【正文】 nna using[Z]or[Y] matrix interpolation with the method of moments[J]．IEEE Trans on Antennas Propagation，47(1)：65~68．13 POZAR D M． and scattering from a micro strip patch on a uniaxial substrate[J]．IEEE Trans on Antennas Propagation，35(6)：613~62114 Cameron R coupling matrix synthesis techniques for microwave Theory and Techniques,51(1):1~1015 Bayliss condition for the numerical solution of elliptic equations in exterior J APPL MATH,42:430~45116 Daniel J coupling between antennas for emission or receptionapplication to passive active Transactions on Antennas and (2):347~34917 Amari S，Rosenberg synthesis of a new class of bandstop Transaction on Microwave Theory and (2):607~61618 JACKSON D R． RCS of rectangular micro strip patch in a substrate—superstrate geometry[J]．IEEE Trans on Antennas Propagation，38(1)：2~8．19 Jin W J V engineer’s approach for terminating finite element meshes in scattering APS Symposium :1216~1219致謝時光荏苒，四個月的畢業(yè)設計已接近尾聲，回首一步步走過的腳印，對于曾幫助我及指導我的老師和同學，在此致以最真誠的感謝。(4)在模型設置選擇上，圓形貼片具有更多可選擇空間。(3) 矩形貼片天線在實現(xiàn)圓極化方面要求更低，圓形貼片天線擁有更高的性能標準。(2) 微帶天線的輻射參數(shù)存在自相矛盾性。31 結論 通過論文以上的分析研討，HFSS仿真結果可得到以下結論：(1) 微帶貼片天線理論數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)有較為明顯的偏差。值得注意的是，圓形貼片的輻射方向分為兩個方向，從輻射方向幅度來看，圓形貼片具有更大的幅度跨越。和36176。 (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面電場輻射最強方向在0176。 (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。之間都擁有低于3dB的帶寬，良好地實現(xiàn)了圓極化特性；圓形貼片在有限的幾點上有較好的軸比表現(xiàn)，但大多幅度上都表現(xiàn)欠佳。矩形貼片在100176。矩形貼片天線帶寬約為10%，圓形貼片天線約為15%。 第4章 輻射特性比較及結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。 本章從理論出發(fā)，以前章矩形貼片微帶天線為基礎，設計出圓形貼片微帶天線。 優(yōu)化過程和優(yōu)化結果與矩形天線類似，在此不再贅述，將最終優(yōu)化結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。(3)變量與軸比關系將饋電x坐標（lx），饋電y坐標（ly），旋轉角度（radx），切角x坐標（cutx），切角y坐標（cuty），等坐標加入到初步優(yōu)化軸比中。 初步優(yōu)化s曲線圖由于圓形貼片天線的性能不能單獨依靠理論公式計算，需要通過仿真分析才能得到較為準確的輻射特性圖，故將初步優(yōu)化結果附于此，做初步分析，增益與中心頻率如上圖所示。