综合课程设计
课程名称： 2.4GWIFI微带天线设计
姓 名： 学 号： 专业班级： 指导教师：
2014 ——2015 学年第 2 学期
南昌工程学院
一、 设计目的：
通过仿真了解微带天线的设计
二、 微带天线的基本概念
微带天线是在微带板上加上有一定形状金属导体片和另一面全部镀金属相当于由两部分变形的导线，其两端的变化造成电波的辐射。
其中全部镀金属的一面叫做接地板，另一面称为辐射元。微带板的厚度远小于波长，辐射元的长度约等于二分之一波长，微带线的馈电方式有微带线馈电的侧馈和同轴探针对贴片的背馈。这几部分构成了微带天线。
三、 微带天线的分析方法
天线的计算求解主要是计算出周围空间的电磁场性质，进而计算出电磁场的方向图，增益等参数，一直以来的分析方法可以分为以下三种：传输线模型理论、空腔模型理论、积分方程法也称为全波理论。传输线模型理论的分析比较简便，从一维的角度，把天线看作特殊的导线适用于矩形微带贴片天线。空腔模型理论相对传输线模型理论比较准确也实用，从二维的角度把天线和周围空间看做一个腔体来分析。积分方程法是最严格的，相对来讲属于三维的分析方法，从该方法可以衍生出很多种微带分析方法。
现在也产生了很多新的分析方法，格林函数法(Green’S Function Approach，GFA)是基于积分方程法的简化；多端网络法(Multiport Network Approach，MNA)是来源于空腔模型理论的延伸；在工程上比较实用的是有限元法，又分为解析法、近似解析法和数值法。在工程上比较实用的软件Ansoft HFSS便是建立在有限元法的基础上的。
四、 微带天线的基本电参数
1） 2） 3） 4） 5） 6）
中心频率：f0=2.45GHz 工作频段：2.4～2.4835GHz
驻波比系数：VSRW<2.0，f0处VSWR<1.1
频带宽度：绝对带宽大于84MHz，且相对带宽在3%以上 增益：G>3dB 输入阻抗：50W
五、 2.4G微带天线设计
仿真步骤：
1、建立新的工程 运行HFSS，点击菜单栏中的Project>Insert HFSS Dessign，建立一个新的工程。 2、设置求解类型
（1）在菜单栏中点击HFSS>Solution Type。 （2）在弹出的Solution Type窗口中 （a）选择Driven Modal。 （b）点击OK按钮。
3、创建微带天线模型 （1）创建地板GroundPlane。在菜单栏中点击Draw>Rectangle,
创建矩形模型。在坐标输入栏中输入起始点的坐标：X：-45，Y：-45，Z：0按回车键。在坐标输入栏中输入长、宽：dX：90，dY：90，dZ：0按回车键。在特性（Property）窗口中选
择Attribute标签，将该名字修改为GroundPlane。 （2）为GroundPlane设置理想金属边界。在菜单栏中点击Edit>Select>By Name。在对话框中选择GroundPlane，点击OK确认。在菜单栏中点击HFSS>Boundaries>Assign>Perfect E。在理想边界设置窗口中，将理想边界命名为PerfE_Ground，点击OK确认。在3D模型窗口中将3D模型以合适的大小显示（可以用Ctrl+D来操作）。
（3）建立介质基片。在菜单栏中点击Draw>Box或者在工具栏中点击按钮 ，创建长方 体模型。在右下角的坐标输入栏中输入长方体的起始点位置坐标：X: -22.5，Y：-22.5，Z：0。按回车键结束输入。输入各坐标时，可用Tab键来切换。输入长方体X、Y、Z三个方向的尺寸：dX：45，dY：45，dZ：5按回车键结束输入。在特性（Property）窗口中选择Attribute标签，将该名字修改为Substrate。点击Material选项后面的按钮，将材料设置为 Rogers R04003。点击Color后面的Edit按钮，将颜色设置为绿色，点击OK确认。 （4）建立贴片Patch。在介质基片上创建贴片天线。在菜单栏中点击Draw>Rectangle,创建 矩形模型。在坐标输入栏中输入起始点的坐标：X：-16，Y：-16，Z：5按回车键。在坐标Attribut标签，将该名字修改为Patch。点击Corlor后面的Edit按钮，将颜色设置为黄色，点击OK确认。
