6.1半波偶極子天線仿真實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)了解半波偶極子天線的輻射原理和分析方法，并掌握半波偶極子天線尺寸計(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)要求的半波偶極子天線。二、預(yù)習(xí)要求(1)了解半波偶極子天線的結(jié)構(gòu)、輻射原理和基本參數(shù)。(2)熟悉HFSS軟件分析。(3)熟悉設(shè)計(jì)天線的基本方法及具體操作。三、實(shí)驗(yàn)原理半波偶極子天線又稱對稱陣子天線，是一種結(jié)構(gòu)簡單，使用最廣泛的天線之一。半波偶極子天線的結(jié)構(gòu)如圖6.1-1所示，它由兩根長度為1/4個工作波長，直徑遠(yuǎn)小于工作波長的直導(dǎo)線組成，其中把激勵加載在中間的兩個端點(diǎn)上，且兩端點(diǎn)之間的距離遠(yuǎn)小于工作波長，可以忽略不計(jì)。

圖6.1-1半波偶極子天線

四、實(shí)驗(yàn)儀器計(jì)算機(jī)

1臺HFSS軟件

1套五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

設(shè)計(jì)一個半波偶極子天線，其中心頻率為3GHz，中心頻率處的回波損耗不小于20dB。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，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)化等功能。七、報告要求(1)按照標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)報告的格式和內(nèi)容完成實(shí)驗(yàn)報告。(2)完成數(shù)據(jù)整理、計(jì)算和繪圖工作。(3)對仿真實(shí)驗(yàn)中的各種現(xiàn)象進(jìn)行分析和討論。(4)總結(jié)本項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的心得與收獲。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：激勵方式的選擇、微帶傳輸線、微帶巴倫線和偶極子天線兩個臂的幾何設(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)激勵信號在饋電面處饋入時，偶極子天線的兩個臂上電流方向相同，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對稱結(jié)構(gòu)，所以饋電電流必須是對稱分布。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)的不對稱進(jìn)而導(dǎo)致天線上的電流也不會對稱分布，從而會影響天線的性能。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信號，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

HFSS軟件

1套五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)一個印刷偶極子天線，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，相對介電常數(shù)εr=4.4。請總結(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、報告要求(1)按照標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)報告的格式和內(nèi)容完成實(shí)驗(yàn)報告。(2)完成數(shù)據(jù)整理、計(jì)算和繪圖工作。(3)對仿真實(shí)驗(yàn)中的各種現(xiàn)象進(jìn)行分析和討論。(4)總結(jié)本項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的心得與收獲。6.3單極子天線仿真實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)了解單極子天線的輻射原理和分析方法，并掌握單極子天線尺寸計(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)要求的單極子天線。二、預(yù)習(xí)要求(1)了解單極子天線的結(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)原理單極子天線又稱為直立天線，是垂直于地面或?qū)щ娖矫婕茉O(shè)的天線，已廣泛應(yīng)用于長、中、短波及超短波波段。圖6.3-1為單極子天線的結(jié)構(gòu)，由一個長為1/4波長的直立振子和無限大接地導(dǎo)體板，利用鏡像法，可以等效為一個半波偶極子天線，但此等效只針對地面上半部分空間。圖6.3-1單極子天線及其等效半波偶極子天線

四、實(shí)驗(yàn)儀器計(jì)算機(jī)

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HFSS軟件

1套五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)一個單極子天線，其中心頻率為2.45GHz和5.49GHz，介質(zhì)基片厚度H=1.52mm，相對介電常數(shù)εr=3.38?？偨Y(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），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、報告要求(1)按照標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)報告的格式和內(nèi)容完成實(shí)驗(yàn)報告。(2)完成數(shù)據(jù)整理、計(jì)算和繪圖工作。(3)對仿真實(shí)驗(yàn)中的各種現(xiàn)象進(jìn)行分析和討論。(4)總結(jié)本項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的心得與收獲。6.4矩形微帶天線仿真實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)了解矩形微帶天線的輻射原理和分析方法，并掌握微帶天線尺寸計(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)要求的矩形微帶天線。二、預(yù)習(xí)要求(1)了解矩形微帶天線的結(jié)構(gòu)、輻射原理和基本參數(shù)。(2)熟悉HFSS軟件分析。(3)熟悉利用HFSS熟悉設(shè)計(jì)天線的基本方法及具體操作三、實(shí)驗(yàn)原理

微帶天線因其剖面低、尺寸小、重量輕、易共形和集成等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛的應(yīng)用。微帶天線通常在一塊厚度遠(yuǎn)小于工作波長的介質(zhì)基片的一面上敷以金屬層作為接地板，而另一面是尺寸和波長相比擬的金屬層作為輻射片，并利用微帶線或同軸線等傳輸線進(jìn)行饋電。

