烟台大学毕业论文（设计）基于HFSS的微带天线设计Microstrip antenna design based on HFSS申请学位：工学学士学位院系：光电科学技术与信息学院烟台大学毕业论文（设计）任务书院（系）：光电信息科学技术学院[摘要]天线作为无线收发系统的一部分，其性能对一个系统的整体性能有着重要影响。
近年来内置天线在移动终端数量日益庞大的同时功能也日益强大，对天线的网络覆盖及小型化也有了更高的要求。
由于不同的通信网络间的频段差异较大，所以怎样使天线能够覆盖多波段并且同时拥有足够小的尺寸是设计内置天线的主要问题。
微带天线具有体积小，重量轻，剖面薄，易于加工等诸多优点，得到广泛的研究与应用。
微带天线的带宽通常小于3％，在无线通信技术中，对天线的带宽有了更高的要求；而电路集成度提高，系统对天线的体积有了更高的要求。
随着技术的进步，在不同领域对于天线的各个要求越来越高，所以对微带天线的尺寸与性能的分析有着重要的作用。
对此，本文使用HFSS 软件研究了微带天线的设计方法，论文介绍及分析了天线的基本概念和相关性能参数，重点对微带天线进行了研究。
本文介绍了微带天线的分析方法，并使用HFSS 软件的天线仿真功能，对简单的微带天线进行了仿真和分析。
[关键词] 微带天线设计分析HFSS[Abstract]Antenna as part of the wireless transceiver system, its performance important impact on the overall performance of a system. Internal antenna in recent years an increasingly large number of mobile terminals while also increasingly powerful, and also network coverage and miniaturization of the antenna Band differences between the different communication networks, cover band and also problem of the design built-in antenna. Microstrip antenna with small size, light weight, thin profile, easy to process many advantages, extensive research and application. Microstrip antenna bandwidth is typically less than 3% the bandwidth of the antenna in wireless communication technology; improve the integration of the circuit the size of the antenna.As technology advances in different areas for various requirements of the antenna important role. Article uses HFSS microstrip antenna design, the paper introduces and analyzes the basic concepts and performance parameters of the antenna, with emphasis on the microstrip antenna.This article describes the analysis of the microstrip antenna and antenna simulation in HFSS simulation and analysis functions, simple microstrip antenna.[Key Words]Microstrip antenna design analysis HFSS目录1 绪论 (3)1.1 课题研究背景 (3)1.2微带天线的发展 (2)2 天线的基本概念及原理 (3)2.1天线的基本概念 (3)2.2天线辐射原理 (3)2.3天线的基本参数 (4)2.3.1 天线的极化 (5)2.3.2 天线方向图的概念 (5)2.3.3 天线输入阻抗的计算方法 (6)2.3.4 天线的谐振频率与工作频带宽度 (7)2.3.5 天线的驻波比 (7)3 微带天线概述 (7)3.1微带天线的简介 (7)3.1.1微带天线结构与分类 (7)3.1.2 微带天线的性能 (8)3.1.3 微带天线的形状 (8)3.2 微带天线的分析方法 (8)3.2.1 物理模型 (9)3.2.2 辐射原理 (9)3.2.3 微带天线的结构 (9)4 微带天线的相关理论及实例仿真 ..................................................... 错误！未定义书签。
