6.2印刷偶極子天線仿真實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)了解印刷偶極子天線的輻射原理和分析方法，并掌握印刷偶極子天線尺寸計(jì)算一般過程。(2)學(xué)習(xí)并掌握HFSS軟件的使用，熟悉天線仿真的流程，并完成天線的優(yōu)化設(shè)計(jì)。(3)通過HFSS仿真分析以理解天線的輻射原理及天線基本參數(shù)。(4)能夠設(shè)計(jì)出滿足指標(biāo)要求的印刷偶極子天線。二、預(yù)習(xí)要求(1)了解印刷偶極子天線的結(jié)構(gòu)、輻射原理和基本參數(shù)。(2)熟悉HFSS軟件分析和設(shè)計(jì)天線的基本方法及具體操作。三、實(shí)驗(yàn)原理

微帶巴倫饋線印刷偶極子天線是半波偶極子天線的變形，因具有剖面薄、重量輕、體積小、成本低、便于集成和組成陣列等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛的應(yīng)用。圖6.2-1為微帶巴倫饋線印刷偶極子天線的結(jié)構(gòu)模型，它由介質(zhì)層、偶極子天線的兩個(gè)臂、微帶傳輸線、微帶巴倫線、饋電面等五部分組成。

其中，偶極子天線的兩個(gè)臂、微帶傳輸線和微帶巴倫線分別由敷在介質(zhì)層的兩面的金屬傳輸線構(gòu)成。也就是說，印刷偶極子天線的設(shè)計(jì)內(nèi)容為四部分：激勵(lì)方式的選擇、微帶傳輸線、微帶巴倫線和偶極子天線兩個(gè)臂的幾何設(shè)計(jì)。根據(jù)半波偶極子天線的理論可知,結(jié)構(gòu)相同的天線兩臂的總長度約為1/2個(gè)工作波長。

圖6.2-1印刷偶極子天線的結(jié)構(gòu)模型當(dāng)激勵(lì)信號(hào)在饋電面處饋入時(shí)，偶極子天線的兩個(gè)臂上電流方向相同，因此可用來輻射電磁波；而微帶傳輸線上的電流方向相反，這意味著微帶傳輸線不能夠輻射電磁波。已知半波偶極子天線是一個(gè)對(duì)稱結(jié)構(gòu)，所以饋電電流必須是對(duì)稱分布。假設(shè)該天線采用同軸線結(jié)構(gòu)饋入，但同軸線內(nèi)外導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱進(jìn)而導(dǎo)致天線上的電流也不會(huì)對(duì)稱分布，從而會(huì)影響天線的性能。為了解決這一問題，通常在天線和同軸線之間插入一個(gè)微波巴倫結(jié)構(gòu)，它可以將不平衡的電流轉(zhuǎn)換成平衡的電流。一個(gè)結(jié)構(gòu)簡單的微波巴倫的幾何結(jié)構(gòu)為圖6.2-1中的三角形。因?yàn)榘氩ㄅ紭O子天線的輸入阻抗約為73.2Ω，而饋電端口同軸線的特性阻抗一般是50Ω。

所以，微帶線既可用來傳輸激勵(lì)信號(hào)，又可用來把同軸線直接連接至半波偶極子天線上的阻抗不匹配問題，其作用相當(dāng)于1/4波長阻抗轉(zhuǎn)換器。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，三角形微帶巴倫和微帶傳輸線一起起到阻抗轉(zhuǎn)換的作用，即可通過調(diào)節(jié)傳輸線的長度和三角形的大小調(diào)整饋電面的輸入阻抗。四、實(shí)驗(yàn)儀器計(jì)算機(jī)

1臺(tái)

HFSS軟件

1套五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)一個(gè)印刷偶極子天線，其中心頻率為2.45GHz，中心頻率處的回波損耗不小于20dB。介質(zhì)其片厚度H=1.6mm，相對(duì)介電常數(shù)εr=4.4。請(qǐng)總結(jié)設(shè)計(jì)思路和過程，給出具體的天線結(jié)構(gòu)參數(shù)和仿真結(jié)果（如VSWR、方向圖等），并分析其遠(yuǎn)區(qū)輻射場特性。六、注意事項(xiàng)(1)天線的初始尺寸應(yīng)準(zhǔn)確計(jì)算(2)HFSS建模、激勵(lì)設(shè)置、邊界條件設(shè)置、求解設(shè)置等應(yīng)正確。(3)結(jié)合天線的工作原理，靈活使用HFSS的掃參、優(yōu)化和靈敏度分析等功能進(jìn)行電路優(yōu)化。七、報(bào)告要求(1)按照標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的格式和