【正文】 在科技日益發(fā)達(dá)的今天， 微 帶技術(shù)越來(lái)越受重視，也希望給人們的生活帶來(lái)更多的便利。 當(dāng)然，在本文的研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，可以進(jìn)一步研究以下工作：研 究天線(xiàn)與系統(tǒng)集成后的特性。對(duì)制作得到的天線(xiàn)實(shí)物進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)與仿真結(jié)果基本一致。 最后本文利用 HFSS 對(duì)天線(xiàn)進(jìn)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(xiàn)中心頻率為 ，與加工出來(lái)的實(shí)物天線(xiàn)測(cè)量結(jié)果相比，發(fā)現(xiàn)兩者有很好的一致性，進(jìn)一步驗(yàn)證了所提出設(shè)計(jì)方法的有效性和 HFSS 仿真軟件的可靠性 。其次介紹了天線(xiàn)的一些基本理論，包括微帶天線(xiàn)的輻射，天線(xiàn)的電特性參數(shù)，例如天線(xiàn)的方向圖、天線(xiàn)的效率、天線(xiàn)增益、極化、輸入阻抗以及天線(xiàn)的帶寬。所設(shè)計(jì)的天線(xiàn)在 — 5GHz 之間的反射系數(shù)|S11|≦ 10dB（駐波比 VSWR≦ 2），天線(xiàn)的性能 基本符合課題要求。它 的水平部分輻射可忽略，產(chǎn)生輻射的是垂直部分。 31 第 五 章 總結(jié)與展望 本論題中所研究的蝶型天線(xiàn)， 是一種 常見(jiàn) 的 微帶 天線(xiàn)。 本章小結(jié) 本章圍繞 微帶 天線(xiàn)優(yōu)化展開(kāi)，從天線(xiàn)的 變量 著手，利用 HFSS 對(duì) 天線(xiàn) 尺寸優(yōu)化，觀察對(duì)天線(xiàn)性能的影響，從而選取一組較優(yōu)解，對(duì)其進(jìn)行仿真，得出了較好的結(jié)果。 時(shí) 天線(xiàn)周?chē)沫h(huán)境不同，理想的空間與實(shí)驗(yàn)室之間有明顯的區(qū)別。 測(cè)量結(jié)果 與仿真結(jié)果 比較分析 （ a） 30 （ b） 圖 (a)測(cè)量結(jié)果圖 (b)仿真結(jié)果圖 通過(guò)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(xiàn)的 測(cè)量結(jié)果 還是有些偏差 ，分析其原因，主要有以下幾點(diǎn)： 。 利用 中優(yōu)化的參數(shù) 在 制作天線(xiàn)， 實(shí)物 如圖所示： 圖 改進(jìn)后的天線(xiàn)正面圖 圖 改進(jìn)后的天線(xiàn)背面圖 在進(jìn)行 測(cè) 量得出 如 圖 所示 波形 ： 29 圖 改進(jìn)后 11S 參數(shù)測(cè)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 。加工后的實(shí)物 天線(xiàn)如下圖所示： （ a）正面 （ b） 反面 圖 天線(xiàn)（原始參數(shù)） 本天線(xiàn)的測(cè)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(cè)量選擇測(cè)量 S11參數(shù)，并進(jìn)行頻段選擇，頻段選擇為 1GHz—10GHz。 天線(xiàn)實(shí)物的測(cè)量 天線(xiàn) S 參數(shù)測(cè)量 前面已經(jīng)對(duì) 微帶 天線(xiàn)的設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)步驟做了詳細(xì)的描述， 但是理論分析與仿真結(jié)果的正確與否需要通過(guò)對(duì)加工出的實(shí)際天線(xiàn)進(jìn)行測(cè)量驗(yàn)證。 圖 天線(xiàn)優(yōu)化仿真 11S 參數(shù)圖 從上圖可以看出天線(xiàn)參數(shù) H2 對(duì)天線(xiàn)的影響不是很大，但在 H2 為 5 的時(shí)候波形波動(dòng)比較大。 