（2）變量與增益關系帶寬關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），饋電點位置等。下圖為圓形貼片圓極化輻射特性微帶天線整體模型圖： 結果及優(yōu)化經(jīng)過對模型的仔細研討，適當增加一些變量，將結果影響分析更加細致。確認后選擇并右擊setup1，選擇Add Frequency sweep，彈出窗口中設置名稱為Sweep1，Sweep Type選擇Fast，頻率設置中Type選擇LinearCount，從1GHZ到5GHZ，共40份。其他變量運用與此類似，以下不予贅述。選擇HFSS目錄下Design Properties，依次添加各個變量，然后將模型樹中與變量有關的數(shù)值改為變量名稱。選擇積分中心點（2,3,0），設置積分線（1,0,0） 表示電流線沿x軸積分。，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。，插入長方體，命名為Air，頂點坐標（150，150，70），長300mm，寬300mm，高150mm，材質(zhì)選擇air。，插入一個圓，命名為port，中心坐標（2,3,0）。Blank Parts窗口里顯示patch，Tool Parts窗口里顯示cut，cut1，點擊確認完成切角。選中cut，選擇edit，在窗口里選擇Arrange，再選擇Rotate，在新窗口中輸入35，表示旋轉35176。模型樹里選中cut右擊，edit中選擇Duplicate，再選擇Around Axis，彈出窗口中選擇z軸對稱，旋轉180度，一共兩份。上建立相同矩形切角。，插入一個圓形，命名為patch，頂點坐標（0，0,10）半徑為31mm，理想電場輻射特性，perfect E Boundary中更名為PerfE_patch。，插入一個長方體，命名為sub，頂點坐標（40,40,10），長80mm，寬80mm，高10mm，選擇介質(zhì)材料為Rogers Ro4003。選中矩形，右擊窗口中選擇Assign Boundary,在彈出窗口中選擇Perfect E，彈出窗口中更名為PerfE_GND。將諧振頻率fr=，代入上文公式中，得出圓形半徑R=，饋電點位置初步擬定坐標（2,3）。解決辦法是對探針引起的電感進行補償，微帶天線的輸入阻抗和饋電探針的電感可表示為： ； 上式中XL表示探針引出的電感，η和k分別表示特性阻抗和介質(zhì)中的波數(shù)，d為探針的直徑。天線的諧振頻率 ，其中經(jīng)驗公式中，a表示圓形貼片半徑，εr表示介質(zhì)的有效介電常數(shù)，c表示光速。在邊緣的任何點上，介質(zhì)層中的電流都不能正交于邊緣的分量，由此說明H的邊沿切向分量可以忽略。 把圓形天線的模型看做是微帶線腔體模型，在以微帶線和地板為邊界的場內(nèi)，電場E只有z分量，而磁場H只有x和y分量。本章以下部分將詳細介紹圓形天線設計的基本流程。矩形天線的主要輻射特性基本符合工程要求。 矩形天線Simth匹配圓圖如上圖所示，在f=，歸一化阻抗RX=+，因此匹配阻抗Rx=。到50176。 矩形天線E面輻射方向圖如上圖所示，在Theta=0176。之間，在0176。 分析上圖可得軸比小于3dB的方向為80176。將變量值帶入模型中得到天線輻射特性圖。再次將范圍縮小進行進一步優(yōu)化。優(yōu)化結果如下所示： 軸比優(yōu)化圖由圖中的曲線圖可直觀看到，經(jīng)過大量的仿真分析，最后結果終于趨向于軸比為0，較好地實現(xiàn)了軸比優(yōu)化，為了驗證結果將優(yōu)化后的數(shù)據(jù)加入模型中。進一步優(yōu)化軸比和阻抗，將變量切角大?。╟utx），饋電點位置（lx）設為優(yōu)化變量，選擇合適的變量范圍進行優(yōu)化。 優(yōu)化結果如圖所示： ，此時patchx=，subh=。選中工程樹中Optimetrics右擊，選擇Add，再選擇Optimization,彈出窗口中模式選擇連續(xù)非線性優(yōu)化法（Sequential Nonlinear Programming）,最大份數(shù)30，添加優(yōu)化目標，即取s參數(shù)的最小值。優(yōu)化思路：先將比較容易獲取的參數(shù)指標優(yōu)先優(yōu)化，比如增益，帶寬，中心頻率，輻射方向等，然后優(yōu)化比較復雜的參數(shù)指標，如阻抗，軸比等。