（5）为Patch设置理想金属边界。在菜单栏中点击Edit>Select>By Name。在对话框中选择Patch，点击OK确认。在菜单栏中点击HFSS>Boundaries>Assign>Perfect E。在理想边界设置窗口中，将理想边界命名为PerfE_Patch，点击OK确认。 （6）创建探针Pin。在菜单栏中点击Draw>Cylinder。在坐标输入栏中输入圆柱中心点的坐 标：X：0，Y：-8，Z：0按回车。在坐标输入栏中输入圆柱半径：dX：0, dY：0.5，dZ：0 按回车键。在坐标栏中输入圆柱的高度：dX：0，dY：0，dZ：5；按回车键结束输入。在特性（Porperty）窗口中选择Attributr标签，将该圆柱的名字修改为Pin。点击Material后面的按钮，将材料设置为pec。利用快捷键Ctrl+D将模型调整至合适大小。（7）创建端口面Port。在菜单键中点击Draw>Circle。在坐标输入栏中输入圆心点的坐标：X：0，Y：-8，Z：0按回车键。在坐标输入栏输入半径：dX：0，dY：1.5，dZ：0按回车键。在特性（Property）窗口中选择Attribute标签，将名字修改为Port。
（8）用GroundPlane 将Port减去。在菜单栏中点击Eidt>Select>By Name,在弹出的窗口中利用Ctrl键选择GroundPlane和Port。在菜单栏中点击3D Modeler>Boolean >Subtract , 在Subtract窗口中做以下设置：Blank Parts：GroundPlane；Tool Parts：Port；选中 Clone tool objects before subtract 复选框。点击OK按钮结束设置。
4、创建辐射边界 创建Air，在菜单栏中点击Draw>Box,创建长方体模型。在右下角的坐标输入栏中输入长方体的起始点位置坐标：X：-80，Y：-80，Z：-35；按回车键结束输入。输入长方体的尺寸：dX：160，dY：160，dZ：70按回车键。在特性（Property）窗口中选择Attribute标签，将长方体的名字修改为Air。在菜单栏中点击Edit>Select>By Name 。在对话框中选择Air，点击OK确认。在菜单栏中点击HFSS>Boundaries>Radiation。在辐射边界窗口中，将辐射边界命名为Rad1，点击OK按钮。
5、设置端口激励
在菜单栏中点击Edit>Select>By Name，选中Port，在HFSS>Excitation>Assign>Lumped Port。在LumpedPort窗口的General标签中，将该端口命名为p1，点击Next。在Modes 标签中的Integration line zhong点击None，选择New Line，在坐标栏中输入：X：0，Y：9.5，Z：0；dX：0，dY：-1，dZ：0。按回车键，点击Next按钮直至结束。
总透视结构图
1）.接地板GroundPlane：90mm*90mm
2）.介质基片Substrate:45mm*45mm*5mm，,材料Rogers R04003。 3）.贴片天线Patch:32mm*32mm
4）.探针Pin半径0.5mm*高5mm,材料Pec。
5）.端口面Port半径1.5，最后用GroundPlane将Port减去。 6）.空气框Air160mm*160mm*70mm,将辐射边界命名为Rad1。 7）.馈电点距Patch中心8mm处。
6、求解设置 为该问题设置求解频率及扫频范围 （a）设置求解频率。在菜单栏中点击HFSS>Analysis Setup>Add Solution Setup 。在求解设置窗口中做以下设置：Solution Frequency ：2.45GHz；Maximun Number of Passes：15；Maximun Delta S per Pass ：0.02。点击OK结束。
（b）设置扫频。在菜单栏中点击HFSS>Analysis Setup>Add Sweep 。选择Setup1，点击OK确认。在扫频窗口中做以下设置：Sweep Type：Fast；Frequency Setup Type：Linear Count； Start :2.0GHz；Stop：3.0GHz；Count：400；将Save Field复选框选中，点击OK确认。
7、设置无限大球面 在菜单栏中点击HFSS>Radiation>Insert Far Field Setup>Infinite Sphere。在Infinite Sphere标签中做以下设置：Phi：Start：0 deg，Stop：180deg，Step：90 deg；Theta：Start：0 deg， Stop：360 deg，Step：10 deg。点击OK确认。
8、保存工程 在菜单栏中点击File>Save As,在弹出的窗口中将工程命名为hfss_Patch, 并选择保存路径。
9、求解该工程 在菜单栏点击HFSS>Analyze。
六、 仿真图与分析
1、（1）实验图(原)
（2）改变数据后的图