mm的探針連接到輻射貼片，另一端則被連接到SMA接頭。通過(guò)選擇合適的(饋電與貼片中心的距離，17.7mm)和，它們分別能夠控制輸入電阻和電抗。由空氣中探針?biāo)a(chǎn)生的大電感能夠被輻射貼片與探

12、針饋電蜿蜒枝節(jié)之間的電磁耦合所補(bǔ)償，從而展寬天線的阻抗帶寬。這種饋電結(jié)構(gòu)與差分饋電機(jī)制相似，因此，能夠有效地抑制交叉極化電平。5. 仿真分析(fnx)的過(guò)程及結(jié)果(ji gu)，包括(boku)一步一步由HFSS（13）仿真的過(guò)程，達(dá)到有點(diǎn)基本知識(shí)的人都可以按照該步驟達(dá)到仿真的結(jié)果1.新建設(shè)計(jì)工程（1）運(yùn)行HFSS并新建工程雙擊桌面上的HFSS快捷方式圖標(biāo)，啟動(dòng)HFSS軟件。HFSS運(yùn)行后，它會(huì)自動(dòng)新建一個(gè)工程文件，選擇【file】【save as】命令，把工程文件另存為1lcp.hfss文件。（2）設(shè)置求解類(lèi)型設(shè)置當(dāng)前設(shè)計(jì)為模式驅(qū)動(dòng)求解類(lèi)型。從主菜單欄中選擇【HFSS】【solution t

13、ype】命令，打開(kāi)如圖5.1所示的solution type 對(duì)話框，選中driven model單選按鈕，然后單擊按鈕，完成設(shè)置。圖5.1 設(shè)置求解類(lèi)型（3）設(shè)置模型長(zhǎng)度單位設(shè)置當(dāng)前設(shè)計(jì)在創(chuàng)建模型時(shí)所使用的默認(rèn)長(zhǎng)度單位為mm。從主菜單欄中選擇(xunz)【modeler】【units】命令，打開(kāi)(d ki)如圖5.2所示的set model units對(duì)話框。從該對(duì)話框中將select units 選項(xiàng)設(shè)為mm。然后單擊按鈕，完成(wn chng)設(shè)置。圖5.2 設(shè)置長(zhǎng)度單位2 添加和定義設(shè)置變量從主菜單欄中選擇【HFSS】【Design Properties】命令，打開(kāi)設(shè)計(jì)屬性對(duì)話框。在該

14、對(duì)話框中單擊按鈕，打開(kāi)Add Property對(duì)話框。在Name文本框中輸入第一個(gè)變量名稱(chēng)w，在Value文本框中輸入該變量的初始值80mm，然后單擊按鈕，即可添加變量w到設(shè)計(jì)屬性對(duì)話框中。變量定義和添加的過(guò)程如圖5.3所示。變量名變量值圖5.3 定義(dngy)變量使用相同(xin tn)的操作方法，完成其他(qt)變量的定義。定義完成后，確認(rèn)設(shè)計(jì)屬性對(duì)話框如圖5.4所示。圖5.4 定義所有設(shè)計(jì)變量后的設(shè)計(jì)屬性對(duì)話框最后單擊設(shè)計(jì)屬性對(duì)話框中的按鈕，完成所有變量的定義和添加工作。3 設(shè)計(jì)建模創(chuàng)建輻射貼片首先創(chuàng)建一個(gè)中心位于坐標(biāo)原點(diǎn)，長(zhǎng)、寬分別用變量w和l表示的矩形面，并將其命名為Patch。從

15、主菜單中選擇【Draw】【Rectangle】命令(mng lng)，或者單擊工具欄上的按鈕，進(jìn)入創(chuàng)建矩形面的狀態(tài)，然后在三維模型窗口(chungku)的xy面上創(chuàng)建一個(gè)任意大小的矩形面。新建的矩形面會(huì)添加到操作歷史樹(shù)的Sheets節(jié)點(diǎn)下，其默認(rèn)的名稱(chēng)為Rectangle1。雙擊操作(cozu)歷史樹(shù)Sheets節(jié)點(diǎn)下的Rectangle1，打開(kāi)新建矩形面屬性對(duì)話框中的Attribute選項(xiàng)卡，如圖5.5所示。把矩形面的名稱(chēng)修改為Patch，設(shè)置其顏色為銅黃色，透明度為0.4，然后單擊按鈕退出。雙擊此處 圖5.5 矩形面屬性對(duì)話框中的Attribute選項(xiàng)卡在雙擊操作歷史樹(shù)Patch下的Cre

