班级：姓名：学号：指导教师：**成绩：电子与信息工程学院信息与通信工程系1微带天线简介微带天线的概念首先是有Deschaps 于1953年提出来的，经过20年左右的发展，Munson 和Howell 于20世纪70年代初期造出了实际的微带天线。
微带天线由于具有质量轻、体积小，易于制造等优点，现今已经广泛应用于个人无线通信中。
假设矩形贴片的有效长度设为L e ，则有L e =λg /2式中，λg 表示导波波长，有λg =λ0/ε式中，λ0表示自由空间波长；εe 表示有效介电常数，且εe =21)121(2121-+-++w h εε式中，εr 表示介质的相对介电常数；h 表示介质厚度；w 表示微带贴片的宽度。
因此，可计算出矩形贴片的实际长度L ，有L=L e -2ΔL=λ0/e ε-2ΔL=2102-ef c εΔL 式中，c 表示真空中的光速；f 0表示天线的工作频率；ΔL 表示等效的辐射缝隙的长度，且有ΔL=0.412h ()()()()8.0264.0258.03.0++-+h W h W εε 矩形贴片的宽度W 可以由下式计算，W=212102-⎪⎭⎫ ⎝⎛+εf c对于同轴线馈电的微带贴片天线，在确定了贴片长度L 和宽度W 之后，还需要确定同轴线馈点的位置，馈点的位置会影响天线的输入阻抗。
在微波应用中通常是使用50Ω的标准阻抗，因此需要确定馈点的位置使天线的输入阻抗等于50Ω.对于如图所示的同轴线馈电的微带贴片天线，坐标原点位于贴片的中心以（x f ，y f ）表示馈点的位置坐标。
对于TM 10模式，在W 方向上的电场强度不变，因此理论上的W 方向上的任一点都可以作为馈点，为了避免激发TM 1n 模式，在W 方向上的馈点的位置一般取在中心点，即 y f =0在L 方向上电场有λg /2的改变，因此在长度L 方向上，从中心点到两侧，阻抗逐渐变大；输入阻抗等于50Ω时的馈点可以由下式计算，x f =)(2L L ξ 式中， )121(212121)(l h L +--++=εεξ上述分析都是基于参考地平面是无限大的基础上的，然而实际设计中，参考地都是有限面积的，理论分析证明来了当参考地平面比微带贴片大出6h 的距离时，计算结果就可以达到足够的准确，因此设计中参考地的长度L GND 和宽度W GND 只需要满足以下条件即可， L GND ≥L+6hW GND ≥W+6h2设计指标和天线结构参数计算我这次设计的矩形微带天线工作于ISM 频段，其中心频率为 2.45GHz ；无线局域网（WLAN ）、蓝牙、ZigBee 的无线网络均可以工作在该频段上。
选用的介质板材为Rogers R04003，其相对介电常数εr =3.38，厚度h=5mm ；天线使用同轴线馈电。
微带天线的三个关键参数如下：工作频率f 0=2.45GHz ；介质板材的相对介电常数εr =3.38；介质厚到h=5mm 。
1.矩形贴片的宽度W把c=3.0×108m/s ，f0=2.45GHz ，εr =3.38带入，可以计算出微带天线矩形贴片的宽度，即W=0.0414m=41.4mm2.有效介电常数εr把h=5mm，W=41.4mm，εr=3.38带入，可以计算出有效介电常数，即εe=2.953.辐射缝隙的长度ΔL把h=5mm，W=41.4mm，εe=2.95带入，可以计算出微带天线辐射缝隙的长度，即ΔL=2.34mm4.矩形贴片的长度L把c=3.0×108m/s，f0=2.45GHz，εe=2.95，ΔL=2.34mm带入可以计算出微带天线矩形贴片的长度，即L=31.0mm5.参考地的长度L GND和宽度W GND把h=5mm，W=41.4mm，L=31.0mm分别带入，可以计算出微带天线参考地的长度和宽度，即L GND≥61.8mm W GND≥71.4mm6.同轴线馈点的位置坐标（x f，y f）把εr=3.38，W=41.4mm，L=31.0mm分别带入，可以计算出微带天线同轴线馈点的位置坐标（x f，y f），即x f =9.5mm y f =0mm3新建HFSS工程3.1运行HFSS并新建工程双击桌面上的HFSS快捷方式，启动HFSS软件。
HFSS运行后，会自动新建一个工程文件，选择主菜单【File】>【Save As】命令，从弹出的菜单中选择【Rename】命令项，把设计文件重新命名为weidaitx。
图3-1新建项目3.2设置求解类型设置当前设计为驱动求解类型。
从主菜单栏选择【HFSS】>【Solution Type】，打开如图所示的对话框，选择Driven Modal 单选按钮，然后单击ok按钮，退出对话框，完成设置。
图3-2设置求解类型3.3创建微带天线模型3.3.1设置默认长度单位设置当前设计在创建模型时使用的默认长度单位为毫米。
从主菜单栏选择【3D Modeler】>【Unite】命令，打开如图所示的“模型长度单位设置”对话框。
在该对话框中，Select unite项选择毫米单位（mm），然后单击ok按钮，退出对话框，完成设置。
图3-3设置单位3.3.2建模相关选项设置从主菜单栏选择【Tools】>【Options】>【Modeler Options】命令，打开Modeler Options 对话框，选中Drawing选项卡界面的Edit properties of new primitive复选框，如图所示。
然后单击确定按钮，退出对话框，完成设置。