2.微帶天線的饋電

目前常見的幾種微帶天線饋電形式有微帶線饋電、同軸線饋電、耦合饋電和縫隙饋電等，其中，微帶線饋電和同軸線饋電是應(yīng)用最為廣泛的兩種饋電方式。1)微帶線饋電微帶線饋電方式又稱為側(cè)饋，是把微帶傳輸線與微帶輻射貼片集成在一起進(jìn)行饋電，可以為中心饋電，也可以偏心饋電，如圖6.4-2所示，但饋電點(diǎn)的位置與激勵模式有關(guān)。

(a)中心饋電(b)偏心饋電圖6.4-2微帶線饋電由上面幾個實(shí)驗(yàn)可知，微帶天線的輸入阻抗存在與50Ω不一致的情況，所以可以在天線輻射貼片與饋線之間接入阻抗匹配變換器而重新做成天線，其中，如果矩形輻射貼片的場沿某邊有變化，那么改動饋電點(diǎn)的位置是獲得阻抗匹配的一種簡單辦法。

2)同軸線饋電同軸線饋電又稱為背饋，它是將同軸插座安裝在接地板上，同軸線外導(dǎo)體接地、內(nèi)導(dǎo)體穿過介質(zhì)基片接在輻射貼片上，如圖6.4-3所示。

（a）俯視圖（b）側(cè)視圖

圖6.4-3同軸線饋電

四、實(shí)驗(yàn)儀器計(jì)算機(jī)

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1套五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)一個同軸線饋電的矩形微帶天線，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)基片厚度H=1.6mm，相對介電常數(shù)εr=4.4?？偨Y(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），分析其遠(yuǎn)區(qū)輻射場特性。六、注意事項(xiàng)(1)采用TXLINE軟件計(jì)算相應(yīng)微帶線的長度和寬度。(2)天線的初始尺寸應(yīng)準(zhǔn)確計(jì)算。(3)HFSS建模、激勵設(shè)置、邊界條件設(shè)置、求解設(shè)置等應(yīng)正確。(4)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、報告要求(1)按照標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)報告的格式和內(nèi)容完成實(shí)驗(yàn)報告。(2)完成數(shù)據(jù)整理、計(jì)算和繪圖工作。(3)對仿真實(shí)驗(yàn)中的各種現(xiàn)象進(jìn)行分析和討論。(4)總結(jié)本項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的心得與收獲。6.5雙頻矩形微帶天線仿真實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)了解矩形微帶天線的輻射原理和分析方法，并掌握雙頻矩形尺寸計(jì)算的一般過程。(2)了解微帶天線獲得雙頻的方法，并設(shè)計(jì)一種雙頻微帶天線。(3)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)。(4)通過HFSS仿真分析天線的輻射原理及天線基本參數(shù)。(5)能夠設(shè)計(jì)出滿足指標(biāo)要求的雙頻矩形微帶天線。二、預(yù)習(xí)要求(1)了解雙頻矩形微帶天線的結(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)原理隨著微波無線通信系統(tǒng)的迅速發(fā)展，為了滿足與多個終端的通信要求,實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)共用和收發(fā)共用等功能，這就要求天線在不同頻段下工作，因此天線的多頻段通信技術(shù)成為現(xiàn)代無線通信領(lǐng)域迫切需要研究的問題。實(shí)現(xiàn)微帶天線雙頻工作的方法有多種：多片法、多模單片法、加載寄生枝節(jié)法、多縫隙法等。其中，其中，獲得雙頻工作的一種最簡單的方法是雙模單片法，即單層雙頻矩形微帶天線，如圖6.5-1所示。圖6.5-1單饋電單層雙頻矩形微帶天線假定雙頻矩形微帶天線的輻射貼片長度為L,寬度為W，則輻射貼片長度L對應(yīng)TM10的頻率諧振，寬度W對應(yīng)TM01的頻率諧振，進(jìn)而使同一個輻射貼片工作在兩個頻率。如圖6.5-1所示，在矩形微帶輻射片上的中心位置構(gòu)建一個坐標(biāo)系，其中，A點(diǎn)(x,0）位置僅能激發(fā)TMm0(m=1，3，5，……)模式；同理，在B點(diǎn)(0,y)位置僅能激發(fā)TM0n(n=1，3，5，……)模式。雙頻矩形微帶天線天線需要同時激發(fā)TM01和TM10模式，則可將饋電點(diǎn)置于（x,y）位置的C點(diǎn)，且這兩種模式均能得到50Ω的輸入阻抗。四、實(shí)驗(yàn)儀器計(jì)算機(jī)