4.1微带天线的基本理论 ....................................................................... 错误！未定义书签。
4.2微带天线的仿真 ............................................................................... 错误！未定义书签。
4.3HFSS对具体实例的仿真................................................................. 错误！未定义书签。
4.3.1 选取微带天线模型 ................................................................... 错误！未定义书签。
4.3.2 HFSS 的仿真过程 .................................................................... 错误！未定义书签。
4.3.3 仿真结果 (10)4.3.4 结论分析 (11)结语 (11)致谢....................................................................................................... 错误！未定义书签。
参考文献 (12)1 绪论1.1课题研究背景天线作为无线收发系统的一部分，其性能对一个系统的整体性能有着重要影响。
近年来内置天线在移动终端数量日益庞大的同时功能也日益强大，对天线的网络覆盖及小型化也有了更高的要求。
由于不同的通信网络间的频段差异较大，所以怎样使天线能够覆盖多波段并且同时拥有足够小的尺寸是设计内置天线的主要问题。
微带天线具有体积小，重量轻，剖面薄，易于加工等诸多优点，得到广泛的研究与应用。
微带天线的带宽通常小于3％，在无线通信技术中，对天线的带宽有了更高的要求；而电路集成度提高，系统对天线的体积有了更高的要求。
微带天线(Microstrip antenna)是由导体薄片粘贴在背面有导体接地板的介质基片上形成的天线，随着科技的进步、空间技术的发展和低剖面天线的需求，使微带天线进一步发展。
和普通的天线相比，微带天线有这些优点：体积小，重量轻，低剖面，能与载体共形；易于实现线极化和圆极化，容易实现双频段、双极化等多功能工作[1]；微带天线散射截面较小；易于集成微带线路，成本低，易于大规模生产。
微带天线已得到越来越多的关注，已用于约100MHz～100GHz的宽广频域，包括卫星通信，雷达，制导武器以及便携无线电设备等的使用。
为了实现更优秀的带宽及增益，可以使用相同结构的微带天线组成微带天线阵列。
然而，微带天线的主要缺点是[2]：频带窄；有导体和电介质损耗，会激励表面波，导致辐射效率较低；方向系数较低；单个的微带天线的功率容量小；性能受基片材料的影响大。
1.2 微带天线的发展微带天线问世时间不长，在20世纪70年代初研制成功最早具有实用价值的微带天线。
微带天线具有很多突出的优点，使微带天线在短短几十年中快速发展。
在卫星通信，指挥和控制系统，多普勒雷达，卫星导航接收机，遥测导弹，武器信管等许多领域，微带天线占领着举足轻重的地位[3] 。
微带天线正在逐步应用于较低的频段中，如VHF VHF波段，使它不止在厘米波和毫米波波段有所作为。
这些频段正是目前迅速发展的移动通信，无线调制解调器等常用的频段。
微带天线的小型化是微带天线的方向发展之一[4]。
有三种方法可以减小微带天线的尺寸：一是采用高介电常数介质。
天线的谐振频率一定，介电常数与天线的尺寸成反比，但是由于微带天线的增益和带宽也随Σ的增大而减小，限制了这种方法的应用；二是采用短路探针，附加额外的短路探针并把它靠近馈电探针时，可以显著减小贴片的大小；这是减小尺寸最明显的方式，其原理是利用短路探针和同轴探针之间形成强耦合，等效于一个电容负载，进行阻抗补偿，但短路探针和馈电探针之间距离很近，对输入阻抗的特性影响非常敏感，难以处理和调试，另外，这种天线的频带窄，增益低，也限制了其应用; 三是在微带贴片上开槽以延长贴片的表面电流路径，从而降低了天线的谐振频率，这是目前小型化技术的主要方法，开槽不仅降低了天线的谐振频率，而且还保证了一定的增益和带宽，对天线性能没有大的影响，容易实现圆极化和双频双极化特性。
近年来，许多研究已发表许多小型圆极化的微带天线。
这些天线实现了圆极化辐射而且尽可能的减小了天线的尺寸，尺寸减小最大可以达到大约50％，但这样导致天线的增益很低。
所以在保证高增益的基础上尽可能的减小天线尺寸是研究的方向。
近年来出现的“光电子带隙的PGB（Photonic Band-Gap）”基片材料可有效地抑制表面波，解除了用较厚基片的限制，提高天线的增益，削弱了阵元之间的相互耦合。
微带线馈线网络是另一个方向的研究[5]。
优先的结构方案是采用探针的背馈方式将辐射部分借接地板隔开。
介质波导馈电的方案，为了减少馈线的长度将各辐射单元直接连接在传输接收组件上，接收通道放大器还可以补偿传输损耗，将成为大规模阵列系统发展的主流。
2 天线的基本概念及原理天线是一个用于发送和接收电磁波的重要的无线电设备，没有天线就没有无线电通信。