内容发布更新时间 : 2024/12/22 21:24:56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）

其次创建辐射边界，分为两部分：一是创建远区场，选择HFSS菜单下的Radiation，再选择Insert Far Field Setup，设置Infinite Sphere（无限大区域），将Phi角和Theta角的扫描范围均设为360度全方位扫描；二是创建边界条件，将馈电网络、辐射元和接地板全选中，设置为Finite Conductivity Boundary，将空气盒面设置为Radiation Boundary。

图4-7 设定辐射边界条件

最后建立分析设置，也分为两部分，一是选择Analysis Setup添加解决方案设置，设置中心频率为2.442GHZ,最大迭代次数设为20.

二是添加频率扫描，选择HFSS菜单，从分析设置中添加频率扫描范围（Add Sweep），由于要求的精度不高，扫描类型选择快速扫描（Fast）。由于中心频率为2.442GHZ，在此把扫描频率定在2G到3G就足够了。同时为了求解曲线比较平滑，求解步长尽量选择小一点，这里设为0.01。

图4-8 设定频率求解范围

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基本设置完成后，分析没有错误，经过仿真求解就可以观察计算结果了。选择模型树中的Results。查看终端S参数、端口阻抗、远区场覆盖图等。

选择创建报告，选择种类VSWR，数量VSWR（WavePort1），完成后Add Trace，点击Done。例如图4-9查看的是电压驻波比，横坐标为频率（2G~3G）。最低点就是中心频率在2.44G左右。一般要求工作频带内VSWR小于1.5可以满足要求，从图中可以看出在2.40G~2.48G频段内VSWR是小于1.3是完全可以满足要求的。

图4-9 观察天线电压驻波比

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五 天线仿真结果分析

在天线设计的指标中，辐射方向、工作带宽、辐射增益、电压驻波比VSWR以及输入端口的行波反射系数S11是必须考虑的几个重要方面。Ansoft HFSS软件基于自适应网格剖分技术，用户可以很方便的设置材料类型、边界条件和物理尺寸对任意的三维模型进行全波分析求解，进行求解分析。Ansoft HFSS软件可以计算出各种主要的天线设计参数。

在天线设计过程中还设计了单层一元微带贴片天线，并求解分析，现在拿来和本毕业论文所设计的双层阵列天线相对比，现在在增益参数和反射参数两方面进行对比参照分析，进而得出本设计的优越之处。

图5-1 基于Ansoft HFSS单层一元天线建模

5.1天线增益参数的分析

天线的辐射方向和增益可以表征天线辐射能量的集束能力和天线从传输线获得的输入功率转化成辐射功率的效率，不仅关系到电磁波传输的方向范围和距离范围，而且关系到天线的发射能力和接收灵敏度。在微带天线中影响天增益的因素包括以下几个方面

1 介质基板的损耗大小； 2 天线辐射的表面波损耗； 3 方向性的强弱；

4 匹配网络和输入端的匹配情况； 5 天线结构的导体损耗。

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图5-1所示结构单层一元天线，其介质为材料为Rogers TMM(4) ，相对介电常数为4.5，损耗正切0.002；图4-5所示结构二为二元天线阵列，相对于结构一有两点不同，一是采用了组阵的方式增强了方向性，增加了发射方向上的增益。二是增加了空气介质层，空气的损耗正切几乎为0，减小了天线的损耗，也可以增加增益。通过图5-2和图5-3的对比验证了以上两点。

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图5-2 单层一元天线增益图 图5-3 双层阵列天线增益图

图5-4单层一元天线二维方向图 图5-5双层阵列天线二维方向图

如图5-2和图5-4所示，单层一元天线水平波瓣宽度100度，垂直波瓣宽度95度，增益7.5dB。而图5-3和图5-5所示，双层阵列天线水平波瓣宽度90度，垂直波瓣宽度35度，增益11.2dB。双层二元阵列天线在增益和方向性方面的优势还是比较显著的。

5.2天线反射参数的分析

在微波电路中，电压和电流由于高频特性的原因已经不能描述电路的特点，并且难以测量。为了表征微波电路的特性需要用能在微波频率下直接测量的散射参数。也简称S参数[12]，具体到天线领域，由于只需要研究输入端口的情况，只需要散射参数的一种，就是S11参数，表示的是输入端口的反射和入射的比值。普通意义上的S11和电压驻波比VSWR

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是可以相互换算的，也就是说有时候S11和电压驻波比VSWR只需要观察一种就可以了，本文选择观察S11.。通常S11在实际意义上不仅可以表示输入功率的利用率，而且还可以根据不同频率下的S11观察元件的工作带宽。S11越小功率的利用率越大，一般取S11在-15dB以下。

本例中的微带天线是一种谐振天线，一般只能工作在谐振频率附近，频带比较窄[13]。为了实际的需要，拓宽微带天线的带宽的研究是当今的一个发展方向。一般情况下介质板的厚度和介电常数是影响微带天线工作带宽的主要因素。本文通过增加使用空气介质层从而加大介质厚度，对工作带宽的拓宽起到了很好地效果。

图5-6 单层一元天线S11参数

图5-7 双层阵列天线S11参数

经过Ansoft HFSS软件对天线的S11进行求解，自动得出了S11的曲线图，如图5-6单层一元天线S11小于-15dB以下的带宽在20M左右。而图5-7是双层阵列天线的S11小于-15dB以下的带宽已经接近了100M。已经完全可以满足无线网桥天线的对带宽的实际要求。

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