25 圖 天線(xiàn)優(yōu)化仿真 11S 參數(shù)圖 從上圖可以看出天線(xiàn)參數(shù) H1 對(duì)天線(xiàn)的影響不是很大，所以不必改變 H1 參數(shù)。對(duì)在中心頻率 的波形影響不大。 測(cè)試 R3 對(duì)天線(xiàn)的影響 在工程文件下選中 OptimetricsAddParametric,點(diǎn)擊 Add，在彈出的對(duì)話(huà)框中將 Variable改為 R1， start： ， stop： ， step： ，點(diǎn)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(xiàn)的仿真結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，從而使得天線(xiàn)的尺寸得到優(yōu)化，結(jié)果如圖 所示。 測(cè)試 R2 對(duì)天線(xiàn)的影響 在工程文件下選中 OptimetricsAddParametric,點(diǎn)擊 Add，在彈出的對(duì)話(huà)框中將 Variable改為 R1， start： 17， stop： ， step： ，點(diǎn)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(xiàn)的仿真結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，從而使得天線(xiàn)的尺寸得到優(yōu)化，結(jié)果如圖 所示。 測(cè)試 R1 對(duì)天線(xiàn)的影響 在工程文件下 選中 OptimetricsAddParametric,點(diǎn)擊 Add，在彈出的對(duì)話(huà)框中將 Variable改為 R1， start： ， stop： ， step： ，點(diǎn)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(xiàn)的仿真結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，從而使得天線(xiàn)的尺寸得到優(yōu)化，結(jié)果如圖 所示。最后加工出優(yōu)化的天線(xiàn)實(shí)物，測(cè)量其電參數(shù)。所以在原天線(xiàn)模型的基礎(chǔ)上，對(duì)文獻(xiàn)中天線(xiàn)的尺寸進(jìn)行優(yōu)化得到最優(yōu)解，這就是本章所討論的內(nèi)容。這些內(nèi)容為后文的優(yōu)化和天線(xiàn)尺寸對(duì)天線(xiàn)特性參數(shù)的影響的分析做好了重要準(zhǔn)備。然后簡(jiǎn)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(lì)和邊界條件。點(diǎn)擊 Add Trace 按鍵 ，結(jié)果如 所示。 菜單欄 中選擇 HFSSResultsCreate Report，報(bào)告類(lèi)型選 Far Fields，顯示類(lèi)型選 3D Polar Plot。其 90o 及 90o 方向增益幾乎為 0，在這些方向上可以對(duì)準(zhǔn)噪聲來(lái)源。點(diǎn)擊 確定 按鍵 ，結(jié)果如圖 所示。 HFSSResultsCreate Report，報(bào)告類(lèi)型選 Far Fields，顯示類(lèi)型選Radiation Pattern。 圖 天線(xiàn)輸入阻抗圖 從上圖可以看出，天線(xiàn)輸入阻抗波動(dòng) 很大 ， 說(shuō)明天線(xiàn)的 匹配特性 不是很好，還應(yīng)改進(jìn)。 天線(xiàn)輸入阻抗圖 選擇菜單欄 HFSSResultsCreate modal solution data Reportrectangular polt，顯示類(lèi)型選 Rectangular。 圖 11S 參數(shù)結(jié)果圖 從上圖 S11參數(shù)結(jié)果圖可以看出，天線(xiàn)在 —5GHz 內(nèi) |S11|≦ 10dB，具有很大的帶寬性能 ，但是天線(xiàn)后半部分中心頻率不在 ，有待優(yōu)化?？