贴片天线研究 第一部分天线的基本知识 (2) 第二部分贴片天线设计 (11) 第三部分贴片天线的应用 (24) 第四部分贴片天线的性能 以及SAR的分布 (31) 附录 (38) 小组成员：李黎轩冷继男 钟颐华刘同 2004年1月2日
第一部分 天线的基本知识 总括 天线是我们在设计射频系统时所需考虑得最后一部分内容。然而可不能小视天线的重要作用，轻敌将导致设计前功尽弃。天线作为无线传输的一部分，它的作用概括起来说是传送与接受电磁场能量。在第一部分中，我们将介绍天线的最基本知识，以指导接下来贴片天线的设计。 定义 天线是一个具备传输与发送电磁能量的导电元件。天线能够将电磁能量转化为电磁场传播出去，同时又能够通过将空间中的电磁场转化为电磁能量来接收电磁波。如何在同一天线上实现电磁能量的接收（receive ）与传播(transmit)是天线的一个重要属性 . 天线的主要特征参数有： 天线的中心频率（center frequency ）、带宽(bandwidth)、天线的极化(polarization)、天线增益gain 、辐射模型(radiation pattern)、阻抗(impedance)。 传输线的特征参数 λ Lambda Wavelength （单位：米） 在自由空间中传播的电磁场，速度为光速。即8 3.0010/c m s =?. VSWR Voltage Standing Wave Ratio ，电压驻波系数 dB Decibel 分贝的引入为在使用中表示方便 dBm dBm 表示功率，相对于1 mw 为基准定义 dBi 天线增益，以等方向天线为参考
各大仿真软件介绍（包括算法，原理） 随着无线和有线设计向更高频率的发展和电路复杂性的增加，对于高频电磁场的仿真，由于忽略了高阶传播模式而引起仿真的误差。另外，传统模式等效电路分析方法的限制，与频率相关电容、电感元件等效模型而引起的误差。例如，在分析微带线时，许多易于出错的无源模式是由于微带线或带状线的交叉、阶梯、弯曲、开路、缝隙等等，在这种情况下是多模传输。为此，通常采用全波电磁仿真技术去分析电路结构，通过电路仿真得到准确的非连续模式S参数。这些EDA仿真软件与电磁场的数值解法密切相关的，不同的仿真软件是根据不同的数值分析方法来进行仿真的。通常，数值解法分为显示和隐示算法，隐示算法（包括所有的频域方法）随着问题的增加，表现出强烈的非线性。显示算法（例如FDTD、FIT方法在处理问题时表现出合理的存储容量和时间。本文根据电磁仿真工具所采用的数值解法进行分类，对常用的微波EDA仿真软件进行论述。2．基于矩量法仿真的微波EDA仿真软件基于矩量法仿真的EDA 软件主要包括A D S（Advanced Design System）、Sonnet电磁仿真软件、IE3D和Microwave office。 2.1ADS仿真软件Agilent ADS(Advanced Design System)软件是在HP EESOF系列EDA软件基础上发展完善起来的大型综合设计软件，是美国安捷伦公司开发的大型综合设计软件，是为系统和电路工程师提供的可开发各种形式的射频设计，对于通信和航天／防御的应用，从最简单到最复杂，从离散射频／微波模块到集成MMIC。从电路元件的仿真，模式识别的提取，新的仿真技术提供了高性能的仿真特性。该软件可以在微机上运行，其前身是工作站运行的版本MDS（Microwave Design System）。该软件还提供了一种新的滤波器的设计引导，可以使用智能化的设计规范的用户界面来分析和综合射频／微波回路集总元滤波器，并可提供对平面电路进行场分析和优化功能。它允许工程师定义频率范围，材料特性，参数的数量和根据用户的需要自动产生关键的无源器件模式。该软件范围涵盖了小至元器件，大到系统级的设计和分析。尤其是其强大的仿真设计手段可在时域或频域内实现对数字或模拟、线性或非线性电路的综合仿真分析与优化，并可对设计结果进行成品率分析与优化，从而大大提高了复杂电路的设计效率，使之成为设计人员的有效工具[6-7]。2.2Sonnet仿真软件Sonnet是一种基于矩量法的电磁仿真软件，提供面
rf 微波|射频|仿真|通信|电子|EMC|天线|雷达|数值 ---- 专业微波工程师社区: https://www.doczj.com/doc/4c6934284.html, HFSS FULL BOOK v10中文翻译版568页(原801页) (分节 水印 免费 发布版) 微波仿真论坛 --组织翻译 有史以来最全最强的 HFSS 中文教程 感谢所有参与翻译,校对,整理的会员 版权申明: 此翻译稿版权为微波仿真论坛(https://www.doczj.com/doc/4c6934284.html,)所有. 分节版可以转载. 严禁转载568页完整版. 推荐: EDA问题集合(收藏版) 之HFSS问题收藏集合 https://www.doczj.com/doc/4c6934284.html,/hfss.html Q: 分节版内容有删减吗? A:没有,只是把完整版分开按章节发布,免费下载.带水印但不影响基本阅读. Q: 完整版有什么优势? A:完整版会不断更新,修正,并加上心得注解.无水印.阅读更方便. Q: 本书结构? A: 前200页为使用介绍.接下来为实例(天线,器件,EMC,SI等).