徐松亮硬件教学-微波天线设计-基于HFSS软件的天线设计流程

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本文主要是帮助大家了解设计射频天线的流程，不是教大家射频的基础知识，因为射频基础知识太多，涉及的概念自己上网查询即可。

目录

一，常用天线

1，偶极子天线

2，八木天线

3，微带天线

4，开槽天线

二， 常用概念

1，极化方向

 2，天线方向

3，阻抗匹配

三，HFSS天线设计仿真流程

1，基本操作与快捷键

2，新建项目

3，设置常量

4，设计基板(整块PCB)

   5，设计空气

6，设计GND

7，设计天线

8，仿真

四，天线端调试流程

1，准备设备

2，网络分析仪---设置频率

3，网络分析仪---校正

4，网络分析仪---看指标

5，网络分析仪---设置Mark点

6，网络分析仪---数据保存

7，频谱仪---查看天线方向图8，频谱仪---查看射频信号发送脉宽

五，芯片端调试流程

1，准备设备

2，下载发送载波固件3，设置频率4，查看损耗

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一，常用天线

1，偶极子天线

• 常用于通讯，有全向性，频率固定
• 倒F天线属于偶极子天线

2，八木天线

• 常用于雷达，方向性强。

3，微带天线

• 两块金属片，一片用于反射板，感觉像是太阳能锅盖。

• RFMS反射板就属于微带天线原理。

4，开槽天线

• 对称性好，用于探测。

• RFMS的基板天线用的就是槽天线。

二， 常用概念

1，极化方向

• 电流方向

 2，天线方向

• 电场方向

3，阻抗匹配

• 输入：材料介电常数，节点厚度，信号线宽度，铜厚

• 输出：阻抗，每英寸电容，每英寸电感，传播延迟

• 网址：http://www.ekswai.com/microstrip.htm

三，HFSS天线设计仿真流程

1，基本操作与快捷键

• 鼠标滚轮：   图片增大缩小

• 按住滚轮：   三维旋转

• Alt+左键：    三维旋转

• Shift+左键： 拖动图像

• 选层：    开启关闭层视图      

• 拉伸面：      选中面(右键Select Faces)右键EditSurfaceMovefacesAlong Normal
• 扣洞：         双选---Subtract
• 测量：         右键---measure 

2，新建项目

• New 

• Insert HFSS design 

• 项目改名并保存

• 设置模型单位：        Modeler---Units

3，设置常量

• 设置常量(PCB的长宽高)：HFSS---Design Properties

• 

4，设计基板(整块PCB)

• 点击DrawBox ，画到图版上

• 设置Box属性与尺寸

• 

• 

   
5，设计空气

• 设计宗旨：空间大于(λ/4)

• 实例：以2.4G为例，λ=3/24=125mm，为了计算方便计算约124mm

• 点击DrawBox ，画到图版上

• 设置Box属性与尺寸

   

• 设置边界条件：右键AirAssign BoundaryRadiation，保留默认设置按OK即可。

6，设计GND

• 点击DrawBox ，画到图版上

• 设置Box属性与尺寸

• 

• 

7，设计天线

• 点击DrawBox ，画到图版上

• 设置天线Box属性与尺寸

• 画馈点：

  • 选定坐标面，再点击DrawRectangle ，画面 

  • 选定此面右键---Assign Exciation---Lumped Port

   

    

• 设置馈点方向

• 设置馈点尺寸与位置

8，仿真

• 设置分析(Analysis)

  • ProjectManager窗口的Analysis右键---Add Solusion Setup

  • 设置求解频率：在General页的Solution Frequency 输入频率值2.4G

  • 设置网络剖分：在General页的Adaptive Solutionru

    • Maximum Number of Passes：    最大迭代次数20

    • Maximum Deltaimum S：        收敛误差0.02

  • 设置扫频(sweep)：右键ProjectManager的Analysis的Setup1---Add Frequency Sweep
    

• 设置结果(Result)
  • 设置S11：        ProjectManager窗口的Results右键---Create Modal Solation Data Report---Rectangular Plot
  • 设置Smith：    ProjectManager窗口的Results右键---Create Modal Solation Data Report---Smith Chart
  • 设置方向图：    
    • 辐射表面坐标定义：xz为球坐标系下φ=0°平面，xy为θ=90°平面。三维坐标系表达0≤θ≤180、0≤φ≤360辐射球面。
    • 设置辐射表面：ProjectManager窗口的Radiation---Insert Far Field Setup---Infinite Sphere
    • 添加方向图：    ProjectManager窗口的Results右键---Create Modal Solation Data Report---3D Polar Plot

                  

• 链接： 
• 编译：
• 设置变量：
  • ProjectManager窗口的Optimetrics右键---Add---Parametric

四，天线端调试流程

1，准备设备

• 网络分析仪(用于看S11、Smith等指标)

• 频谱仪(用于查看方向图)

• SMA同轴线(50欧姆)

• 3种基准负载端子：open、short、load(50欧姆)

2，网络分析仪---设置频率

• 我们测试的是GSM(800M/1800M)和2.4G天线，所以频率范围500~3000MHz
• 按“START”---按数字500---按“M/u”
• 按“STOP”---按数字3000---按“M/u”

3，网络分析仪---校正

• 按“CAL”---选菜单“CALIBRATE MENU”---选菜单“S11(1-PORT)”
• 分别安装基准负载端子(open、short、load)，按相关菜单按键
• 确认: 选择菜单“Done 1-PORT CAL”

4，网络分析仪---看指标

• S11：按按键“FORMAT”默认指标就是S11.
• SmithChart：按按键“FORMAT”选择菜单“MITHCHART”

5，网络分析仪---设置Mark点

• 按按键“MKR”，按数值，再操作菜单选择Mark索引。

6，网络分析仪---数据保存

• 用于数据比对，按按键“DISPLAY”，选择菜单“DATAMEMORY”

7，频谱仪---查看天线方向图
8，频谱仪---查看射频信号发送脉宽

• 设置中心频率：按”CENTER FREQ”---设定数值---按单位键结束
• 设置扫频范围：一般100Mhz，按”FREQ SPAN”---设定数值---按单位键结束
• 显示最大功率点：按”TRACE A”---按屏幕对应按键”Max Hold”
• 定位最大功率频率：按按键”PEAK”
•  -----以上操作只是确认相应频率与功率-----
• 设置扫频为0：按”FREQ SPAN”---设定数值---按单位键结束
• 查看动态图像：按”TRACE A”---按屏幕对应按键”WRITE A”
• 查看静态图像：按”TRACE A”---按屏幕对应按键”VIEW A”
• 缩放：动态图像时按按键”CPL”---转动旋钮”SWP”.

五，芯片端调试流程

1，准备设备

• 频谱仪(用于查看方向图)

2，下载发送载波固件
3，设置频率
4，查看损耗