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1套五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)一個雙頻矩形微帶天線，其中心頻率分別為1.9GHz和2.45GHz，且中心頻率的回波損耗大于20dB。介質(zhì)基片厚度H=1.6mm，相對介電常數(shù)εr=4.4?？偨Y(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），分析其遠(yuǎn)區(qū)輻射場特性。六、注意事項(xiàng)(1)采用TXLINE軟件計(jì)算相應(yīng)微帶線的長度和寬度。(2)天線的初始尺寸應(yīng)準(zhǔn)確計(jì)算。(3)HFSS建模、激勵設(shè)置、邊界條件設(shè)置、求解設(shè)置等應(yīng)正確。(4)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、報告要求(1)按照標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)報告的格式和內(nèi)容完成實(shí)驗(yàn)報告。(2)完成數(shù)據(jù)整理、計(jì)算和繪圖工作。(3)對仿真實(shí)驗(yàn)中的各種現(xiàn)象進(jìn)行分析和討論。(4)總結(jié)本項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的心得與收獲。6.6圓極化矩形微帶天線仿真實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)了解矩形微帶天線的輻射原理和分析方法，并掌握微帶天線尺寸計(jì)算一般過程。(2)了解微帶天線獲得圓極化的方法，并設(shè)計(jì)一種圓極化微帶天線。(3)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)。(4)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)。(5)能夠設(shè)計(jì)出滿足指標(biāo)要求的矩形微帶天線。二、預(yù)習(xí)要求(1)了解圓極化矩形微帶天線的結(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

天線極化方式可以分為線極化、圓極化與橢圓極化三種，其中矩形貼片微帶天線的極化方式通常是線極化，但是通過對微帶貼片的處理及特殊的饋電方式，它也可以工作在圓極化和橢圓極化模式。圓極化的關(guān)鍵是激勵起兩個極化方式正交的線極化波，當(dāng)這兩個模式的線極化波幅度相等、相位相差90°時，就能得到圓極化波的輻射。圖6.6-1單點(diǎn)饋電圓極化微帶天線結(jié)構(gòu)

對于饋電方式有兩種，一種是單點(diǎn)饋電，另一種是正交雙饋。本實(shí)驗(yàn)采用同軸線單點(diǎn)饋電的方式。已知饋電點(diǎn)的位置決定了極化旋，當(dāng)饋電點(diǎn)在如圖6.6-1所示的A點(diǎn)位置時，產(chǎn)生右旋圓極化波，當(dāng)饋電點(diǎn)在如圖6.6-1所示的B點(diǎn)位置時，產(chǎn)生左旋圓極化波。由實(shí)際經(jīng)驗(yàn)可以得到，此種結(jié)構(gòu)的50Ω饋電點(diǎn)位于貼片對角線上，且饋電點(diǎn)和輻射貼片頂點(diǎn)的距離dp在（0.35~0.39)d之間。四、實(shí)驗(yàn)儀器計(jì)算機(jī)

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1套五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)一個單點(diǎn)同軸線饋電的左旋圓極化矩形微帶GPS接收天線，其中心頻率為1.575GHz，且中心頻率處圓極化波的軸比小于2.0dB。介質(zhì)基片厚度H=1.6mm，相對介質(zhì)常數(shù)εr=4.4。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），分析其遠(yuǎn)區(qū)輻射場特性。六、注意事項(xiàng)(1)采用TXLINE軟件計(jì)算相應(yīng)微帶線的長度和寬度。(2)天線的初始尺寸應(yīng)準(zhǔn)確計(jì)算。(3)HFSS建模、激勵設(shè)置、邊界條件設(shè)置、求解設(shè)置等應(yīng)正確。(4)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、報告要求(1)按照標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)報告的格式和內(nèi)容完成實(shí)驗(yàn)報告。(2)完成數(shù)據(jù)整理、計(jì)算和繪圖工作。(3)對仿真實(shí)驗(yàn)中的各種現(xiàn)象進(jìn)行分析和討論。(4)總結(jié)本項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的心得與收獲。6.7倒F天線仿真實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)了解倒F天線的輻射原理和分析方法，并掌握倒F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)要求的倒F天線。二、預(yù)習(xí)要求(1)了解倒F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)原理倒F天線(Inverted-FAntenna,IFA)因其形狀像一個面向地面的字母F而得名，且由于體積小、結(jié)構(gòu)簡單、易于匹配和制作成本低等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于短距離無線通信領(lǐng)域。倒F天線是由單極子天線衍化得到的一種變形結(jié)構(gòu)，如圖6.7-1所示。為了減小體積，將1/4波長單極子天線彎折90°，就是倒L天線，如圖6.7-1(b)所示，其中它的上半部分平行于地面，進(jìn)而在天線與地板之間形成電容，導(dǎo)致天線的諧振特性發(fā)生改變。因此，在天線上加入感性部分對容性部分進(jìn)行抵消以維持天線原有的諧振，即在天線的拐角處增加一個倒L形貼片，貼片的一端通過孔與地面相連，于是得到了圖6.7-1(c)所示的倒F天線。圖6.7-1倒F天線的衍化過程1.結(jié)構(gòu)參數(shù)分析圖6.7-2為倒F天線的結(jié)構(gòu)示意圖，它可視為由長為S的終端短路傳輸線和長為L的終端開路傳輸線并聯(lián)而成。當(dāng)天線諧振時，開路傳輸線可以等效成電阻和電容的并聯(lián)；短路傳輸線可以等效成電阻和電感的串聯(lián)，電流主要分布在圖6.7-2中的對地短路部分和水平部分，而饋電部分處基本無電流分布。倒F天線的設(shè)計(jì)主要與3個結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)：天線的諧振長度L、天線的高度H以及兩條堅(jiān)直臂之間的距離S，即這三個結(jié)構(gòu)參數(shù)決定著天線的輸入阻抗、諧振頻率和天線帶寬等性能。L對天線性能的影響最為直接，L的增加會降低天線的諧振頻率,減小天線的輸入阻抗,此時天線呈感性；反之，L的減小會增加天線的諧振頻率,增大天線的輸入阻抗,此時天線呈容性。圖6.7-2倒F天線結(jié)構(gòu)