最后100页为基础综述 Q: 完整版在哪里下载? A: 微波仿真论坛( https://www.doczj.com/doc/4c6934284.html,/read.php?tid=5454 ) Q: 有纸质版吗? A:有.与完整版一样,喜欢纸质版的请联系站长邮寄rfeda@https://www.doczj.com/doc/4c6934284.html, 无特别需求请用电子版 Q: 还有其它翻译吗?A:有专门协助团队之翻译小组.除HFSS外,还组织了ADS,FEKO的翻译.还有正在筹划中的任务! Q: 翻译工程量有多大?A:论坛40位热心会员,120天初译,60天校对.30天整理成稿.感谢他们的付出! Q: https://www.doczj.com/doc/4c6934284.html,只讨论仿真吗? A:以仿真为主.微波综合社区. 论坛正在高速发展.涉及面会越来越广! 现涉及 微波|射频|仿真|通信|电子|EMC|天线|雷达|数值|高校|求职|招聘 Q: https://www.doczj.com/doc/4c6934284.html,特色? A: 以技术交流为主,注重贴子质量,严禁灌水; 资料注重原创; 各个版块有专门协助团队快速解决会员问题; https://www.doczj.com/doc/4c6934284.html, --- 等待你的加入 RF https://www.doczj.com/doc/4c6934284.html, rf---射频(Radio Frequency)
绪论 微波（Microwave）是电磁波谱中介于超短波与红外线之间的波段，它属于无线电波中波长最短（即频率最高）的波段，其频率范围从300MHz（波长1m）至3000GHz（波长0.1mm）。通常又将微波段划分为分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波四个分波阶段，在通信和雷达工程上还使用拉丁字母来表示微波更细的分波段。表1给出了常用微波分波段的划分。 表1 常用微波分波段的划分 波段符号频率/GHz 波段符号频率/GHz UHF 0.3--1.12 Ka 26.5--40.0 L 1.12--1.7 Q 33.0--50.0 LS 1.7--2.6 U 40.0--60.0 S 2.6--3.95 M 50.0--75.0 C 3.95--5.85 E 60.0--90.0 XC 5.85--8.2 F 90.0--140.0 X 8.2--12.4 G 140.0--220.0 Ku 12.4--18.0 R 220.0--325.0 K 18.0--26.5 对于低于微波频率的无线电波，其波长远大于电系统的实际尺寸，可用集总参数电路的理论进行分析，即为电路分析法；频率高于微波波段的光波、X射线、γ射线等，其波长远小于电系统的实际尺寸，甚至与分子、原子的尺寸相比拟，因此可用光学理论进行分析，即为光学分析法；而微波则由于其波长与电系统的实际尺寸相当，不能用普通电子学中电路的方法研究或用光学的方法直接去研究，而必须用场的观点去研究，即由麦克斯韦尔方程组出发，结合边界条件来研究系统内部的结构，这就是场分析法。 正因为微波波长的特殊性，所以它具有以下特点。 （1)似光性 微波具有类似光一样的特性，主要表现在反射性、直接传播性及集束性等几方面，即：由于微波的波长与地球上的一般物体（如飞机、轮船、汽车等）的尺寸相比要小得多，或在同一量级，因此当微波照射到这些物体上时会产生强烈的反射，基于此特性人们发明了雷达系统；微波如同光一样在空间直线传播，如同光可聚焦成光束一样，微波也可通过天线装置形成定向辐射，从而可以定向传输或接收由空间传来的微弱信号以实现微波通信或探测。 （2）穿透性 微波照射到介质时具有穿透性，主要表现在云、雾、雪等对微波传播的影响较小，这为全天候微波通信和遥感打下了基础，同时微波能穿透生物体的特点也为微波生物医学打下了基础；另一方面，微波具有穿越电离层的透射性，实验证明：微波波段的几个分波段，如1--10GHz、20--30GHz及91GHz附近受电离层的影响较小，可以较为容易的由地面向外层空间传播，从而成为人类探索外层空间的“无线电窗口”，它为空间通信、卫星通信、卫星遥感和射电天文学的研究提供了难得的无线电通道。 （3）宽频带特性 我们知道，任何通信系统为了传递一定的信息必须占有一定的频带，为传输某信息所需的频
电磁辐射的测量基础知识 电磁辐射的测量方法通常与测量点位和辐射源的距离有关，即，所进行的测量是远场测量还是近场测量。由于远场和近场的情况下，电磁场的性质有所不同，因此，要对远场和近场测量有明确的了解。 1、电磁场的远场和近场划分 电磁辐射源产生的交变电磁场可分为性质不同的两个部分，其中一部分电磁场能量在辐射源周围空间及辐射源之间周期性地来回流动，不向外发射，称为感应场；另一部分电磁场能量脱离辐射体，以电磁波的形式向外发射，称为辐射场。 一般情况下，电磁辐射场根据感应场和辐射场的不同而区分为远区场（辐射场）和近区场（感应场）。由于远场和近场的划分相对复杂，要具体根据不同的工作环境和测量目的进行划分，一般而言，以场源为中心，在三个波长范围内的区域，通常称为近区场，也可称为感应场；在以场源为中心，半径为三个波长之外的空间范围称为远区场，也可称为辐射场。近区场通常具有如下特点： 近区场内，电场强度与磁场强度的大小没有确定的比例关系。即：E=377H。