【正文】 線在 —5GHz 內(nèi) |S11|≦ 10dB，具有很大的帶寬性能 ，但是天線后半部分中心頻率不在 ，有待優(yōu)化。優(yōu)化過程在后面會詳細說明。 天線輸入阻抗圖 選擇菜單欄 HFSSResultsCreate modal solution data Reportrectangular polt，顯示類型選 Rectangular。在 Y 標簽參量選 Z(Port1,Port1)，參量函數(shù) (Function)選擇 re，點擊添加鍵，并選擇 im，點擊添加，可得 Z 參數(shù)圖 ，如圖 所示。 圖 天線輸入阻抗圖 從上圖可以看出，天線輸入阻抗波動 很大 ， 說明天線的 匹配特性 不是很好，還應(yīng)改進。 天 線方向圖 HFSSRadiationInsert Far field SetupInfinite Sphere， 然后 在 把 標簽Infinite Sphere 中 將參數(shù)設(shè)置為 ： Phi： start： 90， stop： 90， step： 0； Theta： start： 0， stop：360， step： 1。 HFSSResultsCreate Report，報告類型選 Far Fields，顯示類型選Radiation Pattern。 然后 在 把 標簽 Sweep中第一變量設(shè)置為 Theta， Freq中添加頻率值為 以及 5GHz 的值，在 Mag 標簽中 把參數(shù)設(shè)置為 ： Category： Gain， Quantity： GainTotal， Function：dB。點擊 確定 按鍵 ，結(jié)果如圖 所示。 20 圖 天線方向圖（其中天線 Phi 值固定為 90o ） 從圖中看天線具有一定的方向性。其 90o 及 90o 方向增益幾乎為 0，在這些方向上可以對準噪聲來源。 天線三維方向圖 HFSSRadiationInsert Far SetupInfinite Sphere， 然后 在 把 標簽Infinite Sphere 中 的參數(shù)設(shè)置為 ： Phi： start： 0， stop： 360， step： 1， Theta： start： 0， stop：180， step： 1。 菜單欄 中選擇 HFSSResultsCreate Report，報告類型選 Far Fields，顯示類型選 3D Polar Plot。 然后 在 把 Mag 標簽 中 的參數(shù)設(shè)置為 ： Category： Gain， Quantity： GainTotal， Function：dB。點擊 Add Trace 按鍵 ，結(jié)果如 所示。 圖 天線三維遠場方向圖（頻率為 時） 本章小結(jié) 本章首先介紹了天線建模時有關(guān)參量的選擇，并簡要介紹了天線的輻射單元及饋電結(jié)構(gòu)。然后簡單的介紹了 HFSS 這一工程軟件，以及 HFSS 的基本設(shè)置，構(gòu)建 3D 模型，設(shè)置激勵和邊界條件。同時還對仿真的天線模型進行了分析，得出了不錯的結(jié)果。這些內(nèi)容為后文的優(yōu)化和天線尺寸對天線特性參數(shù)的影響的分析做好了重要準備。 23 第 四 章 天線 的 結(jié)構(gòu) 優(yōu)化 、制作及 實物測量 天線的性能參數(shù)是由其物理結(jié)構(gòu)決定的，天線的參數(shù)一般是通過對其物理 結(jié)構(gòu)進行分析，得到其集總參數(shù)等效電路，再對電路方程求解得到其尺寸大小，因此這些得到是近似解。所以在原天線模型的基礎(chǔ)上，對文獻中天線的尺寸進行優(yōu)化得到最優(yōu)解，這就是本章所討論的內(nèi)容。 在 本蝶形微 帶天線設(shè)計過程中， 天線的 R R R H H2 變量 對天線的電性能參數(shù)有著很重要的影響，所以下面本文對 這幾個變量進行改變 ，以改善天線的性能。最后加工出優(yōu)化的天線實物，測量其電參數(shù)。 優(yōu)化天線仿真 下面本文利用上面的結(jié)果對天線的尺寸做出微調(diào)，以改善天線的性能。 測試 R1 對天線的影響 在工程文件下 選中 OptimetricsAddParametric,點擊 Add，在彈出的對話框中將 Variable改為 R1， start： ， stop： ， step： ，點擊添加， AnalyzeAll 觀察仿真結(jié)果 ，并和原本的參數(shù)設(shè)定的天線的仿真結(jié)果進行比對，從而使得天線的尺寸得到優(yōu)化，結(jié)果如圖 所示。 