16、ate Rectangle節(jié)點(diǎn)，打開(kāi)新建矩形面屬性對(duì)話框中的Command選項(xiàng)卡，在該選項(xiàng)卡中設(shè)置矩形面的頂點(diǎn)坐標(biāo)和大小。在Position文本框中輸入頂點(diǎn)位置坐標(biāo)為(-w/2 ,-l/2 ,0mm)，在XSize和YSize文本框中分別輸入矩形面的長(zhǎng)度和寬度為w和l，如圖5.6所示，然后單擊按鈕退出。雙擊此處 圖5.6 矩形面屬性對(duì)話框中的Command選項(xiàng)卡 此時(shí)就創(chuàng)建好的名稱(chēng)為Patch的輻射貼片模型。然后按快捷鍵Ctrl+D全屏顯示創(chuàng)建的物體模型。創(chuàng)建(chungjin)介質(zhì)基片創(chuàng)建一個(gè)(y )長(zhǎng)方體模型用以表示介質(zhì)基片，模型的材質(zhì)為FR4，并將該模型命名為Substrate。從主菜單

17、中選擇【Draw】【Box】命令(mng lng)，或者單擊工具欄上的按鈕，進(jìn)入創(chuàng)建長(zhǎng)方體的狀態(tài)，然后在三維模型窗口中創(chuàng)建一個(gè)任意大小的長(zhǎng)方體。新建的長(zhǎng)方體會(huì)添加到操作歷史樹(shù)的Solids節(jié)點(diǎn)下，其默認(rèn)的名稱(chēng)為Box1.雙擊操作歷史樹(shù)Solids節(jié)點(diǎn)下的Box1，打開(kāi)新建長(zhǎng)方體屬性對(duì)話框中的Attribute選項(xiàng)卡，把長(zhǎng)方體的名稱(chēng)修改為Substrate，設(shè)置其材質(zhì)為FR4_epoxy，設(shè)置其透明度為0.8，如圖5.7所示，然后單擊按鈕退出。雙擊此處 圖5.7 長(zhǎng)方體屬性對(duì)話框中的Attribute選項(xiàng)卡 再雙擊操作歷史樹(shù)Substrate節(jié)點(diǎn)下的CreateBox，打開(kāi)新建長(zhǎng)方體屬性對(duì)話框中

18、的Command選項(xiàng)卡，在該選項(xiàng)卡中設(shè)置長(zhǎng)方體的頂點(diǎn)坐標(biāo)和尺寸。在Position文本框中輸入頂點(diǎn)位置坐標(biāo)為(-ws/2 ,-ls/2 ,-h2)，在XSize、YSize和ZSize文本框中分別輸入床方體的長(zhǎng)、寬和高為ws、ls和-h，如圖5.8所示，然后單擊按鈕退出。雙擊此處 圖5.8 長(zhǎng)方體屬性(shxng)對(duì)方框中的Command選項(xiàng)卡創(chuàng)建探針饋電(ku din)的蜿蜒枝節(jié)在介質(zhì)基片的上表面創(chuàng)建一個(gè)(y )中心位于原點(diǎn)的蜿蜒枝節(jié)，并將其命名為Strip。從主菜單中選擇【Draw】【Rectangle】命令，或者單擊工具欄上的按鈕，進(jìn)入創(chuàng)建矩形面的狀態(tài)，然后在三維模型窗口的xy面上創(chuàng)建一

19、個(gè)任意大小的矩形面。新建的矩形面會(huì)添加到操作歷史樹(shù)的Sheets節(jié)點(diǎn)下，其默認(rèn)的名稱(chēng)為Rectangle1。雙擊操作歷史樹(shù)Sheets節(jié)點(diǎn)下的Rectangle1，打開(kāi)新建矩形面屬性對(duì)話框中的Attribute選項(xiàng)卡，如圖5.9所示。把矩形面的名稱(chēng)修改為Strip，設(shè)置其顏色為綠色，透明度為0.3，然后單擊按鈕退出。雙擊此處 圖5.9 矩形(jxng)面屬性對(duì)話框中的Attribute選項(xiàng)卡在雙擊操作歷史(lsh)樹(shù)Strip下的CreatRectangle節(jié)點(diǎn)，打開(kāi)新建矩形面屬性對(duì)話框中的Command選項(xiàng)卡，在該選項(xiàng)卡中設(shè)置矩形面的頂點(diǎn)坐標(biāo)和大小。在Position文本框中輸入頂點(diǎn)位置坐標(biāo)

