【文章內(nèi)容簡介】 ，插入圓柱體，命名為feed，中心坐標(biāo)（2,3,0），高10mm，材質(zhì)為pec（理想電導(dǎo)體）。，插入一個(gè)圓，命名為port，中心坐標(biāo)（2,3,0）。如上第六步方法在GND中切除port，在Subtract窗口里選中復(fù)選框，表示保留port在模型樹中位置，因?yàn)樵诤罄m(xù)設(shè)置激勵時(shí)，需要從port點(diǎn)輸入饋電。，插入長方體，命名為Air，頂點(diǎn)坐標(biāo)（150，150，70），長300mm，寬300mm，高150mm，材質(zhì)選擇air。模型樹中選中Air，右擊選擇Assign Boundary，再選擇Radiation,更名為Rad_air。，模型樹中選擇port，右擊選擇Assign Excitation,再選擇Lumped Port(集總激勵方式)，更名激勵源為p1,匹配阻抗50歐姆。在彈出窗口中選擇New Line。選擇積分中心點(diǎn)（2,3,0），設(shè)置積分線（1,0,0） 表示電流線沿x軸積分。，初步擬定重要變量，介質(zhì)層厚度為subh，初始值10mm；介質(zhì)層長度subx，初始值80mm；貼片半徑patchrx，初始值31mm；切角長度cutx，初始值5mm；饋點(diǎn)中心點(diǎn)位置lx，ly，初始值分別為2mm，3mm。選擇HFSS目錄下Design Properties，依次添加各個(gè)變量，然后將模型樹中與變量有關(guān)的數(shù)值改為變量名稱。例如，要將patch中的長度數(shù)值改為變量，先在模型樹里選中雙擊patch下CreateRectangle，在出現(xiàn)的屬性窗口里將頂點(diǎn)坐標(biāo)（0,0,10），更改為（0,0,subh），半徑為patchrx。其他變量運(yùn)用與此類似，以下不予贅述。，在左側(cè)工程樹里選中并右擊Analysis，選擇Add Solution Setup，彈出窗口中保留默認(rèn)名字setup1。確認(rèn)后選擇并右擊setup1，選擇Add Frequency sweep，彈出窗口中設(shè)置名稱為Sweep1，Sweep Type選擇Fast，頻率設(shè)置中Type選擇LinearCount，從1GHZ到5GHZ，共40份。，選擇主窗口HFSS下Validation Check選項(xiàng)，當(dāng)所有選項(xiàng)都顯示正確，表示可以進(jìn)行仿真分析。下圖為圓形貼片圓極化輻射特性微帶天線整體模型圖： 結(jié)果及優(yōu)化經(jīng)過對模型的仔細(xì)研討，適當(dāng)增加一些變量，將結(jié)果影響分析更加細(xì)致。由此將模型中的變量摘錄至下表中：變量名稱變量初值變量范圍介質(zhì)層厚度subh10mm5—15mm介質(zhì)層尺寸subx42mm30—70mm貼片半徑patchrx15—30mm饋點(diǎn)x坐標(biāo)lx2mm5—5mm饋點(diǎn)y坐標(biāo)ly3mm6—6mm切角長度cutx5mm3—8mm切角寬度cuty5mm3—8mm旋轉(zhuǎn)角度radx35deg0—180deg饋線半徑feedx （1）變量與中心頻率關(guān)系經(jīng)過單一變量仿真分析，介質(zhì)層厚度（subh），貼片半徑（patchrx），介質(zhì)層尺寸（subx）對天線諧振頻率有較大的影響，除此之外，介質(zhì)材料也對中心頻率有重大影響，但由于不將介質(zhì)材料作為變量分析，所以不做詳細(xì)討論。（2）變量與增益關(guān)系帶寬關(guān)系增益和帶寬的主要影響變量有切角尺寸，介質(zhì)層厚度（subh），饋電點(diǎn)位置等。簡要分析可知，天線尺寸直接關(guān)系到天線的增益，帶寬，極化程度好壞也是其重要指標(biāo)。 初步優(yōu)化s曲線圖由于圓形貼片天線的性能不能單獨(dú)依靠理論公式計(jì)算，需要通過仿真分析才能得到較為準(zhǔn)確的輻射特性圖，故將初步優(yōu)化結(jié)果附于此，做初步分析，增益與中心頻率如上圖所示?？纱笾碌玫皆鲆婧蛶捙c貼片半徑（patchx），介質(zhì)層厚度（subh），介質(zhì)層尺寸（subx）有較大關(guān)系，與切角尺寸，饋電點(diǎn)位置有一定關(guān)系。(3)變量與軸比關(guān)系將饋電x坐標(biāo)（lx），饋電y坐標(biāo)（ly），旋轉(zhuǎn)角度（radx），切角x坐標(biāo)（cutx），切角y坐標(biāo)（cuty），等坐標(biāo)加入到初步優(yōu)化軸比中。理論上可以通過將以上變量作為優(yōu)化變量，以期得到最優(yōu)軸比圖，其思想是通過調(diào)節(jié)饋電點(diǎn)和切角，讓貼片電流實(shí)現(xiàn)圓形流動，即是實(shí)現(xiàn)了圓極化，下圖為初步優(yōu)化軸比圖： (2)初步優(yōu)化軸比圖由以上初步優(yōu)化圖可知，變量的加入雖然一定程度上影響軸比，但并未有根本上的改變，說明要想得到更加優(yōu)化的軸比圖，需要加入其它變量，例如圓形貼片半徑（patchrx），介質(zhì)層厚度（subh）。 優(yōu)化過程和優(yōu)化結(jié)果與矩形天線類似，在此不再贅述，將最終優(yōu)化結(jié)果天線性能圖附于下文： (1)圓形貼片天線性能圖分析上圖的主要輻射性能：輸入功率為1W，,，，E方向最大增益方向34176。