一般情况下，对于电压高电流小的场源(如发射天线、馈线等)，电场要比磁场强得多，对于电压低电流大的场源(如某些感应加热设备的模具)，磁场要比电场大得多。 近区场的电磁场强度比远区场大得多。从这个角度上说，电磁防护的重点应该在近区场。 近区场的电磁场强度随距离的变化比较快，在此空间内的不均匀度较大。 远区场的主要特点如下： 在远区场中，所有的电磁能量基本上均以电磁波形式辐射传播，这种场辐射强度的衰减要比感应场慢得多。 在远区场，电场强度与磁场强度有如下关系：在国际单位制中，E=377H，电场与磁场的运行方向互相垂直，并都垂直于电磁波的传播方向。 远区场为弱场，其电磁场强度均较小 近区场与远区场划分的意义： 通常，对于一个固定的可以产生一定强度的电磁辐射源来说，近区场辐射的电磁场强度较大，所以，应该格外注意对电磁辐射近区场的防护。对电磁辐射近区场的防护，首先是对作业人员及处在近区场环境内的人员的防护，其次是对位于近区场内的各种电子、电气设备的防护。而对于远区场，由于电磁场强较小，通常对人的危害较小。 对我们最经常接触的从短波段30MHz到微波段的3000MHz的频段范围，其波长范围从10米到1米。 2、远区场的测量 在远区场（辐射场区），可引入功率密度矢量（波印廷矢量），电场矢量、磁场矢量、波印廷矢量三者方向互相垂直，波印廷矢量的方向为电磁波传播方向。 在数值上，E=377H，S=EH=E2/377。其中电场强度E的单位是(V/m)，磁场强度H的单位是(A/m)，功率密度的单位是（W/m2）,全部是国际单位制(SI)。 由公式可看出，在远场区，电场与磁场不是独立的，可以只测电场强度，磁场强度及功率密度中的一个项目，其他两个项目均可由此换算出来。 一般情况，关于远场和近场的测量问题可以简化为： 国标规定，当电磁辐射体的工作频率低于300MHz时，应对工作场所的电场强度和磁场强度分别测量。当电磁辐射体的工作频率大于300MHz时，可以只测电场强度。 300MHz频率相应的波长为1米，λ/6为16cm，16cm之外辐射场占优势。如按3λ的划分界限，距辐射源3米之外可认为是远场区。 一般电磁环境是指在较大范围内由各种电磁辐射源，通过各种传播途径造成的电磁辐射背景值，因而属于远区场，辐射的频谱非常宽，电磁场强度均较小。 1GHz以下远区辐射场的测量，可用远区场强仪，也可用干扰场强仪。
射频微波工程师经典参考书[精华] 射频微波工程师经典参考书 1.《射频电路设计--理论与应用》『美』 Reinhold Ludwig 著电子工业出版社 个人书评:射频经典著作，建议做RF的人手一本，里面内容比较全面，这本书要反复的看，每读一次都会更深一层理解. 随便提一下，关于看射频书籍看不懂的地方怎么办,我提议先看枝干或结论有个大概印象，实在弄不明白就跳过(当然可问身边同事同学或GOOGLE一下)，跳过不是不管它了，而是尽量先看完自己能看懂的，看第二遍的时候再重点抓第一次没有看懂的地方，人的思维是不断升华的，知识的也是一个系统体系，有关联的，当你把每一块砖弄明白了，就自然而然推测出金字塔塔顶是怎么架设出来的。 2. 《射频通信电路设计》『中』刘长军著科学技术出版社 个人书评:有拼凑之嫌(大量引用书1和《微波晶体管放大电路分析与设计》内容)，但还是有可取之处，加上作者的理解，比看外文书(或者翻译本)看起来要通俗易懂，毕竟是中国人口韵。值得一看，书上有很多归纳性的经验. 3(《高频电路设计与制作》『日』市川欲一著科学技术出版社 个人书评:本人说实话比较喜欢日本人写书的风格和语言，及其通俗，配上图示，极其深奥的理论看起来明明朗朗，比那些从头到尾只会搬抄公式的某些教授强们多了，本书作者的实践之作，里面都是一些作者的设计作品和设计方法，推荐一看. 4. 《LC滤波器设计与制作》『日』森荣二著科学技术出版社 个人书评:语言及其通俗易懂，完全没有深奥的理论在里面，入门者
看看不错，但是设计方法感觉有点落后，完全手工计算.也感觉内容的太细致，此书一般. 5. 《振荡电路设计与应用》『日』稻叶宝著科学技术出版社 个人书评:这边书还不错，除了学到振荡电路设计，还学到了很多模拟电路的基础应用，唯一缺点书中的内容涉及频率的都不够高(k级，几M,几十，几百M的振荡器)，做有源电路的可以看一下,整体感觉还行. 6. 《锁相环电路设计与应用》『日』远坂俊昭著科学技术出版社 个人书评:对PLL原理总是搞不太明白的同学可以参考此书，图形图片很多，让人很直观明白，比起其他PLL书只会千篇一律写公式强千倍。好书，值得收藏～ 7. 《信号完整性分析》『美』 Eric Bogatin 著电子工业出版社 个人书评:前几章用物理的方法看电子，感觉不好理解，写的感觉很拗口，翻译好像也有些不到位，但后面几章写的确实好，尤其是关于传输线的，对你理解信号的传输的实际过程，能建立一个很好的模型，推荐大家看一下，此书还是不错的.(看多了RF的，换换胃口) 8. 《高速数字设计》『美』 Howard Johnson著电子工业出版社 个人书评:刚刚卓越买回来，还没有动“她”呢，随便翻了下目录，做高速电路和PCB Layout的工程师一看要看下，这本书也是经典书喔～ 9.《蓝牙技术原理开发与应用》『中』钱志鸿著北京航空航天大 学出版社 个人书评:当时自己做蓝牙产品买的书，前2年仅有的几本，上面讲了一下蓝牙的基本理论(恰当的说翻译了蓝牙标准)，软件，程序的东西占大部分内容. 10.《EMC电磁兼容设计与测试案例分析》『中』郑军奇著电子工业出版社 个人书评:实战性和很强的一本书，本人做产品经常要送去信息产业部电子研究5所做EMC测试，认证.产品认证是产品成功的临门一脚，把这脚球踢好，老板