20、為(-rin ,-sx-a ,-h2)，在XSize和YSize文本框中分別輸入矩形(jxng)面的長(zhǎng)度和寬度為sw和sx+2*a，如圖5.10所示，然后單擊按鈕退出。雙擊此處 圖5.10 矩形面屬性對(duì)話框中的Command選項(xiàng)卡 創(chuàng)建好后再選中操作歷史樹(shù)Sheets節(jié)點(diǎn)下的Strip，單擊右鍵選擇EditDuplicateMirror，再按Tab鍵將光標(biāo)切換到軟件下方輸入坐標(biāo)的方框中，依次輸入起點(diǎn)坐標(biāo)X：0、Y：0、Z：0，按Enter鍵，依次輸入相對(duì)距離dx：0、dy：1、dz：0，按Enter鍵。復(fù)制好一個(gè)關(guān)于xoz面對(duì)稱(chēng)的Strip1，右鍵單擊Strip1選擇EditArrangeMo

21、ve，再按Tab鍵將光標(biāo)切換到軟件下方輸入坐標(biāo)的方框中，依次輸入起點(diǎn)坐標(biāo)X：0、Y：0、Z：0，按Enter鍵，依次輸入相對(duì)距離dx：-8.73、dy：0、dz：0，按Enter鍵。使得Strip1與Strip關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱(chēng)。選擇Strip，按住Ctrl鍵再選擇Strip1，單擊鼠標(biāo)右鍵選擇EditBooleanUnite，將兩個(gè)矩形面合并。此時(shí)就創(chuàng)建好了探針饋電的蜿蜒枝節(jié)。創(chuàng)建參考地在距離介質(zhì)基片下方h1處創(chuàng)建參考地，其長(zhǎng)度和寬度分別為wg和lg，并將其命名為gnd。從主菜單(ci dn)選擇【Draw】【Rectangle】命令(mng lng)，或者工具單上的按鈕，進(jìn)入創(chuàng)建矩形面的狀態(tài)，然

22、后在三維模型窗口的xy面上創(chuàng)建一個(gè)(y )任意大小的矩形面。新建的矩形面會(huì)添加到操作歷史樹(shù)的Sheets節(jié)點(diǎn)下，其默認(rèn)的名稱(chēng)為Rectangle1。雙擊操作歷史樹(shù)Sheets節(jié)點(diǎn)下的Rectangle1，打開(kāi)新建矩形面屬性對(duì)話框中的Attribute選項(xiàng)卡，如圖5.11所示。把矩形面的名稱(chēng)修改為GND，透明度為0.8，然后單擊按鈕退出。雙擊此處 圖5.11 矩形面屬性對(duì)話框中的Attribute選項(xiàng)卡再雙擊操作歷史樹(shù)gnd節(jié)點(diǎn)下的CreatRectangle，打開(kāi)新建矩形面屬性對(duì)話框中的Command選項(xiàng)卡，在該選項(xiàng)卡中設(shè)置矩形面的頂點(diǎn)坐標(biāo)和大小。在Position文本框中輸入頂點(diǎn)位置坐標(biāo)為(

23、-wg/2 ,-lg/2 ,-h2-h-h1)，在XSize和YSize文本框中分別輸入矩形面的長(zhǎng)度和寬度為wg和lg，如圖5.12所示，然后單擊按鈕退出。雙擊此處 圖5.12 矩形面屬性對(duì)話框中的Command選項(xiàng)卡（5）創(chuàng)建探針和同軸饋線創(chuàng)建(chungjin)一個(gè)圓柱體作為同軸饋線的內(nèi)芯，圓柱體的半徑為rin，長(zhǎng)度為h+h1+1mm，圓柱體頂部(dn b)圓心坐標(biāo)為(0mm ,-sx ,-h2)，材質(zhì)為理想導(dǎo)體(dot)，并命名為inner。從主菜單選擇【Draw】【Cylinder】命令，或者單擊工具欄上的按鈕，進(jìn)入創(chuàng)建圓柱體的狀態(tài)，在三維模型窗口中創(chuàng)建一個(gè)任意大小的圓柱體。新建的圓柱