捶治鼋Y(jié)果，選擇菜單欄HFSSResultsCreate Report，報(bào)告類(lèi)型選 Modal S Parameters，顯示類(lèi)型選 Rectangular。 圖 設(shè)置掃頻 分析并創(chuàng)建報(bào)告 選擇菜單項(xiàng) HFSS Validation Check,檢查有效性，看是否有相關(guān)參數(shù)沒(méi)有設(shè)置。 設(shè)置 ：掃頻類(lèi)型 (Sweep Type)： Fast，頻率設(shè)置類(lèi)型： Linear Step，開(kāi)始頻點(diǎn)(Start)： 1GHz，結(jié)束頻點(diǎn) (Stop)： 10GHz，步長(zhǎng) (Step)： ，點(diǎn)擊 OK 鍵。 分析設(shè)置 菜單欄中的 HFSS 中選擇 Analysis SetupAdd Solution Setup， 在 常規(guī)標(biāo)簽，Solution Frequency 選 1GHz， Maximum Number of Passes 選擇 6， Maximum Delta S 選擇 ，點(diǎn)擊 OK 按鍵。 ：選中 天線(xiàn)下貼片 ，點(diǎn)擊 HFSS邊界 (Boundaries)分配 18 (Assign)理想金屬邊界 (Perfect E)，為其添加理想金屬邊界，點(diǎn)擊 OK。如圖 所示： 圖 波端口 設(shè)置 圖 創(chuàng)建空氣盒子 因?yàn)樘炀€(xiàn)的頻率分析設(shè)置在 1GHz 到 10GHz， 所以 輻射縫隙 和 空氣容積層之間的最小距離 為最小頻率 1GHz 時(shí) 的 四分之一波長(zhǎng)，即 min 754??cl mmf （ ） 選擇菜單欄目錄畫(huà)圖 (Draw)長(zhǎng) 方體 (Box)， 然后在長(zhǎng)方體的 坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)， 輸 入長(zhǎng)方體的起點(diǎn)位置 X： 30， Y： 40， Z： 30；在坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)，鍵入長(zhǎng) 方體的長(zhǎng)度、寬度和高度 dX：80， dY： 160， dZ： 100。 如圖 所示 17 圖 波端口設(shè)置 4 波 端口 (Wave Port)中模式 (Modes)，模數(shù) (Number of Modes)： 1，在 Integration Line 一欄中點(diǎn)擊 None 并選擇新線(xiàn) (New Line)， 在模型圖中先點(diǎn)擊波端口下中點(diǎn)在點(diǎn)擊波端口上中點(diǎn)。 (Edit)選擇 (Select)(Select by name)，選擇 上述 圖形 ，然后選擇菜單欄目錄 3D ModelerBooleanUnit。 (Edit)選擇 (Select)(Select by name)，選擇 9 和 11 圖形，然后選擇菜單欄目錄 3D ModelerBooleanUnit。 (Edit)選擇 (Select)(Select by name)，選擇 5 和 7 圖形，然后選擇菜單欄目錄 3D ModelerBooleanUnit。 X:L4+L5H2， Y:， Z:0。 X:L4+L5H1， Y:， Z:0。 (Edit)選擇 (Select)(Select by name)，選擇 上述 圖形，然后選擇菜單欄目錄 3D ModelerBooleanUnit。 X:L3+L4+L5+H1， Y:， Z:1. (Edit)選擇 (Select)(Select by name)，選擇 3 和 5 圖形，然后選擇菜單欄目錄 3D ModelerBooleanUnit。 X:L4+L5+H1， Y:，Z:1. 三角形 圖案 6：選擇菜單欄目錄畫(huà)圖 (Draw)直線(xiàn) (line)； 在坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)， 分別 鍵入 直 線(xiàn) 的 坐 標(biāo) X:L3+L4+L5 ， Y:(W+W2)/2 ， Z:1。 