四、實(shí)驗(yàn)儀器計(jì)算機(jī)

1臺HFSS軟件

1套五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)一個倒F天線，其中心頻率為2.45GHz,并要求10dB帶寬為100MHz。介質(zhì)基片厚度H=0.8mm,相對介電常數(shù)εr=4.4?？偨Y(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），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)化等功能。七、報告要求(1)按照標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)報告的格式和內(nèi)容完成實(shí)驗(yàn)報告。(2)完成數(shù)據(jù)整理、計(jì)算和繪圖工作。(3)對仿真實(shí)驗(yàn)中的各種現(xiàn)象進(jìn)行分析和討論。(4)總結(jié)本項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的心得與收獲。6.8單頻PIFA仿真實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)了解單頻PIFA的演變過程和分析方法，并掌握單頻PIFA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PIFA天線。二、預(yù)習(xí)要求(1)了解單頻PIFA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1.天線的基本結(jié)構(gòu)

PIFA(PlanarInvertedF-shapedAntenna)是目前應(yīng)用最為廣泛的手機(jī)內(nèi)置天線，尺寸小。具有重量輕、剖面低、造價便宜、機(jī)械強(qiáng)度好、頻帶寬、效率高、增益高、受周圍環(huán)境影響小、對人體輻射傷害小、覆蓋頻率越多等一系列優(yōu)點(diǎn)。圖6.8-1為PIFA天線的典型基本結(jié)構(gòu)，由四部分構(gòu)成：接地平面用作反射面、輻射單元是與接地平面平行的金屬片、短路金屬片用于連接輻射單元和接地平面、同軸饋線用于信號激勵。圖6.8-1PIFA天線的典型基本結(jié)構(gòu)PIFA的演變過程可以從技術(shù)和理論兩個不同的方面考慮。從技術(shù)方面來說，它是由單極天線演變而來，即將倒F天線的細(xì)導(dǎo)線用具有一定寬度的金屬片取代替。從理論方面，PIFA天線可以由微帶天線理論發(fā)展而來，即將PIFA天線視為一個具有短路連接的矩形微帶天線。PIFA天線輻射激勵與微帶天線類似，由其導(dǎo)體邊沿和地板之間的邊緣場產(chǎn)生，即高頻電磁泄漏。PIFA天線共振模式與微帶天線是一樣的，都共振在TM10模式，但PIFA天線由于將短路金屬片置于矩形輻射金屬片和接地平面，因此可將矩形輻射金屬片的長度減半，進(jìn)而達(dá)到縮小天線尺寸的目的，而在短路金屬片的位置TM，模式的電場是等于零的。

四、實(shí)驗(yàn)儀器計(jì)算機(jī)

1臺HFSS軟件

1套五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)一個單頻PIFA天線，其中心工作頻率為0.92GHz，且10dB帶寬大于80MHz。介質(zhì)基片厚度H=10mm，相對介電常數(shù)εr=1.06?？偨Y(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），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)化等功能。七、報告要求(1)按照標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)報告的格式和內(nèi)容完成實(shí)驗(yàn)報告。(2)完成數(shù)據(jù)整理、計(jì)算和繪圖工作。(3)對仿真實(shí)驗(yàn)中的各種現(xiàn)象進(jìn)行分析和討論。(4)總結(jié)本項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的心得與收獲。6.9矩形口徑喇叭天線仿真實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)了解矩形口徑喇叭天線的輻射原理和分析方法，并掌握矩形口徑喇叭天線尺寸計(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)要求的矩形口徑喇叭天線。二、預(yù)習(xí)要求(1)了解矩形口徑喇叭天線的結(jié)構(gòu)、輻射原理和基