附录 COMSOL Multiphysics 的MATLAB 矢量计算基础 W. B. J. ZIMMERMAN 1，J. M. REES 2 1 Department of Chemical and Process Engineering, University of Sheffield, Newcastle Street, Sheffield S1 3JD United Kingdom 2 Department of Applied Mathematics, University of Sheffield, Hicks Building, Sheffield 矢量计算支撑了偏微分方程和它们的数值近似求解。为了很好的使用有限元方法，建模人员应该掌握矢量计算基础知识。本科毕业的工程师可能学过矢量计算的数学课程，但是由于没有碰到过矢量计算的实际应用，这时在工程建模中使用矢量计算就受到限制。本附录介绍了所有COMSOL MULTIPHYSICS WITH MATLAB 中用到的矢量计算基础知识。所以也可以将该附录当作是COMSOL MULTIPHYSICS WITH MATLAB 多变量微分计算的入门读本。当我们写该附录时曾经争论过是否将这部分内容直接加入到第一章（数值分析基础）中，因为导数的数值近似是偏微分方程求解的基础，而偏微分方程是COMSOL MULTIPHYSICS 的基本运算单元。确实，在学习波谱法求解偏微分方程时，基本理论就是“导数理论”——如何使用波变换方法来近似导数。所以通过对比发现，有限元方法的基础就是数值微分。所以争论就不存在了，第一章主要是关于COMSOL MULTIPHYSICS 直接计算的基本问题的。但是不管多有用，近似导数仍然只是建模的一个中间步骤，不是目标本身。 我们这里只考虑用于矢量计算的MATLAB 基础，本附录的重点在于特征值分析和逻辑表达式。这些在整本书中都有体现。应当注意到我们这里介绍的每个功能都可以在COMSOL Script 中实现。本书中唯一不能在COMSOL Script 中实现的Matlab 命令就是fminsearch 。 1．矢量回顾 1.1 矢量表达 FEMLAB 可以处理标量、矢量和矩阵数据，这里简单介绍一下矢量的表达（作为MATLAB 矩阵数据类型的一个特例）。标量可以作为一个单独的数，但是矢量是具有大小和方向的。在如图1所示的右手坐标系系统中，向量a 用以下形式表达： 123123(,,) a a a a a a =++=a i j k a (1) 这里i ，j 和k 是坐标方向的单位矢量，1a ，2a ，3a 是向量a 在各轴方向上的分量。它们是a 对各单位矢量i ，j 和k 的投影。对于坐标系中的P 点（x ，y ，z ），矢量P 对于初始坐标系统O 的位置为： (,,) x y z x y z =++=r i j k (2) MATLAB 用分量的形式描述列矢量或行矢量： >> a = [1; 2; 3]; % column vector
电磁场仿真软件简介 随着电磁场和微波电路领域数值计算方法的发展，在最近几年出现了大量的电磁场和微波电路仿真软件。在这些软件中，多数软件都属于准3维或称为2.5维电磁仿真软件。例如，Agilent公司的ADS（Advanced Design System）、AWR公司的Microwave Office、Ansoft公司的Esemble、Serenade和CST公司的CST Design Studio等。目前，真正意义上的三维电磁场仿真软件只有Ansoft公司的HFSS、CST公司的Mafia、CST Microwave Studio、Zeland公司的Fidelity和IMST GmbH公司的EMPIRE。从理论上讲，这些软件都能仿真任意三维结构的电磁性能。其中，HFSS（HFSS是英文高频结构仿真器（High Frequency Structure Simulator）的缩写）是一种最早出现在商业市场的电磁场三维仿真软件。因此，这一软件在全世界有比较大的用户群体。由于HFSS进入中国市场较早，所以目前国内的电磁场仿真方面HFSS的使用者众多，特别是在各大通信技术研究单位、公司、高校非常普及。 德国CST公司的MicroWave Studio（微波工作室）是最近几年该公司在Mafia软件基础上推出的三维高频电磁场仿真软件。它吸收了Mafia软件计算速度快的优点，同时又对软件的人机界面和前、后处理做了根本性的改变。就目前发行的版本而言，CST 的MWS的前后处理界面及操作界面比HFSS好。Ansoft也意识到了自己的缺点，在刚刚推出的新版本HFSS（定名为Ansoft HFSS V9.0）中，人机界面及操作都得到了极大的改善。在这方面完全可以和CST媲美。在性能方面，两个软件各有所长。在速度和计算的精度方面CST和ANSOFT成绩相差不多。值得注意的是，MWS采用的理论基础是FIT（有限积分技术）。与FDTD（时域有限差分法）类似，它是直接从Maxwell 方程导出解。因此，MWS可以计算时域解。对于诸如滤波器，耦合器等主要关心带内参数的问题设计就非常适合；而HFSS采用的理论基础是有限元方法(FEM)，这是一种微分方程法，其解是频域的。