1：選擇菜單欄目錄畫(huà)圖 (Draw)矩形 (Rectangle)； 在坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)，鍵入長(zhǎng)方形的起點(diǎn)位置 X： L4+L5， Y： (WW2)/2， Z： 1； ，鍵入長(zhǎng)方形的長(zhǎng)度、寬度 dX： L2+L3， dY： W2， dZ： Z； 2：選擇菜單欄目錄畫(huà)圖 (Draw)矩形 (Rectangle)；在坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)，鍵入長(zhǎng)方形的起點(diǎn)位置 X： L2+L3+L4+L5， Y： (WW1)/2， Z： 1； ，鍵入長(zhǎng)方形的長(zhǎng)度、寬度 dX： LL2L3L4L5， dY： W1， dZ： Z； 3. 畫(huà)出 圓形 圖案 3：選擇菜單欄目錄畫(huà)圖 (Draw)圓 形 (cilcre)；在坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)，鍵入 圓的 圓心 位置 X： L4+L5， Y： (W+W2)/2， Z： 1； ，鍵入 圓 的 半徑 R： R3 4. 畫(huà) 出 圓形 圖案 4:選擇菜單欄目錄畫(huà)圖 (Draw)圓 ( cilcre)；在坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)，鍵入 圓 的 圓 14 心 位置 X： L3+L4+L5,Y： (W+W2)/2， Z： 1； ，鍵入 圓 的 半徑 R： R2 三角形 圖案 5：選擇菜單欄目錄畫(huà)圖 (Draw)直線(xiàn) (line)；在坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)， 分別 鍵入 直線(xiàn)的坐標(biāo) X:L4+L5， Y:(W+W2)/2， Z:1。 ： 長(zhǎng)方體 (Box)圖標(biāo) ； 長(zhǎng)方體的起點(diǎn) 設(shè)置為 X： 0， Y： 0， Z： 0； ， 輸 入長(zhǎng)方體的長(zhǎng)度、寬度和高度 dX： 26， dY： 60， dZ： 1； 3 添加變量 a 點(diǎn)擊菜單欄里的 HFSSDesign properties，在彈出的對(duì)話(huà)框點(diǎn)擊 Add，彈出如下對(duì)話(huà)框： 13 圖 添加變量 在 Name 欄填入要添加的變量，在 value 欄填入變量的大小，點(diǎn)擊 OK 按鈕完成。 圖 設(shè)置模型單位 建立介質(zhì)基片 1. 默認(rèn)材料 的設(shè)置 ： 在 3D 模型材料工具欄 中 選擇 Select ，如 所示。 如圖 所示。本文按圖 的流程圖來(lái)操作。而且，由 Ansoft HFSS和 Ansoft Designer 構(gòu)成的 Ansoft高頻解決方案，是目前唯一以物理原型為基礎(chǔ)的高頻設(shè)計(jì)解決方案，提供了從系統(tǒng)到電路直至部件級(jí)的快速而精確的設(shè)計(jì)手段，覆蓋了高頻設(shè)計(jì)的所有環(huán)節(jié)。 HFSS提供了一簡(jiǎn)潔直觀的用戶(hù)設(shè)計(jì)界面、精確自適應(yīng)的場(chǎng) 11 解器、擁有空前電 性能分析 能力的功能強(qiáng)大后處理器，能計(jì)算任意形狀三維無(wú)源結(jié)構(gòu)的 S參數(shù)和全波電磁場(chǎng)。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，所設(shè)計(jì)的天線(xiàn)如圖 所示： (a)天線(xiàn)的導(dǎo)帶面 (b)天線(xiàn)的接地面 圖 天線(xiàn)的結(jié)構(gòu)圖 基片參數(shù)為： 26 60mm ； 厚度 1 mm, εr= （基片材料 FR4） 天線(xiàn)導(dǎo)帶尺寸 （ mm）： W1=, W2=, W3=, R1=6， R2=, R3=, L1=5, L2= 2, L3=7, L4=3, L5=3 Ansoft HFSS 簡(jiǎn)介 HFSS – High Frequency Structure Simu