24、體會(huì)添加到操作歷史樹(shù)的Solids節(jié)點(diǎn)下，其默認(rèn)的名稱(chēng)為Cylinder1。 雙擊操作歷史樹(shù)Solids節(jié)點(diǎn)下的Cylinder1，打開(kāi)新建圓柱體屬性對(duì)話框中的Attribute選項(xiàng)卡。把圓柱體的名稱(chēng)修改為inner，設(shè)置其材質(zhì)為pec，然后單擊按鈕退出。再雙擊操作歷史樹(shù)inner節(jié)點(diǎn)下的CreatCylinder，打開(kāi)新建圓柱體屬性對(duì)話框的Command選項(xiàng)卡，在該選項(xiàng)卡中設(shè)置圓柱體的頂面圓心坐標(biāo)、半徑和長(zhǎng)度。在Center Position文本框中輸入頂面圓心坐標(biāo)為(0mm ,-sx ,-h2)，在Radius文本框中輸入半徑值rin，在Height文本框中輸入長(zhǎng)度值-h-h1-1mm，如

25、圖5.13所示，然后單擊按鈕，完成圓柱體inner的創(chuàng)建。雙擊此處 圖5.13 圓柱體屬性對(duì)話框中的Command選項(xiàng)卡 按住Ctrl，分別選中Substrate和inner，單擊右鍵選擇EditBooleanSubstact，進(jìn)入Substact選項(xiàng)卡，如圖5.14所示，確認(rèn)Blank Parts里面是Substrate，Tool Parts下面是inner，為了保留inner將下面的復(fù)選框選中，單擊按鈕退出。圖5.14 Substract選項(xiàng)卡用上面相同的方法(fngf)創(chuàng)建同軸饋線的外層，并命名為outer，材質(zhì)為vacuum。從主菜單(ci dn)選擇【Draw】【Cylinder】命

26、令(mng lng)，或者單擊工具欄上的按鈕，進(jìn)入創(chuàng)建圓柱體的狀態(tài)，在三維模型窗口中創(chuàng)建一個(gè)任意大小的圓柱體。新建的圓柱體會(huì)添加到操作歷史樹(shù)的Solids節(jié)點(diǎn)下，其默認(rèn)的名稱(chēng)為Cylinder1。 雙擊操作歷史樹(shù)Solids節(jié)點(diǎn)下的Cylinder1，打開(kāi)新建圓柱體屬性對(duì)話框中的Attribute選項(xiàng)卡。把圓柱體的名稱(chēng)修改為outer，設(shè)置其材質(zhì)為vacuum，然后單擊按鈕退出。再雙擊操作歷史樹(shù)outer節(jié)點(diǎn)下的CreatCylinder，打開(kāi)新建圓柱體屬性對(duì)話框的Command選項(xiàng)卡，在該選項(xiàng)卡中設(shè)置圓柱體的頂面圓心坐標(biāo)、半徑和長(zhǎng)度。在Center Position文本框中輸入頂面圓心坐標(biāo)為

27、(0mm ,-sx ,-h2-h)，在Radius文本框中輸入半徑值rout，在Height文本框中輸入長(zhǎng)度值-h1-1mm，然后單擊按鈕，完成圓柱體outer的創(chuàng)建。按住Ctrl，分別選中outer和inner，單擊右鍵選擇EditBooleanSubstact，進(jìn)入Substact選項(xiàng)卡，如圖5.15所示，確認(rèn)Blank Parts里面是outer，Tool Parts下面是inner，為了保留inner將下面的復(fù)選框選中，單擊按鈕退出。圖5.15 Substract選項(xiàng)卡用上面相同(xin tn)的方法創(chuàng)建同軸饋線的金屬底座，材質(zhì)為pec。從主菜單(ci dn)選擇【Draw】【Cyli

28、nder】命令(mng lng)，或者單擊工具欄上的按鈕，進(jìn)入創(chuàng)建圓柱體的狀態(tài)，在三維模型窗口中創(chuàng)建一個(gè)任意大小的圓柱體。新建的圓柱體會(huì)添加到操作歷史樹(shù)的Solids節(jié)點(diǎn)下，其默認(rèn)的名稱(chēng)為Cylinder1。 雙擊操作歷史樹(shù)Solids節(jié)點(diǎn)下的Cylinder1，打開(kāi)新建圓柱體屬性對(duì)話框中的Attribute選項(xiàng)卡。名稱(chēng)保持不變，設(shè)置其材質(zhì)為pec，然后單擊按鈕退出。再雙擊操作歷史樹(shù)Cylinder1節(jié)點(diǎn)下的CreatCylinder，打開(kāi)新建圓柱體屬性對(duì)話框的Command選項(xiàng)卡，在該選項(xiàng)卡中設(shè)置圓柱體的頂面圓心坐標(biāo)、半徑和長(zhǎng)度。在Center Position文本框中輸入頂面圓心坐標(biāo)為(0