所以，HFSS如果想获得频域的解，它必须通过频域转换到时域。由于，HFSS是用的是微分方法，所以它对复杂结构的计算具有一定的优势。 另外，在高频微波波段的电磁场仿真方面也应当提及另一个软件：ANSYS 。ANSYS是一个基于有限元法(FEM)的多功能软件。该软件可以计算工程力学、材料力学、热力学和电磁场等方面的问题。它也可以用于高频电磁场分析（应用例如：微波辐射和散射分析、电磁兼容、电磁场干扰仿真等）。其功能与HFSS和CST MWS类似。但由于该软件在建模和网格划分过程中需要对该软件的使用规则有详细的了解，因此，对一般的工程技术人员来讲使用该软件有一定困难。对于高频微波波段通信、天线、器件封装、电磁干扰及光电子设计中涉及的任意形状三维电磁场仿真方面不如HFSS更专业、更理想。实际上，ANSYS软件的优势并不在电磁场仿真方面，而是结构静力/动力分析、热分析以及流体动力学等。但是，就其电磁场部分而言，它也能对任意三维结构的电磁特性进行仿真。 虽然，Zeland公司的Fidelity和IMST GmbH公司的EMPIRE也可以仿真三维结构。
对称阵子天线： 构成：有两根粗线和长度都相同的导线构成，中间为俩个馈电端 原理: 若电线上的电流分布已知，则由电基本阵子的辐射场沿整个导线的积分，便得到对称振子的辐射场。实际上，西振子天线可看成是开路传输线逐渐张开而成，而其电流分布与无耗开路传输线的完全一致，即按正弦驻波分布。 用途:对称振子分为半波对称振子和全波对称振子，半波对称振子广泛的应用于短波和超短波波段，它既可以作为独立天线使用，也可以作为天线阵的阵元，在微波波段还可以作为抛物面天线的馈源。 特点: 方向性比基本振子的方向性稍强一些，平均特性阻抗Z越低R和X随频率的变化越缓慢，其频率特性越好。所以，欲展开对称振子的工作频带，常利用加粗振子直径的方法。当h=λ/4n时，其输入阻抗是一个不大的纯电阻具有很好的频率特性，也有利于同馈线匹配，而在并联谐振点附近是一个高阻抗且输入阻抗随频率变化剧烈，特性阻抗不好。 阵列天线： 构成:将若干辐射单元按某种方式排列所构成的系统。构成天线阵地辐射单元，成为天线原或阵元 原理：天线的辐射场是各天线元所产生的矢量叠加，只要各天线元上的电流，振幅和相位分布满足适当的关系，就可以得到所需要的辐射特性 特点：天线阵的主瓣宽度和旁瓣电平是即相互依赖又相互对立的一对矛盾，天线阵方向图的主瓣宽度小，则旁瓣电平就高，反之，主瓣宽度大则旁瓣电平就低。均匀直线阵的主瓣很窄，但旁瓣数目多，电平高，二项式直线振的主瓣很宽旁瓣就消失了，旁瓣分散了天线的辐射能量，增加量接受的信噪比，但旁瓣又起到了压缩主瓣宽度的作用。 直立阵子天线： 构成:垂直于地面或导电平面架设的天线称为直立阵子天性 原理:单级天线可等效为一对对称振子，对称阵子可等效为一二元阵，但此时等效只是在地面或导体的上半空间成立。理想导电平面上的单级天线的辐射场可直接应用到自由空间对称振子的公式进行计算。 用途:广泛应用于长，中，短波及超短波段。 特点: 当h《λ时辐射电阻很低。单级天线效率也很低改善方法是提高辐射电阻降低损耗电阻。 水平振子天线： 构成: 水平振子天线又称双级天线，阵子的两臂由单根或多股铜线构成，为了避免在拉线上产生较大感应电流，拉线的长度应较小，臂和支架采用高频绝缘子隔开，天线与周围物体要保持适当距离，馈线采用600Ω的平行双导线。 原理:与直立天线的情况类似，无限大导电地面的影响可用水平阵子天线的镜像来代替，架设在理想导电地面上的水平振子天线的辐射场可以用该天线及其镜像所构成的二元阵来分析，但应注意该二元阵的天线元是同幅反相的。 用途:经常用于短波通信电视或其他无线电系统。 特点:架设和馈电方便，地面电导率的变化对水平振子天线的影响较直立天线小，工业干扰大多是垂直极化波，因此，用水平振子天线可以减少干扰对接收的影响。 引向天线: 构成：又称为八木天线，它由一个有源振子及若干个无源振子组成，在无源振子中较长的一个为反射器，其余为引向器 用途：广泛用于米波，分米波的通信、雷达、电视及其它天线电流 原理：引向天线实际上也是一个天线阵，与前述天线相比不同的是它是对其中一个振子馈电，
几款主要仿真软件的比较和分析 简单归纳一下，射频仿真的几个方面的首推软件： 1、混合集成电路设计，PCB板级设计，无源板级器件设计，RFIC/MMIC设计－－－ ADS＋ momentum 2、天线设计：首推 Agilent AMDS ，CAD导入，建模很方便。CST备选。 3、微波腔体，衰减器，微波转接头，波导滤波器等设计：Agilent EMDS or HFSS，有限元法的最佳发挥场所。 电路仿真用nexxim/designer，首推nexxim 瞬态仿真速度很快，频率HB 也很不错，适合IC设计或者板级电路设计，2.5D用designer planerEM, 3D用HFSS或者Q3D提取参数，ansoftlinks支持各种PCB layout导入。唯一的弱点是系统方面较ADS 差些。 ADS内含momentum (基于第三种经典算法－矩量法），是一种对第三维度进行简化的电磁场仿真器，非常适合仿真第三维度上均匀变化的结构，例如电路多层板，如PCB，陶瓷等电路板，常见无源电路，如滤波器等结构。仿真速度极快，同时保证和HFSS相同的精度。因此作为板级和IC级电路设计师，ADS momentum 是最好的仿真工具，其效率远超过HFSS和CST。