图3-4设置选项3.3.3创建参靠地在z=0的xOy面上创建一个顶点位于（-45mm，-45mm），大小为90mm×90mm的矩形面作为参考地，命名为GND，并分配理想导体边界条件。
(1)查看工具栏，确认三维模型窗口的当前工作平面为xOy面。
(2)从主菜单栏选择【Draw】>【Rectangle】命令，进入创建矩形面模型的状态。
在三维模型窗口的任一位置单击鼠标左键确定一个点；然后在xy面上移动鼠标光标，在绘制出一个矩形后单击鼠标左键确定第二个点，此时弹出矩形面“属性”对话框。
(3)单击该对话框的Command选项卡，在Position项对应的Value值处输入矩形面起始点坐标（-45，-45，0），在XSize项对应的Value处输入矩形面的长度90，YSize项对应的Value值输入矩形面的宽度90；然后单击对话框的Attribute选修卡，在Name项对应的Value 值处输入矩形面的名称GND，单击Transparent项对应的Value值按钮，设置模型透明度为0.6，单击确定按钮结束。
图3-5创建参考地(4)在三维模型窗口单击右键，从弹出菜单中选择【Assign Boundary】>【Perfect】打开如图所示的对话框，为选中的矩形面GND分配理想导体边界条件。
(5)在打开的对话框中，Name项对应的文本框处输入PerfE_GND，将理想导体边界命名为PerfE_GND，然后单击ok按钮结束。
此时理想导体边界条件的名称会添加到工程树的Boundaries节点下。
图3-6理想导体边界3.3.4创建介质板层创建一个80mm×80mm×5mm的长方体作为介质板层，介质板层的底部位于参考地上，其顶点坐标为（-40，-40，0）介质板的材料为R04003，介质板命名为Substrate。
(1)从主菜单栏选择【Draw】>【Box】命令，画好一个矩形。
此时弹出长方体的“属性”对话框。
(2)单击对话框Command选项卡，输入顶点坐标（-40，-40，0）长、宽和高80、80和5。
(3)单击对话框的Attribute选项卡，修改名字为Substrate，单击Material项对应的Value 值按钮，打开如下所示的对话框，搜索并选中介质材料Rogers R04003，然后单击确定按钮；单击Color项对应的Edit按钮，修改模型的颜色；单击Transparent项对应的Value值按钮，设置透明度为0.6；最后单击确定按钮，完成设置。
图3-7设置材料3.3.5创建微带贴片在z=0的xOy面上创建一个顶点坐标为（-15.5mm，-20.7mm，5mm），大小为31.0mm×41.4mm的矩形面作为贴片，命名为Patch，并为其分配理想导体边界条件。
(1)从主菜单栏选择【Draw】>【Rectange】命令，画出一个矩形面，弹出矩形面“属性”对话框。
(2)单击该对话框的Command选项卡，修改起始坐标（-15.5，-20.7，5），输入矩形面的长度31.0和宽度41.4.然后单击对话框的Attribute选项卡，修改名字为Patch；修改颜色；设置透明度为0.4；最后单击确定按钮。
图3-8创建微带贴片(3)按下快捷键Ctrl+D，适合窗口大小全屏显示创建的模型。
(4)在操作历史树中，单击选择新建的微带贴片Patch，选中后的模型会高亮显示。
(5)在三维模型窗口单击右键，从弹出的菜单中选择【Assign Boundary】>【Perfect E】打开如下所示的对话框，给微带贴片Patch分配理想导体边界条件，并将理想导体边界命名为PerfE_Patch，然后单击确定。
3.3.6创建同轴馈线的内芯创建一个圆柱体作为同轴馈线的内芯，圆柱体的半径为0.5mm，长度为5mm，圆柱体底部圆心坐标为（9.5mm，0，0），材料介质为理想导体，同轴馈线命名为Feed。
(1)从主菜单栏中选择【Draw】>【Cylinder】命令，画出一个圆柱体，弹出“属性”对话框。
(2)单击该对话框的Command选项卡，输入底面圆心坐标（9.5，0，0），输入半径0.5，高度5(3)单击对话框的Attribute选项卡，修改名字为Feed，设置长方体的材料为pec，然后单击确定按钮，完成设置。
创建后的模型如下。
图3-9创建内芯3.3.7创建信号传输面端口同轴线需要穿过参考地面，传输信号能量。
因此需要在参考地面GND上开一个远孔允许能量传输。
圆孔的半径为1.5mm，圆心坐标为（9.5mm，0，0），并将其命名为Port。
(1)从主菜单栏选择【Draw】>【Circle】命令，画好一个圆，弹出“属性”对话框。
(2)单击该对话框的Command选项卡，输入圆心坐标（9.5，0，0）输入半径1.5，然后单击Attribute选项卡，修改名字Port，最后单击确定，生成一个圆面port，跌加在参考地面GND上。
(3)按住Ctrl键，同时从操作历史树中按先后顺序单击选择面GND和Port；然后从主菜单选择【3D Modeler】>【Boolean】>【Substrate】命令，打开如下所示的对话框；确认对话框的Blank栏显示的是GND，Tool Parts栏显示的是Port，表明使用参考地模型GND 减去圆面Port；为了保留圆面Port本身，请选中对话框的Clone tool objects before subtracting 复选框。