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[互助]HFSS仿真了一个微带天线阵列，求指教

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0楼发表于: 2014-08-29 15:18:03

最近在学习李明洋老师的《HFSS天线设计》一书，感觉挺简单易懂的，但是没法举一反三。一些参数按照老师给出的方法可以算出来，但是有很多参数不知道老师怎么给出来的。改变一些前提条件，自己来设计天线仿真，就会遇到一些困难。首先问一下，有没有对这些参数的推导以及天线的设计写得详细一些的书或资料，能够从中学会如何自己设计天线，而不仅仅是对HFSS软件的操作。（因为没人教，只能通过书本自学以及在论坛，QQ群里问一问，所以想找一些资料系统的学习一下，要不一方面想问也不知道怎么问，另一方面别人告诉我了，但是我听不太懂。再说总问总问的也怕问烦了）有经验的大神们推荐一些书目好么（主要是能学会举一反三），先谢谢了。（本人零基础小白）
这几天在试验天线阵列的仿真，之前对加上阻抗匹配线之后虚部不为零毫无办法，请教木木(网上偶遇的一位热心大牛)之后，他教了我两种办法：“1、四分之一波长阻抗变化接在主传输线的一个位置，这个位置向负载看输入阻抗为纯电阻线。2、在负载上并联一段合适长度短路线。抵消负载电抗”
我先试验了第一种方法（对于这种方法，我的理解就是调节主微带线的长度，比如说阵列天线里面的[ ..

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描述:天线HFSS仿真模型
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chenjiabao1989	技术分 +1	提示:鼓励发贴交流加RF币！问题解决后,结贴分享解决方案再给你加技术分！PS楼主好认真，值得大家学习1	2014-08-30
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离线cat151016

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1楼发表于: 2014-08-29 15:20:35

这里先把仿真的结果贴图上来，这样不方便下载的大神们路过看两眼有心情也帮忙看两眼。
天线设计的参数是：
工作频带为24G~24.25G，那么中心频率就是24.125G。介质基板选择：厚度0.508mm，介电常数：3.55mm，损耗正切0.0027，敷铜厚度选择35um。
我采用的是辐射边馈电（李明洋老师好像是采用的非辐射边馈电，但是非辐射边馈电我还没弄明白，所以先用的辐射边馈电）
用的是集总端口，设计完之的模型是：

我根据smith图来调整的天线参数，最后的结果来看，驻波比和回波损耗都挺好，但是增益不咋地，而且感觉微带线上发散出去了不少的能量，另外，买了几块天线看了看别人的设计，他们一般比较长的微带线做成了S型，在HFSS里面这种S型的微带线怎么画和设计的，有哪本书里面有介绍么。高手们有心情帮忙指点一二

S11的Smith圆图结果：

S11回波损耗：

S11驻波比：

离线cat151016

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2楼发表于: 2014-08-29 15:27:05

24.125G三维增益方向图：

这个3D图从侧面看就觉得主辐射方向偏了点，感觉就是微带线发散了不少能量的事。这种情况应该如何避免呢？

24.125G时XZ和YZ截面上的增益方向图

以上就是我仿真天线的一些主要参数（我不知道还需要看哪些东西，好像还有一个误差分析，我还没接触，下一步再学）

这个天线只是我自己大概的拟的一个天线，具体到实际中去，一个什么样的天线才是好天线，大概的参数需要调整到什么地步才是好。比如说驻波比要调到多少以下才行，有没有一个约定俗成的标准。（我觉得至少对于0.001mm尺寸去调来调去是没有意义的了。明显做不出来，）

另外，在仿真过程中，我发现，一是仿真时用的参数和算出来的明显差别比较大，而李明洋老师往往用算出来的数据差别不大（不过微带天线阵那一章我仿真了一下他的例子，smith图差得挺远的，不知道是不重要还是其他什么原因）

二是往往可以通过不同的参数调出“好像也行”的结果，是不是里面的参数变来变去只要最后结果好就行，还是有什么其他的要求和“规矩”（我觉得肯定是有“规矩”的，只是苦于不知道，求指教），例如这个天线，我改变一些东西，调出来的另外一个结果如下（具体这里不一一说了，一楼的附件里面那个Another的模型就是这个）：

肉眼就可以明显判断出来匹配线的差距老大了，可是最后看哪些smith图，驻波比什么的，也没什么大问题。

离线cat151016

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3楼发表于: 2014-08-29 15:29:44

根据李明洋老师在第四章介绍的公式计算出辐射片的长和宽

W0=4.14mm,L0=3.08mm

然后建模。

对于阵元的仿真我不知道怎么做。李明洋老师在第8章微带阵列天线设计中仿真阵元时，直接加上了0.5mm的50欧姆微带线进行仿真，这里我不明白为什么李明洋老师能肯定阵元的阻抗就是50欧（如果是设计出来的，但是李明洋老师也没说明怎么算），那个0.5mm的长度又是怎么得出来的。（哪位大神能否指点一下，怎么对阵元进行仿真）