但是如果要仿真天线，键合线等第三维度上非均匀延展的结构，就需要全波三维求解器。 ADS的系统和电路仿真集成在一起了，瞬态仿真弱一些，最近3D EM方面增强了不少，EMDS集成在ADS里了，单独的EMDS建模不方便，相当于早期的agilent HFSS，价钱比HFSS便宜很多，还比不上HFSS。 安捷伦在ADS2008中推出了其基于有限元算法的电磁场仿真器－－－EMDS，并且和嵌入到ADS中，完全解决了业界最好的路仿真软件ADS与全波三维电磁场仿真器之间的连接。Ansoft 的HFSS已经不再是有限元的唯一选择了。 安捷伦同时也推出了基于有限时域差分法的工具AMDS，可以做天线仿真，因为是从XFDTD收购过来的，所以技术也非常成熟，同时也能跟ADS连接。它采用了一种新的方法，对于开场计算比较快也比较准，而且支持几乎所有3D绘图软件进行导入导出。所以说做开场，CST也不再是唯一选择。 CST仿真比较方便，2006有些特点没有2005好，但精确程度比ADS精确。CST的画图比ADS方便。和HFSS相比，感觉HFSS如果作天线方面的仿真还是还是比较好的。如果要结合电路进行系统仿真的话，将ADS和CST结合起来进行。 CST是采用时域激励算法进行仿真的软件，在超宽带的计算上有时间优势，特别对电大天线来说。但是，也别全相信它，因为在设计超宽带天线时，你往往会发现仿真结果非常令人惊喜，但其实事实的带宽并不那么好。 而HFSS是采用FDTD算法进行仿真的软件，精度上比CST要高。但是对于电大尺寸，和超宽带设计，实在太耗资源了。这里的建议是，在VHF的UWB（超宽带）使用CST设计优化天线，然后再到HFSS中去细化和确认。 HFSS 是闭场比较准，而CST 开场比较准。两者适用范围不同。CST是基于FDID（时域有限积分法）电磁场求解算法的仿真器，适合仿真宽带频谱结果，因为只需要输入一个时域脉冲就可以覆盖宽频带。HFSS是基于FEM（有限元法）电磁场求解算法的仿真器，适合仿真三维复杂结果，但是电长度较小。 FEKO是一款基于3D结构电磁场分析的仿真工具。FEKO仿真基于著名的矩量法（MoM）对积分形式的Maxwell方程进行求解。
HFSS问题汇总粗略统计及解决方案 1. HFSS9、10、11都会遇到的问题。错误提示为 Project1 (E:/新建文件夹/) [error] An error occurred while writing to file E:/新建文件夹/Project1.hfss. Is the file or directory read only? Disk Full? (11:05 下午三月20, 2008) 解决方案：是路径不对，重新装的时候一定要装在哪个有英文路径的文件夹内，建议自己新建号方便找的。 2. 打开一个HFSS项目时总是跳出内存出错，然后关掉即 解决方案： 你的这种错误我也遇到过，我当时重装软件也不行，最后的解决办法： 1、将软件先卸载干净，然后把注册表里与软件有关的信息全部手工删除掉；本文转自微波仿真论坛 2、再重新装软件，破解要完全，同时第一次启动时的文件保存路径尽量不要出现中文，就这样OK 我估计可能是注册表里有垃圾信息将“读、写”属性值改写成保护属性了，因此保存的文件
再次打开就显示错误！ 3. 3.1.我的HFSS V11仿真出现下面的问题，是什么原因，请高手赐教。 [warning] Solution Setup 'Setup1': Given the specified frequency and model dimensions, an extremely large mesh will be required to produce an accurate solution. Your model and/or frequency units may be set incorrectly 3.22.软件版本V10 [warning] Solution Setup 'Setup1': Given the specified frequency and model dimensions, an extremely large mesh will be required to produce an accurate solution. Your model and/or frequency units may be set incorrectly. 解决方案： 1、网格剖分设置的尺寸有问题，建议手动剖分不熟悉的话不要使用，可以用自动剖分； 2、模型尺寸是否过大，建模可能出现问题； 3、根据模型尺寸设置求解频率，检查设置是否合理，参数单位设置有没有问题。 请根据以上步骤检查一下模型，具体可以参考FULL BOOK（现在中、英文版本的论坛上都有）。 4. Failed to copy local file LumpPort2.nvc to file F:/HFSS/3.25/Project5.hfssresults/p17.results/DV670_S642_V666_F671/LumpPort2.nvc. Error: 拒绝访问，我的机子老是出现这种问题，多点几次就会正常运行，但很麻烦，有时候想用参数扫描就用不起来 解决方案：你用的杀毒软件是不是KABA，那么你把KABA关了就没事了 5. HFSS v10 仿真的时候出现下面的东东Adaptive solution, process solver : Insufficient memory 请问怎么解决？ 