29、mm ,-sx ,-h2-h-h1-1mm)，在Radius文本框中輸入半徑值rout，在Height文本框中輸入長(zhǎng)度值-1mm，然后單擊按鈕，完成圓柱體Cylinder1的創(chuàng)建。用上面相同的方法創(chuàng)建探針，材質(zhì)為pec。從主菜單選擇【Draw】【Cylinder】命令，或者單擊工具欄上的按鈕，進(jìn)入創(chuàng)建圓柱體的狀態(tài)，在三維模型窗口中創(chuàng)建一個(gè)任意大小的圓柱體。新建的圓柱體會(huì)添加到操作歷史樹(shù)的Solids節(jié)點(diǎn)下，其默認(rèn)的名稱(chēng)為Cylinder1。 雙擊操作歷史樹(shù)Solids節(jié)點(diǎn)下的Cylinder1，打開(kāi)新建圓柱體屬性對(duì)話框中的Attribute選項(xiàng)卡。將其名稱(chēng)修改為pin，設(shè)置其材質(zhì)為pec，然后

30、單擊按鈕退出。再雙擊操作歷史樹(shù)Cylinder1節(jié)點(diǎn)下的CreatCylinder，打開(kāi)新建圓柱體屬性對(duì)話框的Command選項(xiàng)卡，在該選項(xiàng)卡中設(shè)置圓柱體的頂面圓心坐標(biāo)、半徑和長(zhǎng)度。在Center Position文本框中輸入頂面圓心坐標(biāo)為(0mm ,sx ,0mm)，在Radius文本框中輸入半徑值rin，在Height文本框中輸入長(zhǎng)度值-h2，然后單擊按鈕，完成圓柱體pin的創(chuàng)建。（6）創(chuàng)建(chungjin)信號(hào)傳輸端口面同軸饋線需要穿過(guò)參考地面來(lái)傳輸信號(hào)(xnho)能量，因此，需要在參考地面gnd上開(kāi)一個(gè)圓孔允許能量傳輸。從主菜單中選擇【Draw】【Circle】命令(mng lng)

31、，或者單擊工具欄上的按鈕，進(jìn)入創(chuàng)建圓面的狀態(tài)，在三維模型窗口中創(chuàng)建一個(gè)任意大小的圓面。新建的圓面會(huì)添加到操作歷史樹(shù)的Sheets節(jié)點(diǎn)下，其默認(rèn)名稱(chēng)為Circle1。雙擊操作歷史樹(shù)Circle1節(jié)點(diǎn)下的CreatCircle，打開(kāi)新建圓面屬性對(duì)話框的Command選項(xiàng)卡，在該界面下設(shè)置圓面的圓心坐標(biāo)和半徑。在Center Position文本框中輸入圓心坐標(biāo)為(0mm ,-sx ,-h2-h-h1)，在Radius文本框中輸入半徑值rout，如圖5.16所示，然后單擊按鈕，完成Circle1的創(chuàng)建。雙擊此處 圖5.16 圓面屬性對(duì)話框中的Command選項(xiàng)卡按住Ctrl，分別選中g(shù)nd和Circ

32、le1，單擊右鍵選擇EditBooleanSubstact，進(jìn)入Substact選項(xiàng)卡，如圖5.17所示，確認(rèn)Blank Parts里面是gnd，Tool Parts下面是Circle1，單擊按鈕退出。圖5.17 Substract選項(xiàng)卡 至此，就創(chuàng)建好了天線模型(mxng)，如圖5.18所示，接下來(lái)開(kāi)始設(shè)置邊界條件和端口激勵(lì)。圖5.18 天線(tinxin)模型（7）設(shè)置(shzh)邊界條件把輻射貼片、探針饋電的蜿蜒枝節(jié)、參考地和同軸線的外層設(shè)置為理想邊界條件。選中Patch，單擊右鍵，選擇【Assign Boundary】命令，打開(kāi)理想導(dǎo)體邊界條件設(shè)置對(duì)話框，如圖5.19所示。在該對(duì)話框中

