内容发布更新时间 : 2024/11/13 7:51:00星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

*******2013届本科毕业论文（设计）

图3-4 端口1到端口2的传输参数S21

如图3-4所示，同样设置端口2的输入阻抗也为80Ω时，2端口的出射波与1端口的入射波的比值S21在2G至3G频率范围内大于-0.19dB，大部分能量均能传输出来，也能说明匹配效果很好，从侧面说明了微带线的阻抗和预定值相差不大。

3.2.2 功分器的设计

为了实现等幅同相馈电，所以选取的是并联馈电的方式，需要一个一分二的功分器，将功率分成两路分配到两个阵元上。在射频电路中功分器可以集成到元器件为一体，也有独立的功分器作为一个器件来用[9]。功分器也可以分为可无源功分器和有源功分器，有源功分器的特点就是有增益。本文中采用如图3-5结构。

Z0 （2）

Z0 R1 Z1 Z2 （3）

?4 （1） R2 ?4 图3-5 微带线功分器示意图

Z0

设端口1处上下两个交汇处的阻抗为R1和R2，由于等分则R1=R2，根据传输线原理，相距?4的Z0和R1之间如果要达到良好的匹配[10]，则Z1取Z0和R1的几何平均值： Z1=Z0?R1 （3-12） 为了不发生反射，R1和R2并联应等于Z0，于是R1=2Z0，最终得出Z1的值：

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Z1=Z0?R1=Z0?2Z0=2Z0 （3-13） 一般选择Z0=50Ω，Z1约等于70Ω。图3-6为基于HFSS软件的功分器模型。

图3-6 基于HFSS的功分器建模

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四 基于Ansoft HFSS软件的天线建模仿真

4.1 Ansoft HFSS简介

Ansoft HFSS软件是ANSYS公司推出的基于自适应网格剖分技术的三维电磁场仿真软件。是目前高频设计的主要设计和分析工具，在射频产品研制过程中正日益发挥着越来越重要的作用。应用HFSS软件设计天线可以自动的得到各种天线参量，如增益、方向性、远场方向图剖面、远场3D图等[11]。协同其他ANSYS系列的仿真软件例如Ansoft Designer可以设计各种有源和无源的器件。Ansoft HFSS是目前微波工程设计的主流软件。利用Ansoft HFSS进行仿真设计可以在基于计算机的情况下就可以对设计的结果进行分析和优化，并且Ansoft HFSS软件自带的计算功能可以大大降低了设计难度。可以降低设计成本，缩短设计周期。

4.2 模型创建步骤 4.2.1 设置运行环境

首先要设置运行环境，由于S参数是设计天线主要考虑的参数之一，要求功率的利用率

和效率，这就要选择模式驱动（Driven modal），该模式所得到的S参数是通过计算入射功率和反射功率来得到的。

图4-1 驱动模式选择

4.2.2选择介质基板材料

在Ansoft HFSS中选择介质基板的材料，根据表中提示Relative Permittivity表示相对介电常数。Dielectric Loss Tangent 表示损耗正切。Relative Permeability表示相对穿透率。选择左下方View/Edit Materials选项卡还可以编辑介质的属性，选择Add Materials选项卡可以增加所需要的介质材料。本文选择Rogers TMM 4(TM)。点击确定。

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图4-2 选择介质材料

4.2.3设定模型尺寸

首先设置辐射元尺寸，设置W=56mm，L=41.55mm，坐标位置（-28mm，20.775mm，1.6mm）。如图4-3所示为设置窗口。

接下来建立馈电网络，W1为匹配线的宽度W1=2.5mm，W2为50Ω线的宽度W2=20.4mm，W3为70Ω线的宽度W3=6.2mm。

图4-3 基于HFSS的馈电网络建模

最后创建接地板，接地板最少要超出辐射元?g/10的长度。WG=218mm，LG=128mm。接地板距离介质基片的距离为3.2mm。

最终的天线模型如下，当中为了获得更好的对称效果添加了变量，起到了很好地效果，也方便了设计。

图4-4 天线模型的侧视图

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图4-5 基于HFSS的模型俯视图及电场分布

4.3基于Ansoft HFSS的计算仿真

Ansoft HFSS可以根据物理模型计算出天线的S参数、端口阻抗、辐射场等参数。是做射频器件的首选软件。

首先添加激励，在Wave Port的对话框下选择Modes，选择Integration Line下的New Line，然后在选择好的平面上画一条积分线。在Post Processing选项下设置输入阻抗为50Ω。

图4-6 添加激励积分线

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