解决方案：内存空间不足，加内存条或者增加虚拟内存就可以了，具体的方案论坛里能找到。。 6. 说说我遇到的问题，上次Ansoft的工程师来也没能解决。 [error] Fast sweep setup, process abc3d : "WavePort1" mode 1 crosses cut-off in the specified fast sweep range. Consider splitting the sweep into multiple ranges. Use a port-only discrete sweep to locate the cut-off frequency. Xb: [error] Simulation completed with execution error on server: Local Machine
北京邮电大学 微波仿真实验报告
实验名称：微波仿真实验 姓名：刘梦颉 班级：2011211203 学号：2011210960 班内序号：11 日期：2012年12月20日 一、实验目的 1、熟悉支节匹配的匹配原理。 2、了解微带线的工作原理和实际应用。 3、掌握Smith图解法设计微带线匹配网络。 4、掌握ADS，通过SmithChart和Momentum设计电路并仿真出结果。 二、实验要求 1、使用软件：ADS 2、实验通用参数： FR4基片：介电常数为4.4,厚度为1.6mm，损耗角正切为0.02 特性阻抗：50欧姆 3、根据题目要求完成仿真，每题截取1~3张截图。 三、实验过程及结果
第一、二次实验 实验一： 1、实验内容 Linecal的使用（工作频率1GHz） a)计算FR4基片的50欧姆微带线的宽度 b)计算FR4基片的50欧姆共面波导（CPW）的横截面尺寸（中心信号线宽 度与接地板之间的距离） 2、相关截图 （a）根据实验要求设置相应参数 （b）根据实验要求设置相应参数
实验二 1、实验内容 了解ADS Schematic的使用和设置 2、相关截图： 打开ADS软件，新建工程，新建Schematic窗口。 在Schematic中的tools中打开lineCalc，可以计算微带线的参数。
3、实验分析 通过在不同的库中可以找到想要的器件，比如理想传输线和微带线器件。在完成电路图后需要先保存电路图，然后仿真。在仿真弹出的图形窗口中，可以绘制Smith图和S参数曲线图。 实验三 1、实验内容 分别用理想传输线和微带传输线在FR4基片上，仿真一段特性阻抗为50欧姆四分之波长开路线的性能参数，工作频率为1GHz。观察Smith圆图变化。 2、相关截图 （1）理想传输线
1、HFSS仿真结果的疑问 我在做一个0.3g--2.7g超宽带天线，用ansoft仿真结果也差不多了，可是同一模型当我把扫频范围设定为0.3g--1g，结果（方向图和 驻波）变化很大，我进一步细化又把频率范围设为0.3--0.6g时，结果再次变化，一次比一次变化大。 我想问各位大虾，同一模型是不是每次频率设定范围不一样，结果就差距很大，那我仿真时该设定多大范围比较好呀？ 欢迎热心同志给予解释帮助，，，多谢咯！！！ 答：仿真频率范围无谓，关键是在不同的频段仿真的时候你的空气盒子大下得相应的改变，为你仿真中心频段的１／４波长．如果仿 真频段太宽，也可以分段仿真． 2、请教：这个同轴是怎么加的 图片： 请问这个同轴是怎么加的 垫片印刷在介质板上使用50ohm同轴线馈电请问同轴的内轴外轴都是怎么加到天线上的 我只将内探针加到了介质上结果有一个谐振点总是畸变肯定是我的同轴馈电出了问题麻烦大家帮我看看我想了好久了 答：建模时只要画出同轴与地板交界处端口就行了（内心不变），重新画出地板（画一个面）从这个地板上讲端口和内心减去（克隆），将内心从端口中减去（克隆），再在端口处设置激励就行了。 其实只要把你的模型发上来，一看就明白了，上面的回答应该是用集中端口设同轴线的做法，附一个例子给你看看，模型比较大，把端口放大就可以看到细节部分了 下载1fed by coax lumpedport.rar(6 K) 下载次数:31
3、提一个关于Radiation Boundary的问题 如题,按照full book上的说法,只要将模型边界条件设置成Radiation Boundary,就相当于不受边界的约束,波可以辐射到无限远空间,换句话说求解的空间大小已经不会对求解结果产生影响.但是我在做微带模型时对空气层的大小设置不同值后发现结果不同.请高人指点迷津! 答： 关于这个，可以参考金建铭的电磁场的有限元方法一书，电磁场的有限元方法中对于计算区域的截断的处理都不是非常的理想，辐射边界也是近似，至于辐射边界与计算目标的距离说法更是不一，论坛之前有帖子进行过大规模的讨论，我记得结果似乎是没有完全的定论，最常见到说法是0.25波长就”差不多“，呵呵具体每种情况到底差多少也不可一概而论。而且这个0.25的系数似乎不被金建铭很认可，书中的相关的有限元计算设置的都是0.3倍波长， 吸收边界对大角度入射的情况，吸收效果不佳。 0.25波长是针对高增益天线 对低增益，由于大角度大电场强度入射的影响比较显著，需要扩大到0.5波长，从而减小入射角。 这些在full book里面是有的，宝典一定要多读几遍啊。 4、Hfss求解和空气盒设置问题 我仿的一个超宽带天线,F为3.1-11,我设置的求解频率为11,用fast扫频,空气盒高度将近1/2波长,不知道这样的设置对不对,是不是空气盒的高度高点更好,还有这求解频率11有没错,希望高手指导下 答：求解频率设置为11没有什么问题,不知道"空气盒高度将近1/2波长"是按那个频率计算的,一般应选取最低频率3.1的四分之一波长 空气盒高度实际上是中心频率的6G的1/4*lamd,如果按照最低频率设置的话,像我今天仿的另外一个例子是1-11G,那空气盒的高度非常大,求解的速度非常的慢,甚至没法仿真,有没有更好的方法来设置呢,能不能用中心频率来设置呢? 频率太宽的话，可以分段仿真，这样比较准确； 天线距离空气边界要求是1/4波长，和相距1/2波长的仿真结果相差不大，我都用的是1/2波长；