由此可知，此天線基本符合工程要求，但前后向比（即是軸比）過大。 本章從理論出發(fā)，以前章矩形貼片微帶天線為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)出圓形貼片微帶天線。并通過具體變量對輻射性能做簡要分析，為使文章簡潔，將優(yōu)化后結(jié)果圖附于第4章。 第4章 輻射特性比較及結(jié)果將兩種貼片天線上文所得的天線輻射特性圖附于下文，做分析討論。 (a) 矩形貼片天線S參數(shù)圖 (b)圓形貼片天線S參數(shù)圖從二者的s參數(shù)可以看出，矩形貼片天線的增益及帶寬都不如圓形貼片天線優(yōu)秀，，削弱了增益和帶寬。矩形貼片天線帶寬約為10%，圓形貼片天線約為15%。 (a)矩形貼片軸比圖 (b)圓形貼片軸比圖 分析上圖，矩形貼片天線的軸比明顯優(yōu)于圓形貼片天線的軸比。矩形貼片在100176。與100176。之間都擁有低于3dB的帶寬，良好地實(shí)現(xiàn)了圓極化特性；圓形貼片在有限的幾點(diǎn)上有較好的軸比表現(xiàn)，但大多幅度上都表現(xiàn)欠佳。分析其原因：由于矩形貼片犧牲了其增益，以期望獲得良好的軸比表現(xiàn)，所以軸比比較優(yōu)秀；則圓形貼片天線則可理解成由于犧牲了軸比，(b)中良好的帶寬及增益特性。 (a)矩形貼片Smith圓圖 (b)圓形貼片Smith圓圖 ，+；，+，十分接近于1；由此可得出圓形貼片擁有很好的阻抗匹配。通過以上各圖的比較，我們大致可以得出，天線輻射性能的自相矛盾性特點(diǎn)，在此時(shí)表現(xiàn)為，軸比與匹配阻抗是一組矛盾的變量，當(dāng)擁有較好的軸比，會損失一定的匹配特性。 (a)矩形貼片E面輻射圖 (b)圓形貼片E面輻射圖 ，矩形貼片E面電場輻射最強(qiáng)方向在0176。方向，圓形貼片E面電場輻射最強(qiáng)方向在32176。和36176。比較兩者幅值可以得出，矩形貼片優(yōu)于圓形貼片。值得注意的是，圓形貼片的輻射方向分為兩個(gè)方向，從輻射方向幅度來看，圓形貼片具有更大的幅度跨越。 本章通過分析對比矩形貼片與圓形貼片的輻射特性圖，得出性能結(jié)果，就結(jié)果做出分析，假設(shè)造成輻射缺陷的原因，通過后續(xù)分析，印證天線輻射各參數(shù)間的自相矛盾性；通過課題研究過程中的一些疑問，對一些結(jié)果作出猜想分析，以期給后來研究者有所啟發(fā)。31 結(jié)論 通過論文以上的分析研討，HFSS仿真結(jié)果可得到以下結(jié)論：(1) 微帶貼片天線理論數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)有較為明顯的偏差。矩形天線尺寸相差2mm，圓形天線相差近22mm，由此得出微帶貼片天線理論與實(shí)際仿真，存在著較大未知偏差。(2) 微帶天線的輻射參數(shù)存在自相矛盾性。從矩形和圓形貼片天線的對比分析可知，軸比和增益是相對矛盾的，軸比與匹配阻抗也相對矛盾，由此得出若要取得相對優(yōu)秀的天線輻射性能參數(shù)，需要折中考慮，即需要損失一部分既有優(yōu)勢，以彌補(bǔ)其他方面的不足。(3) 矩形貼片天線在實(shí)現(xiàn)圓極化方面要求更低，圓形貼片天線擁有更高的性能標(biāo)準(zhǔn)。通過課題研究過程中發(fā)現(xiàn)，矩形貼片在實(shí)現(xiàn)圓極化性能方面更容易，對制作的條件也不太嚴(yán)苛，有相對較大的誤差范圍；圓形天線的各項(xiàng)數(shù)據(jù)更加復(fù)雜，在合理位置的各項(xiàng)特性皆優(yōu)于矩形天線，但由于各項(xiàng)數(shù)據(jù)影響相互作用，不易于設(shè)計(jì)制作。(4)在模型設(shè)置選擇上，圓形貼片具有更多可選擇空間。矩形貼片天線各種數(shù)據(jù)與輻射特性分工明顯，圓形貼片往往多個(gè)量影響一個(gè)輻射性能，而一個(gè)變量也可以影響多個(gè)輻射特性，由此貼片選擇更趨于多樣化，也從側(cè)面說明圓形天線更具發(fā)展?jié)摿ΑＵ录皹?biāo)題 參考文獻(xiàn)1 張鈞．微帶天線理論與工程．北京：國防工業(yè)出版社，1988，42~2462 ．Broadband microstrip patch antenna on micromatchined silicon substrates．Artech House，1998，44~1243 ．Microstrip antennas．IEEE APSlnt．Symp．Digest，1972，35~644 殷際杰．微波技術(shù)與天線——電磁波導(dǎo)行與輻射工程．北京：電子工業(yè)出版社，2004，219~2435 謝擁軍等．Ansoft HFSS基礎(chǔ)及應(yīng)用．西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2007，10~876 李磊，謝擁軍，2006，基于固定實(shí)鏡像平面波展開的快速多極子方法計(jì)算微帶結(jié)構(gòu)問題，電子學(xué)報(bào)，33（12）：2153~1567 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