33、保留默認(rèn)設(shè)置不變，直接單擊，即可設(shè)置平面Patch為理想導(dǎo)體邊界。理想邊界條件的默認(rèn)名稱(chēng)PerfE1會(huì)自動(dòng)添加到工程樹(shù)的Boundaries節(jié)點(diǎn)下。此時(shí)，平面Patch等效于一個(gè)理想導(dǎo)體面。圖5.19 設(shè)置理想(lxing)導(dǎo)體邊界條件 使用同樣的方法，將其他3個(gè)表面設(shè)置為理想導(dǎo)體邊界條件。值得注意的是，在設(shè)置同軸線外層(wi cn)表面時(shí)，需先在建模窗口中單擊右鍵選擇Select Faces選項(xiàng)，再選擇同軸線的外層表面進(jìn)行設(shè)置。 設(shè)置(shzh)輻射邊界條件，從主菜單中選擇【Draw】【Box】命令，或者單擊工具欄上的按鈕，進(jìn)入創(chuàng)建長(zhǎng)方體的狀態(tài)，然后在三維模型窗口中創(chuàng)建一個(gè)任意大小的長(zhǎng)方體。

34、新建的長(zhǎng)方體會(huì)添加到操作歷史樹(shù)的Solids節(jié)點(diǎn)下，其默認(rèn)的名稱(chēng)為Box1.雙擊操作歷史樹(shù)Solids節(jié)點(diǎn)下的Box1，打開(kāi)新建長(zhǎng)方體屬性對(duì)話框中的Attribute選項(xiàng)卡，把長(zhǎng)方體的名稱(chēng)修改為Air，設(shè)置其透明度為0.8，然后單擊按鈕退出。再雙擊操作歷史樹(shù)Air節(jié)點(diǎn)下的CreateBox，打開(kāi)新建長(zhǎng)方體屬性對(duì)話框中的Command選項(xiàng)卡，在該選項(xiàng)卡中設(shè)置長(zhǎng)方體的頂點(diǎn)坐標(biāo)和尺寸。在Position文本框中輸入頂點(diǎn)位置坐標(biāo)為(-wg/2-20mm ,-lg/2-20mm ,-h2-h-h1-20mm)，在XSize、YSize和ZSize文本框中分別輸入床方體的長(zhǎng)、寬和高為wg+40mm、lg+

35、40mm和h1+h+h2+20mm+40mm，然后單擊按鈕退出。 長(zhǎng)方體模型Air創(chuàng)建好后，單擊操作歷史樹(shù)Solids節(jié)點(diǎn)下的Air，選中該模型。然后在三維模型窗口中單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇【Assign Boundary】【Radiation】命令，打開(kāi)如圖5.20所示的輻射邊界條件設(shè)置對(duì)話框。保留對(duì)話框的默認(rèn)設(shè)置不變，直接單擊按鈕，將其設(shè)置為輻射邊界條件。圖5.20 輻射(fsh)邊界條件設(shè)置對(duì)話框（8）設(shè)置(shzh)端口激勵(lì)將同軸線的底段設(shè)置為波端口激勵(lì)。在建模窗口中單擊鼠標(biāo)右鍵選擇Select Objects，選中軸饋線(ku xin)的金屬底座Cylinder1，點(diǎn)擊工

36、具欄中按鈕將其隱藏。然后在建模窗口中單擊鼠標(biāo)右鍵選擇Select Faces，選中同軸線的底面如圖5.21所示，圖5.21 選中后的同軸線底面然后(rnhu)在其上單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇【Assign Excitation】【W(wǎng)ave Port】，打開(kāi)如圖5.22所示的波端口設(shè)置(shzh)對(duì)話框，首先直接單擊下一步，進(jìn)入Modes對(duì)話框，單擊Integration Line項(xiàng)的None，從下拉列表中選擇New Line選項(xiàng)，進(jìn)入三維模型窗口設(shè)置積分線。此時(shí)在工作界面右下角狀態(tài)欄的X、Y、Z文本框中輸入積分線起始點(diǎn)坐標(biāo)(0.635，-17.7，-19.5)，按Enter鍵確認(rèn)；然后在狀態(tài)欄的dX、