用HFSS仿真微波传输线和元件
第一章用HFSS仿真微波传输线和元件 0 1.1 Ansoft HFSS概述 0 1.1.1 HFSS简介 0 1.1.2 HFSS的应用领域 (1) 1.2 HFSS软件的求解原理 (1) 1.3 HFSS的基本操作介绍 (3) 1.3.1 HFSS的操作界面和菜单功能介绍 (3) 1.3.2 HFSS仿真分析基本步骤 (4) 1.3.3 HFSS的建模操作 (5) 1.4 HFSS设计实例1——矩形波导的设计 (10) 1.4.1 工程设置 (10) 1.4.2 建立矩形波导模型 (11) 1.4.3 设置边界条件 (12) 1.4.4 设置激励源wave port (14) 1.4.5 设置求解频率 (15) 1.4.6 计算及后处理 (15) 1.4.7 添加电抗膜片 (17) 1.5 HFSS设计实例2——E-T型波导的设计 (23) 1.5.1 初始设置 (23) 1.5.2 建立三维模型 (24) 1.5.3 分析设置 (27) 1.5.4 保存工程 (27) 1.5.5 分析 (27) 1.5.6 生成报告 (28) 1.6 HFSS设计实例3——H-T型波导的设计 (31) 1.6.1 创建工程 (31) 1.6.2 创建模型 (32) 1.6.3 仿真求解设置 (36) 1.6.4 比较结果 (37) 1.7 HFSS设计实例4——双T型波导的设计 (39) 1.7.1 初始设置 (39) 1.7.2 建立三维模型 (40) 1.7.3 分析设置 (43) 1.7.4 保存工程 (44) 1.7.5 分析 (44) 1.7.6 生成报告 (45) 1.8 HFSS设计实例5——魔T型波导的设计 (47) 1.8.1 建立匹配膜片与金属杆 (48) 1.8.2 分析设置 (48) 1.9 HFSS设计实例6——圆波导的设计 (52)
本科实验报告 课程名称：电磁场与微波实验 姓名：李昂诺 学院：信息与电子工程学院系： 专业：电子科学与技术 学号：3130000766 指导教师：王子立 2015年6 月8 日
实验报告 课程名称：___电磁场与微波实验________________指导老师：___王子立________成绩：__________________ 实验名称：____微波传输线 ADS 仿真与负载特性测量__实验类型：___设计实验___同组学生姓名：__韩天啸___ 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的和要求 1. 了解基本传输线、微带线的特性。 2．熟悉 ADS 软件的基本使用方法。 3．利用 ADS 软件进行基本传输线和微带线的电路设计和仿真。 4．掌握矢量网络分析仪测量的方法。 二、实验内容和原理 考虑一段特性阻抗为Zo 的传输线，一端接信号源，另一端则接上负载，如图所示，假设此传输线无耗，且传输系数γ= j β，则传输线上电压及电流可用下列二式表示： ()z z U z U e U e ββ+--=+ ()z z I z I e I e ββ+--=- 专业：_电子科学与技术_ 姓名：___李昂诺_______ 学号：___3130000766___ 日期：___2015.6.10_____ 地点：__东四 -227______
1、负载端（z = 0）处情况 可得负载阻抗为 0()L L L U U U Z Z I U U +- +- +==- 定义归一化负载阻抗为011L L L L Z z Z +Γ= = -Γ 其中定义L Γ为负载端的电压反射系数1 ||1 L j L L L L z e z ?-Γ= =Γ+ 当0L Z Z =或为无限长传输线时，0L Γ=，无反射波，是行波状态或匹配状态。 当L Z 为纯电抗元件或处于开路或者短路状态时，||1L Γ=，全反射，为驻波状态。 当L Z 为其他值时，||1L Γ≤，为行波驻波状态。 线上任意点的反射系数为2||L j j z L L e ?β-Γ=Γ 2、 输入端（z = ?L ）处情况 反射系数()z Γ应改成2()L j L L e β-Γ=Γ 输入阻抗为00 0tan() tan() L in L Z jZ L Z Z Z jZ L ββ+=+ 由上式可知： （ 1）当L →∞时， 0in Z Z →。 （ 2）当L = λ?2时， in L Z Z =。 （ 3）当L = λ?4时， 2 0in L Z Z Z =。 三、主要仪器设备 1、装有 ADS 软件的电脑 一台 2、矢量网络分析仪 一台 3、微带电路 一套