根據(jù)以上結果的初步確定，對天線進行進一步優(yōu)化設計。(4)阻抗加入變量饋點位置（lx），生成以下阻值表： 分析阻抗表可以得出隨著lx的增大，匹配阻抗也隨之增大。(3)圓極化特性圓極化具體影響的條件比較復雜，主要是切角大小，饋點位置，天線尺寸相結合，達到比較合理的搭配，就能得到比較成功的圓極化特性，軸比即是衡量圓極化特性的重要標準，一般工程上認為小于3dB的軸比即可滿足圓極化要求。分析四條s參數(shù)曲線在小于10dB的帶寬m2(5mm)有明顯的增長，其他值m3(6mm),m4(7mm)帶寬大致相同，m1(4mm)由于沒有足夠的增益因此不做討論。當駐波比（VSWR）小于2時有10%的帶寬，反射系數(shù)s11小于10dB即可滿足工程要求。經(jīng)過分析可初步確定patch在31mm附近取值。由此看出與理論值并不相符，經(jīng)過多次試驗仍舊會出現(xiàn)此種情況，但在宏觀的長度條件下，依舊遵循長度與中心頻率成反比的理論公式，也由此我們可以猜測圓極化天線的中心頻率，由于軸比的不同，對中心頻率產(chǎn)生一定的影響。由以上基本模型和理論數(shù)據(jù)為基礎，通過加入不同變量對仿真結果進行進一步討論。，選擇主窗口HFSS下Validation Check選項，當所有選項都顯示正確，表示可以進行仿真分析。，在左側工程樹里選中并右擊Analysis，選擇Add Solution Setup，彈出窗口中保留默認名字setup1。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坐標（,5），更改為（patchx/2,patchx/2,subh），長patchx，寬patchx。如下圖所示： ，初步擬定重要變量，介質(zhì)層厚度為subh，初始值5mm；貼片長度patchx，初始值31mm；切角長度cutx，初始值5mm；饋點中心點位置lx，初始值8mm。在彈出窗口中選擇New Line。模型樹中選中Air，右擊選擇Assign Boundary，再選擇Radiation,更名為Rad_air。如上第六步方法在GND中切除port，在Subtract窗口里選中復選框，表示保留port在模型樹中位置，因為在后續(xù)設置激勵時，需要從port點輸入饋電。，插入圓柱體，命名為feed，中心坐標（0,8,0），高5mm，材質(zhì)為pec（理想電導體）。如圖所示： 圖 ，按住Ctrl鍵，依次在模型樹中選擇patch，cut，cut1，右擊選擇edit，選擇Boolean，再選擇Subtract。模型樹里選中cut右擊，edit中選擇Duplicate，再選擇Around Axis，彈出窗口中選擇z軸對稱，旋轉180度，一共兩份。，插入線段，命名為cut，依次輸入線段坐標（0,0,0），（5,0,0），（0,5,0），（0,0,0），形成一個邊長為5mm的等腰直角三角形，將三角形移動到矩形貼片的角上，并在矩形對角上建立相同三角形。在設計樹中雙擊選中sub，彈出窗口中選擇Material，選擇edit，材質(zhì)選擇界面選擇Rogers Ro4003（tm）。在設計樹雙擊選中GND，彈出窗口中選擇Transparent,。 矩形天線建模 ，插入一個矩形，矩形名字為GND，起始坐標（40，40，0），長80mm，寬80mm，設置參考地的輻射特性為理想電場特性。 仿真模型 HFSS簡介 HFSS是目前常用的天線設計軟件，基于電磁場有限元分析法用于分析微波工程問題，可實現(xiàn)電磁場有關參數(shù)的計算、仿真、優(yōu)化等功能。因此選擇方形貼片，這樣既能較好地實現(xiàn)圓極化輻射特性，也可達到預期的工程參數(shù)指標要求。所以計算出L=，w=，=。，由以上公式則可以算出微帶天線的大致長度L，寬度w。貼片的實際長度L=Le2==，C表示真空中的光速，表示天線的工作頻率，表示等效輻射縫隙長度。 ，其中λo自由空間波長，εe表示有效介電常數(shù)。 矩形天線數(shù)據(jù)計算設計天線的首要步驟是選定中心頻率，本文設計的矩形微帶貼片天線以ISM頻段的傳輸頻率f= 作為中心頻率。　　對右旋圓極化波（）式右邊取，只需定義 　　　　　　　　　 （）則以上的討論對右旋圓極化波完全適用，由三角關系　　　　　　可見，若是左旋圓極化波的饋電點，則或就是右旋圓極化波的饋電點。由（）式可