（我在X宝上买了一个视频，里面对于天线的仿真采用了直接加集总端口的方式，端口宽度2mm左右就行），

但是木木告诉我说这种方式是不可取的，如果将集总端口的宽度调整到与阵元一样宽，把阵元当做微带线来仿真还可以一试。如下图：（空气盒子隐藏了）

不过我试验了一下，这种方式调好之后，后面的做不下去了（如果不改变W0和L0的值，无法获得合适的smith图）。所以也放弃了这种方法。
于是我又试了一下木木教我的计算电阻的方式，打算按照李明洋老师第四章中单个微带天线的仿真方式进行。

对于微带天线的电阻计算我首先采用了李明洋老师书中介绍的工具(书上P295页介绍的网址):

计算得到50欧微带线的宽度是1.02mm。同时不放心，又使用HFSS仿真50欧姆微带线的方法仿真了一下（这个方法是在x宝上花了一百多买了个视频学的，说实话，那个视频我觉得不值那个钱，还不如木木随口教一教来得实用。学完之后，我觉得最有用的就是这个50欧姆微带线仿真方法，而恰恰这个方法的视频是免费的，在优酷上就有看的）

仿真之后，调整50欧姆微带线最合适的宽度是1.16mm。（这个值和工具算出来的有区别，那么哪个更合适呢，我感觉仿真出来的应该更可信一点，可是在李明洋老师的书里，李明洋老师都是采用的工具算出来的，这点误差不会有影响么。）我这里就采用1.16mm。

离线cat151016

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4楼发表于: 2014-08-29 15:33:48

然后在阵元上加上1/2波长，50欧姆微带线进行仿真。

Smith图：

大约阻抗为300多欧的样子（这里我没调谐振点了，因为好像调了也白调，阻抗变化不大）
然后去掉1/2波长线，加上阻抗匹配和50欧姆微带线

然后仿真，调整长度宽度等，
W0=3.96mm,L0=2.9mm,L1=1.96mm,W1=0.17mm（在这里，倒推微带天线的阻抗大约是250左右，不明白超过50欧的误差是我哪儿弄错了，又或者是因为我调整了长度和宽度的事情，可是我用现在这个长度和宽度反过去再算阻抗，还是300多欧）
得到smith图

至此将微带线匹配到50欧姆

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5楼发表于: 2014-08-29 15:35:49

然后仿真2个阵元的结合。首先按照50欧姆微带线宽度相同的方法获得100欧姆微带线宽度（同样和网页工具算出来的不一样，网页算出来的是0.23mm，而仿真出来的是0.28mm）

然后建模如下

两个阵元先匹配至50欧，然后匹配至100欧(这里没直接匹配到100欧，是因为感觉微带线再细就做不出来了，不知道有没有更好的方法)，然后加上100欧姆微带线，将两个阵元连到一起，两个阵元的间距按照李明洋老师的介绍，定为0.75自由空间波长，算出来为9.375mm。李明洋老师书上介绍，100欧姆中间匹配电阻为50欧，因此接上一段50欧姆的微带线，调整50~100欧姆阻抗匹配线宽度，及100欧姆微带线长度，下端50欧姆微带线长度。

调整后得到smith图如下

至此，认为前面的天线已经匹配好了

然后再组合4个阵元

然后我再调节A段的宽度，B段的长度，C段的长度，得到了最后的结果。（这里我同样不清楚是不是只能调节这三个参数，前面调好的参数能不能变化，如果变化的话，比如说调整了阵元的长度L0，那么阵元的阻抗必然发生改变，那么前面匹配好的是不是又不匹配了）

最后，还想问一下对于木木说到的第二种方法“在负载上并联一段合适长度短路线”，哪儿大神有例子可以赐教看一下，谢谢了。

以上，就是我仿真这个天线的结果和步骤，因为本人零基础小白，所以会犯各种错误，希望大家不吝指教，有哪些地方做错了，有哪些地方有更简便的方法。

离线luomengjia

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6楼发表于: 2014-08-30 10:29:48

楼主贴片之间的距离是多少？

离线cat151016

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7楼发表于: 2014-09-01 08:25:08

间距是0.75倍自由空间波长。
自由空间波长为12.5 mm
算出来是9.375mm

离线hmdyfg2008

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8楼发表于: 2014-09-05 13:09:23

回 cat151016 的帖子

cat151016:然后仿真2个阵元的结合。首先按照50欧姆微带线宽度相同的方法获得100欧姆微带线宽度（同样和网页工具算出来的不一样，网页算出来的是0.23mm，而仿真出来的是0.28mm） q>Dr)x)
然后建模如下[图片]
两个阵元先匹配至50欧，然后匹配至100欧(这里没直接匹配到100欧，是因为感觉微 .. (2014-08-29 15:35) MVu[gB

我们交个朋友吧，你真的很细心的在学习ANTENNA designer

离线suajdkg

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9楼发表于: 2015-01-30 09:28:01

材料不行，网络损耗太大，24G频率微带不好做。

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