圖 天線優(yōu)化仿真 11S 參數(shù)圖 從上圖可以看出天線參數(shù) R1 對天線的影響不是很大，所以不必改變 R1 的大小。 測試 R2 對天線的影響 在工程文件下選中 OptimetricsAddParametric,點擊 Add，在彈出的對話框中將 Variable改為 R1， start： 17， stop： ， step： ，點擊添加， AnalyzeAll 觀察仿真結(jié)果 ，并和原本的參數(shù)設(shè)定的天線的仿真結(jié)果進行比對，從而使得天線的尺寸得到優(yōu)化，結(jié)果如圖 所示。 24 圖 天線優(yōu)化仿真 11S 參數(shù)圖 從上圖可以看出天線參數(shù) R2 對天線的影響也不是很大，所以不必改變 R2 的大小。 測試 R3 對天線的影響 在工程文件下選中 OptimetricsAddParametric,點擊 Add，在彈出的對話框中將 Variable改為 R1， start： ， stop： ， step： ，點擊添加， AnalyzeAll 觀察仿真結(jié)果 ，并和原本的參數(shù)設(shè)定的天線的仿真結(jié)果進行比對，從而使得天線的尺寸得到優(yōu)化，結(jié)果如圖 所示。 圖 天線優(yōu)化仿真 11S 參數(shù)圖 從上圖可以看出天線參數(shù) R3 對天線的影響很大，隨著 R3 的減小天線在 5GHz 的中心頻率也在往后移動。對在中心頻率 的波形影響不大。 測試 H1 對天線的影響 在工程文件下選中 OptimetricsAddParametric,點擊 Add，在彈出的對話框中將 Variable改為 R1， start： 5， stop： 7， step： ，點擊添加， AnalyzeAll 觀察仿真結(jié)果 ，并和原本的參數(shù)設(shè)定的天線的仿真結(jié)果進行比對，從而使得天線的尺寸得到優(yōu)化，如圖 所示。 25 圖 天線優(yōu)化仿真 11S 參數(shù)圖 從上圖可以看出天線參數(shù) H1 對天線的影響不是很大，所以不必改變 H1 參數(shù)。 測試 H2 對天線的影響 在工程文件下選中 OptimetricsAddParametric,點擊 Add，在彈出的對話框中將 Variable改為 R1， start： 5， stop： 7， step： ，點擊添加， AnalyzeAll 觀察仿真結(jié)果 ，并和原本的參數(shù)設(shè)定的天線的仿真結(jié)果進行比對，從而使得天線的尺寸得到優(yōu)化，如圖 所示。 圖 天線優(yōu)化仿真 11S 參數(shù)圖 從上圖可以看出天線參數(shù) H2 對天線的影響不是很大，但在 H2 為 5 的時候波形波動比較大。 天線改進 經(jīng)過前面測試得出最優(yōu)的天線參數(shù)，現(xiàn)對天線參數(shù)做如下調(diào)整： R3= ,H1=H2=5mm，它的不改變，在進行仿其真得到圖 波形： 圖 11S 參數(shù)圖 26 改進后天線方向圖如圖 ： 圖 天線方向圖（其中天線 Phi 值固定為 90o ） 改進后天線 3D 方向圖如圖 ： 圖 天線三維遠場方向圖（頻率為 時） 天線實物的制作 DXP 軟件中畫出天線模型，如圖 所示： 圖 天線 PCB 模型 27 PCB 圖轉(zhuǎn)印到銅板上 ，做出實物。 天線實物的測量 天線 S 參數(shù)測量 前面已經(jīng)對 微帶 天線的設(shè)計原理和設(shè)計步驟做了詳細的描述， 但是理論分析與仿真結(jié)果的正確與否需要通過對加工出的實際天線進行測量驗證。本文主要測量 S11參數(shù)圖。加工后的實物 天線如下圖所示： （ a）正面 （ b） 反面 圖 天線（原始參數(shù)） 本天線的測量使用的儀器為 AV3620高性能射頻一體化 矢量 網(wǎng)絡(luò) 分析儀，具體操作步驟為： 1. 測量選擇測量 S11參數(shù)，并進行頻段選擇，頻段選擇為 1GHz—10GHz。 