畢業(yè)設(shè)計(jì)-一種新型微帶貼片天線的優(yōu)化設(shè)計(jì)(完整版)
【正文】 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，容易制作，成本較低，體積較小，重量較輕，能與有源器件、電路集成統(tǒng)一的整體等優(yōu)點(diǎn) [1]。與常用的微波天線相比 ， 它有以下一些優(yōu)點(diǎn) ： 體積較小 ， 重量輕 ， 低剖面 ， 能與載體共形 ，它 制造簡(jiǎn)單 ， 成本低 ；在 電器上的特點(diǎn)是可以得到單方向的寬瓣方向圖，它的 最大輻射方向在平面的法線方向上 ， 易于和微帶線路集成起來，易于實(shí)現(xiàn)線極化或者圓極化。 寬頻帶 微帶天線屬于一維小型化諧振式天線 ，它的 Q值高 ， 頻帶窄。 2. HFSS 仿真軟件 HFSS 仿真軟件基本功能 高頻結(jié)構(gòu)仿真器 ( High Frequency Structure Simulator,HFSS)是一款界面非常友好、功能很完備、采用了有限元法的三維全波電磁場(chǎng)仿真軟件 。 2． 2 HFSS 仿真設(shè)計(jì)的過程 （ 1） 設(shè)置 HFSS 軟件運(yùn)行參數(shù) , 如設(shè)定解算類型、單位、是否復(fù)制它的幾何圖形邊界、是否要打開各個(gè)工具窗口等等 。先對(duì)微帶貼片天線的貼片及饋電進(jìn)行建模，其次設(shè)置端口和邊界等條件，最后生成了如圖 41所示的三維方向圖的仿真結(jié)果。 圖 55所示的 S11的曲線圖，正方形環(huán)縫為 時(shí)，它的諧振頻率為 ，得到的最小回波損耗值為 ，比圖 42在沒有進(jìn)行底板開縫時(shí)的回波損耗值小了 。 圖 58所示的 3D增益方向圖，正方形環(huán)縫為 2mm時(shí)，它的增益 達(dá)到了 ，比圖 43比沒有進(jìn)行底板開縫時(shí) 的增益大了 。 圖 64所示的 S11的曲線圖，圓形環(huán)縫為 2mm 時(shí)，它的諧振頻率為 ，得到的最小回波損耗值為 ，比圖 42在沒有進(jìn)行底板開縫時(shí)的回波損耗值小了 。 16 圖 66 圓形環(huán)縫為 的 3D 增益方向 圖 圖 67 圓形環(huán)縫為 的 3D 增益方向圖 17 圖 68 圓形環(huán)縫為 的 3D 增益方向圖 圖 69 圓形環(huán)縫為 的 3D 增益方向圖 圖 66所示的 3D增益方向圖，圓形環(huán)縫為 1mm時(shí)，它的增益 為 ，比圖 43比沒有進(jìn)行底板開縫時(shí)的增益小了 。 在底板開縫的新型微帶貼片天線回波損耗比普通貼片天線大大降低了。 Gain。我在此對(duì)余老師表示最衷心的感謝。 由以上四個(gè)圖可以看出，新型貼片在底板上開圓形環(huán)縫在的情況下不能提高天線的增益，還在一定程度上使其降低了。圓形環(huán)縫從小開始逐漸增大時(shí)，其回波損耗慢慢的在降低。 綜合考慮了回波損耗與增益值的情況，得出當(dāng)正方形環(huán)縫為 2mm時(shí)達(dá)到最佳，其增益值提高了，回波損耗降低了 。當(dāng)正方形環(huán)縫為 2mm左右時(shí)，其回波損耗值降到最小。 5． 正方形環(huán)縫的微帶貼片天線設(shè)計(jì)過程 在圖 41的基礎(chǔ)上，在金屬底板上加開了兩個(gè)正方形環(huán)縫，如圖 51所示，大正方形的邊長(zhǎng)為6mm，按一定的值改變小正方形的大小，形成不同大小的環(huán)縫。 6 ( 5) 根據(jù)仿真出來的天線模型可以獲得天線對(duì)應(yīng)的特性圖 , 如 方向 圖、 S參數(shù)圖、輸入阻抗圖等 。 （ 2） 可以按用戶所指定的精度計(jì)算出多端口結(jié)構(gòu)端口處 S 參數(shù)的值。當(dāng)前，雙頻天線 主要的實(shí)現(xiàn)目的是獲得可控雙頻比的雙寬頻帶特性 這方面來的， 雙極化天線主要考慮的是隔離度和每種極化的交叉極化電平 [7]。微帶天線小型化的方法非常多 ， 但都各具優(yōu)缺點(diǎn) [3]。 1. 微帶貼片天線的發(fā)展 概況 微帶貼片天線是微帶天線之中最常見的形式，是在七十年代初期研究成功的一種新型天線，如圖 1所示。 概況 .............................................................................................................................................................................5 發(fā)展趨勢(shì) ....................................................................................................................................錯(cuò)誤 !未定義書簽。與普通貼片天線進(jìn)行比較， 該 天線提高了增益、降低了天線回波損耗。微帶天線在近二十年來得到了廣泛的應(yīng)用，已用于大約 100MHz～ 100GHz 的寬廣頻帶上，包括衛(wèi) 星通信、雷達(dá)、遙感以及便攜式天線電設(shè)備上， 并在未來的二十年有更廣泛應(yīng)用的趨勢(shì)。相同結(jié)構(gòu)的微帶天線能組成微帶天線陣 ， 從而獲得更高的增益以及更大的帶寬。近些年來出現(xiàn)的 U型槽貼片與雙層貼片無論是在探針或者是槽孔耦合的饋電方式下都獲能得高達(dá) 40%的阻抗帶寬 [5]。 它 可以分析仿真任意一個(gè)三維無源結(jié)構(gòu)的高頻電磁場(chǎng) ， 可以直接得到特征阻抗、輻射場(chǎng)、 S 參數(shù)及電磁場(chǎng)、傳播常數(shù)、天線方向圖等等結(jié)果 。 （ 2） 打開新的工程 , 并且在工程中插入一個(gè)也可以 是多個(gè) HFSS 設(shè)計(jì) ( insert HFSS design)。 圖 41 普通 微帶天線結(jié)構(gòu)仿真圖
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