37、dY、dZ文本框中輸入相對(duì)(xingdu)坐標(biāo)(0.8255，0，0)，按Enter鍵確認(rèn)。此時(shí)回到Modes對(duì)話框，Integration Line項(xiàng)由None變成Defined，單擊下一步按鈕。在Post Processing對(duì)話框中選中，并設(shè)置Full Port Impedance選項(xiàng)為50ohm。最后單擊按鈕，完成雞樅端口激勵(lì)方式的設(shè)置。 圖5.22 設(shè)置(shzh)波端口激勵(lì)設(shè)置完成(wn chng)后，雞樅端口激勵(lì)的名稱(chēng)“1”會(huì)添加到工程(gngchng)樹(shù)的Excitations節(jié)點(diǎn)下。（9）求解設(shè)置A求解頻率和網(wǎng)格剖分設(shè)置設(shè)置求解頻率為1.94GHz，自適應(yīng)網(wǎng)格剖分的最大迭代次

38、數(shù)為20，收斂誤差為0.02。右鍵單擊工程樹(shù)下的Analysis節(jié)點(diǎn)，選擇【Add Solution Setup】命令，打開(kāi)Solution Setup對(duì)話框。在Solution Frequency文本框中輸入求解頻率1.94GHz，在Maximum Number of Passes 文本框中輸入最大迭代次數(shù)12，在Maximum Delta S文本框中輸入收斂誤差0.02，其他選項(xiàng)保留默認(rèn)設(shè)置，如圖5.23所示。然后單擊按鈕，完成求解設(shè)置。圖5.23 求解(qi ji)設(shè)置B掃頻設(shè)置(shzh)展開(kāi)工程樹(shù)下的Analysis節(jié)點(diǎn)，右鍵單擊求解設(shè)置項(xiàng)Setup1，選擇【Add Frequenc

39、y Sweep】，打開(kāi)Edit Sweep對(duì)話框，如圖5.24所示。在Sweep Type下拉列表中選擇掃描類(lèi)型(lixng)為Discrete，在Frequency Setup選項(xiàng)組中將Type選項(xiàng)設(shè)置為L(zhǎng)inearStep，在Start文本框中輸入1.6GHz，在Stop中輸入2.3GHz，在Step Size中輸入0.025GHz，其他選項(xiàng)保留默認(rèn)設(shè)置。最后單擊完成設(shè)置。設(shè)置完成后，該掃頻設(shè)置項(xiàng)的名稱(chēng)Sweep1會(huì)添加到工程樹(shù)的求解設(shè)置項(xiàng)Setup1下。圖5.24 掃頻設(shè)置(shzh)（10）設(shè)計(jì)(shj)檢查和運(yùn)行仿真計(jì)算通過(guò)前面的操作，我們已經(jīng)完成了模型(mxng)創(chuàng)建和求解設(shè)置等H

40、FSS設(shè)計(jì)的前期工作，接下來(lái)就可以運(yùn)行仿真計(jì)算并查看分析結(jié)果了。但在運(yùn)行仿真計(jì)算之前，通常需要進(jìn)行設(shè)計(jì)檢查，確認(rèn)設(shè)計(jì)的完整性和正確性。從主菜單中選擇【HFSS】【Validation Check】，或者單擊工具欄上的按鈕，進(jìn)行設(shè)計(jì)檢查。此時(shí)，會(huì)打開(kāi)如圖5.25所示的Validation Check對(duì)話框，在該對(duì)話框中的每一個(gè)選項(xiàng)的前面都顯示圖標(biāo)，表示當(dāng)前的HFSS設(shè)計(jì)正確且完整，然后單擊按鈕關(guān)閉對(duì)話框。接下來(lái)，我們就可以開(kāi)始運(yùn)行仿真計(jì)算了。圖5.25 設(shè)計(jì)(shj)檢查結(jié)果對(duì)話框右鍵單擊工程(gngchng)樹(shù)下的Analysis節(jié)點(diǎn)，選擇【Analyze All】，或者單擊工具欄上的按鈕，開(kāi)

41、始運(yùn)行仿真(fn zhn)計(jì)算。在仿真計(jì)算過(guò)程中，工作界面右下方的進(jìn)度條窗口會(huì)顯示出求解進(jìn)度，信息管理窗口也會(huì)有相應(yīng)的信息說(shuō)明，并會(huì)在仿真計(jì)算完成后給出完成提示信息。（11）查看天線結(jié)果A回波損耗 右鍵單擊工程樹(shù)下的Results節(jié)點(diǎn)，選擇【Creat Modal Solution Data Report】【Rectangular Plot】，打開(kāi)報(bào)告設(shè)置對(duì)話框，如圖5.26所示。在該對(duì)話框中確定左側(cè)Solution選項(xiàng)設(shè)置的是Setup1：Sweep1，在Category列表框中選中S Parameter，在Quantity列表框中選中S(1,1)，在Function列表框中選中dB。然后單