1用同軸電纜連接天線，進行測量，連接之后如下圖所示： 圖 天線連接圖 經(jīng) 測量得到 11S 參數(shù)如圖 所示： 28 圖 11S 參數(shù)測量結(jié)果圖 從 上圖可以看出，天線 的中心頻率為 ， 與 我們要求的 有較大的偏差，所以我們需要在對天線進行改進。 利用 中優(yōu)化的參數(shù) 在 制作天線， 實物 如圖所示： 圖 改進后的天線正面圖 圖 改進后的天線背面圖 在進行 測 量得出 如 圖 所示 波形 ： 29 圖 改進后 11S 參數(shù)測量結(jié)果圖 從上圖可以看出中心頻率在 ，基本符合與我們要求的中心頻率為 。所以此天線效果良好，可以正常使用。 測量結(jié)果 與仿真結(jié)果 比較分析 （ a） 30 （ b） 圖 (a)測量結(jié)果圖 (b)仿真結(jié)果圖 通過圖 可以看出， 雖然仿真結(jié)果基本符合中心頻率為 的 要求，但是 天線的 測量結(jié)果 還是有些偏差 ，分析其原因，主要有以下幾點： 。由于制造工藝的原因，實物天線不可能與仿真天線一模一樣，加上本文使用 的 銅 板表面有一些氧化，影響測量結(jié)果。 時 天線周圍的環(huán)境不同，理想的空間與實驗室之間有明顯的區(qū)別。 ，在測量過程中，天線 抖 動，測量的結(jié)果會有所改變。 本章小結(jié) 本章圍繞 微帶 天線優(yōu)化展開，從天線的 變量 著手，利用 HFSS 對 天線 尺寸優(yōu)化，觀察對天線性能的影響，從而選取一組較優(yōu)解，對其進行仿真，得出了較好的結(jié)果。最后還對天線實物進行了測量 。 31 第 五 章 總結(jié)與展望 本論題中所研究的蝶型天線， 是一種 常見 的 微帶 天線。在水平導(dǎo)線的中央，接上一根垂直引下線，形狀 像一只蝴蝶 ，故稱 蝶型 天線。它 的水平部分輻射可忽略，產(chǎn)生輻射的是垂直部分。它一般用于長波和中波通信。所設(shè)計的天線在 — 5GHz 之間的反射系數(shù)|S11|≦ 10dB（駐波比 VSWR≦ 2），天線的性能 基本符合課題要求。 本文首先介紹了 課題的研究背景和研究內(nèi)容 ，研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。其次介紹了天線的一些基本理論，包括微帶天線的輻射，天線的電特性參數(shù)，例如天線的方向圖、天線的效率、天線增益、極化、輸入阻抗以及天線的帶寬。這也為下面的仿真提供了理論基礎(chǔ)。 最后本文利用 HFSS 對天線進行仿真，操作包括建立 3D 模型，創(chuàng)建端口及邊界條件等，仿 真 得出 天線中心頻率為 ，與加工出來的實物天線測量結(jié)果相比，發(fā)現(xiàn)兩者有很好的一致性，進一步驗證了所提出設(shè)計方法的有效性和 HFSS 仿真軟件的可靠性 。 本文還對天線進行優(yōu)化，改變天線的基片參數(shù)，利用 HFSS 對這些結(jié)構(gòu)其及尺寸優(yōu)化，得 到 了不錯的 效果。對制作得到的天線實物進行測量，發(fā)現(xiàn)與仿真結(jié)果基本一致。 通過了本次畢業(yè)設(shè)計，對微帶天線的理論基礎(chǔ)、分析方法、寬帶結(jié)構(gòu)、設(shè)計方法和測量技術(shù)均有了深刻的理解，并熟練掌握了 Ansoft 公司的 HFSS 仿真軟件 。 當然，在本文的研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，可以進一步研究以下工作：研 究天線與系統(tǒng)集成后的特性。天線在系統(tǒng)集成時必然會受到其他部件的影響，如何在系統(tǒng)中更好地發(fā)揮天線的性能，設(shè)計一個小型化、易集成的 微 帶天線，使其具有更廣泛的實用價值。 在科技日益發(fā)達的今天， 微 帶技術(shù)越來越受重視，也希望給人們的生活帶來更多的便利。 32 參考文獻 （ References） [1] L. M. Burns and C. L. Woo, Dual orthogonal monopole antenna system, . Pat. 5 990 838, Nov. 23, 1999. [2] M. Ali and G. J. Hayes, Analysis of integrated invertedF antennas for bluetooth applications,inProc. 2021 IEEEAPS Con! on Antennas Propagat