实验二电磁波发射天线的模拟仿真

电动力学实验报告

电磁波发射天线的模拟仿真

学 院：专业班级：学生姓名：学 号：指导教师：完成时间：

应用科学学院 某某某 2013年7月2号

一、实验目的

1．熟悉并了解CST 的软件环境。

2．通过实验掌握天线的实际画法及步骤。

3．了解电磁波发射天线的模拟仿真过程，进一步了解电磁波发射现象。

二、实验原理及要求

在CST微波工作室中，通常采用瞬态求解器来计算天线，典型的天线特

性，如S参量（S11参数）、主瓣方向、增益、效率等，都将被自动计算和显示。按照如下图的天线模型形自行设计可接受2GHz左右的电磁波信号的天线并仿真出结果，同时作出一定分析。（碳纳米管的半径为R，轴向方向沿z轴，长度为L，中间馈电端口缝隙为D）

三、实验步骤

1、选择天线模板

启动CST，在弹出的“Welcome”对话框中点击“OK”按钮，创建一个新项目。然后会看到选择模板对话框，选择Antenna(Horn,Waveguide)，并点击OK按钮。 2、设置单位

用鼠标左键单击主菜单上的按钮，在下拉菜单中选择，然后在弹出的对话框中将单位设置值更改为：mm，GHz，ns，然后点击OK按钮。 3、设置背景材料

假设天线在理想的真空环境中。用鼠标左键单击主菜单上的按钮，在下拉菜单中选择，然后在弹出的对话框中设置各参数。 4、定义天线结构

用鼠标左键单击主菜单上的按钮，在下拉菜单中选择 ，然后在弹出的对话框中设置各参数。其中

a??。

5、建立模型

天线为圆柱结构，用鼠标左键单击主菜单上的按钮，在下拉菜单中选择，在出现的子菜单中选择，然后再按下键盘上的ESC键，在出现在对话框中输入碳纳米管天线的半径、长度、材料特性等参数。设置完成后点击OK按钮。

用鼠标左键单击主菜单上的按钮，在下拉菜单中选择 ，在出现的子菜单中选择，然后再按下键盘上的ESC键，在出现在对话框中输入碳纳米管天线的半径、长度、材料特性等参数。设置完成后点击OK按钮。

6、定义激励端口

为了给天线提供馈电端口，设置柱体中间部分为馈电缝隙，采用中心馈电。用鼠标左键单击主菜单上的按钮，在下拉菜单中选择，在出现的子菜单中选择，然后再按下键盘上的ESC键，在出现在对话框中输入碳纳米管天线的半径、长度、材料特性等参数，设置完成后点击OK按钮。

用鼠标左键单击主菜单上的按钮，在下拉菜单中选择 ，然后在弹出的对话框中设置端口的类型、名称和放置位置等参数。设置完成后点击OK按钮，就得到设置好离散端口的天线模型。 7、设置仿真频率范围

用鼠标左键单击主菜单上的按钮，在下拉菜单中选择，然后在弹出的对话框中设置仿真频率范围。 8、设置边界条件

由于天线辐射能量到自由空间，选择开放边界条件。开放边界条件需要在器件和边界之间增加一些空间以得到最佳的性能。只需要很小的距离，开放边界条件就可以做到很精确。

因为所需空间大小不确定，所以在边界条件中选择open(add space)，系统会自动算出必需的空间。 9、设置远场监视器

为计算天线的表面电流分布、远场增益和方向图，开始仿真前需要定义“场监视器”，CST微波工作室中可以定义任意多个任意频率的表面电流分布和远场监视器，即可由一次仿真计算出多个频点的表面电流分布和天线远场，用鼠标左键单击主菜单上的按钮，在下拉菜单中选择，然后在弹出的对话框中指定要计算的频点。 10、启动瞬态求解器

用鼠标左键单击主菜单上按钮，在下拉菜单中选择，将弹出瞬态求解器对话框。在此对话框中对求解器精度、激励源等参数设置完成后，点击Start按钮。系统将自动进行仿真计算。 11、计算天线阵列

在CST微波工作室中，提供后处理功能，可以利用仿真单根碳纳米管天线的远场结果来计算由相同的天线单元组成的任意的天线阵列的远场分布。用鼠标左键单击主菜单上按钮，在下拉菜单中选择，然后在弹出的对话框中，选择选项，再点击按钮，在弹出的对话框中，输入空间偏移量、相移等参数，再点击按钮后，每个阵元的坐标和它们各自的幅度和相位均显示在对话框中，最后点击OK按钮，系统将按所定义的阵列计算出远场分布。

四、实验结果

1、ISI db、VSWR和Abs图

2、天线的方向图