42、擊按鈕，再單擊按鈕關(guān)閉對(duì)話框。此時(shí)，即可生成如圖5.27所示的S11在1.6GHz-2.3GHz的掃頻分析結(jié)果。圖5.26 分析報(bào)告設(shè)置對(duì)話框圖5.27 S11的掃頻分析(fnx)結(jié)果B駐波比 右鍵單擊工程(gngchng)樹(shù)下的Results節(jié)點(diǎn)，選擇【Creat Modal Solution Data Report】【Rectangular Plot】，打開(kāi)報(bào)告設(shè)置對(duì)話框，如圖5.28所示。在該對(duì)話框中確定(qudng)左側(cè)Solution選項(xiàng)設(shè)置的是Setup1：Sweep1，在Category列表框中選中VSWR，在Quantity列表框中選中VSWR(1)，在Function列表框中

43、選中none。然后單擊按鈕，再單擊按鈕關(guān)閉對(duì)話框。此時(shí)，即可生成如圖5.29所示的VSWR在1.6GHz-2.3GHz的掃頻分析結(jié)果。圖5.28 分析結(jié)果報(bào)告設(shè)置對(duì)話框圖5.29 VSWR的掃頻分析(fnx)結(jié)果定義輻射表面，要想查看天線的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)計(jì)算結(jié)果，首先(shuxin)需要定義輻射表面，輻射表面是在球坐標(biāo)系下定義的。在球坐標(biāo)系下，xz平面相當(dāng)于Phi=0的平面(pngmin)，yz平面相當(dāng)于Phi=90的平面。定義Phi=0的平面為輻射表面：右鍵單擊工程樹(shù)下的Radiation節(jié)點(diǎn)，選擇【Insert Far Field Setup】【Infinite Sphere】，打開(kāi)Far Fie

44、ld Radiation Sphere Setup對(duì)話框，定義輻射表面。在Name文本框中輸入輻射表面的名稱(chēng)E Plane，在Phi角度對(duì)應(yīng)的Start、Stop和Step Size 文本框中分別輸入0、0、0，在Theta角度對(duì)應(yīng)的Start、Stop和Step Size 文本框中分別輸入-180、180和1，然后單擊按鈕完成設(shè)置。定義Phi=90的平面為輻射表面：右鍵單擊工程樹(shù)下的Radiation節(jié)點(diǎn)，選擇【Insert Far Field Setup】【Infinite Sphere】，打開(kāi)Far Field Radiation Sphere Setup對(duì)話框，定義輻射表面。在Name

45、文本框中輸入輻射表面的名稱(chēng)H Plane，在Phi角度對(duì)應(yīng)的Start、Stop和Step Size 文本框中分別輸入90、90、0，在Theta角度對(duì)應(yīng)的Start、Stop和Step Size 文本框中分別輸入-180、180和1，然后單擊按鈕完成設(shè)置。定義三維立體球面為輻射表面：右鍵單擊工程樹(shù)下的Radiation節(jié)點(diǎn)，選擇【Insert Far Field Setup】【Infinite Sphere】，打開(kāi)Far Field Radiation Sphere Setup對(duì)話框，定義輻射表面。在Name文本框中輸入輻射表面的名稱(chēng)3D，在Phi角度對(duì)應(yīng)的Start、Stop和Step S

46、ize 文本框中分別輸入0、360、1，在Theta角度對(duì)應(yīng)的Start、Stop和Step Size 文本框中分別輸入0、180和1，然后單擊按鈕完成設(shè)置。此時(shí)，定義的輻射表面會(huì)添加到工程樹(shù)Radiation節(jié)點(diǎn)下。C三維增益方向圖 右鍵單擊工程樹(shù)下的Results節(jié)點(diǎn)，選擇【Creat Far Fields Report】【3D Polar Plot】，打開(kāi)報(bào)告設(shè)置對(duì)話框，如圖5.30所示。在Geometry下拉列表中選擇前面定義的3D，在Category列表框中選中Gain，在Quantity列表框中選中GainTotal，在Function列表框中選中dB。然后單擊按鈕，再單擊按鈕關(guān)閉對(duì)話框。生成如圖5.31所示的三維增益方向圖。圖5.30 三維增益