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13.56Mhz读卡器天线PCB设计

13.56Mhz读卡器天线PCB设计
13.56Mhz读卡器天线PCB设计

13.56Mhz读卡器天线PCB设计

13.56Mhz天线简介

图 1 天线电路

如图1所示,13.56Mhz读卡器天线电路包括两大部分,其中黄色区域是信号接收电路;下面的蓝、绿、土黄色区域是信号发射电路。下面分别介绍两部分电路。发射电路:信号发射部分可细分为EMC滤波电路、谐振与阻抗匹配电路、线圈三部分。其中:

?EMC滤波电路:主要是由LC低通滤波电路组成低通滤波器,读卡芯片经由TX1和TX2送出的天线信号主要是13.56Mhz,但是不可避免也会有高次谐波存在。所以该部分的低通滤波器主要作用就是滤除高于

13.56Mhz的无用信号。这样即有利于读卡器与卡片之间的正常通信,也能减少天线部分对空间或者附近

电路的电磁干扰。

?匹配电路:匹配电路形式上图中土黄色区域,此部分主要是调整整个天线发射部分的谐振频率点到

13.56Mhz附近,这样可以使得线圈上的信号幅度增加有利于磁场辐射。另外匹配电路还要将发射部分电

路的电阻匹配到与读卡芯片的输出电阻附件,典型的是50欧姆(b不同芯片不一样)。这样可以使得天线部分获得最大功率有利于读卡距离提升。

?线圈:线圈可以是PCB线圈或者铜线绕制线圈。

接收电路:信号接收电路比较简单,由四个元器件构成,图中黄色区域Cmin电容可稳定读卡芯片内部提供的固定参考电压Vmin,R1则将此参考电压引入到RX引脚,为芯片的接收信号添加固定直流电平,CRx则从发生电路引入反馈信号与Vmin叠加后送入芯片内部。通过调节R2和R1的比值可以调节Rx脚信号的幅度,使得芯片的读卡距离最佳。

硬件电路设计

以图 1中电路为例天线部分电路设计应该遵循以下原则:

?电路形式要做一些改进:在电感L0左侧串联0Ω电阻,将来断开电阻接入分析仪进行观察调试会比较方便,否则就只能把L0翘起来调试,这是比较麻烦的。应把C0、C2都分成2只并联的电容,便于将来调整参数。

?PCB设计注意:整个发射部分电路一定要注意对称设计,从Tx1和Tx2出来的两路信号的走线长度尽量做到一致。

?两只电感应该用0805以上的封装,以保证有足够的电流通过(680nH/0805),否则不利于远距离读卡。?PCB线圈的长宽视具体情况而定,如果电路板不受模具限制可设计为与普通卡片长宽一致,如果线圈大小受限制也可减小线圈面积。一般原则是设计为与所读的卡片大小一致最好;再说线圈的圈数问题,长宽在3x3cm以上4圈即可,过多反而不好调整参数。如果是在3x3cm以下可以将圈数增加至6圈或者更多;

PCB线圈走线宽度在0.5mm~1mm之间,间距与线宽相同即可,另外线圈拐角以圆弧过渡最好。

?线圈部分,不可大面积敷铜,否则会引起磁场涡流效应造成能量严重损耗要注意线圈作用范围内(线圈周围全部空间)不可有大面积的金属元件、金属物体、金属镀膜等。

?整个发射电路所有器件的地必须连接到同一根地线上并且返回芯片的TVSS脚,且天线电路器件附近不可大面积覆铜,器件之间以导线连接。

下面是天线电路设计实例:

图 2 天线部分设计实例

如图 2所示,L0、C01、C02构成两路发射信号的EMC滤波电路,这两部分是上下对称的。同理后面的匹配电路以及线圈都是对称设计,这样可以使得整个发射电路的性能最佳。

器件选型

由于天线电路的性能与每个器件的参数都有关,所以选用器件时就要考虑器件的精度以及温度系数等问题。如图 1所示电路选型建议如下:

L0要选用封装在0805及以上的器件,且电感额定电流要在150mA以上。

C0、C1、C2要选用精度为±5%或者更高等级,COG材质(温度系数小)的电容。这样才能保证批量生产时产品的性能一致性。

基于HFSS的4_24微带阵列天线的研究与设计_惠鹏飞

第26卷第5期 齐 齐 哈 尔 大 学 学 报 Vol.26,No.5 2010年9月 Journal of Qiqihar University Sep.,2010 基于HFSS 的4×24微带阵列天线的研究与设计 惠鹏飞,夏颖,周喜权,陶佰睿,苗凤娟 (齐齐哈尔大学 通信与电子工程学院,黑龙江 齐齐哈尔 161006) 摘要:微带阵列天线的馈电方式有微带线馈电和同轴馈电两种方式,本文利用HFSS软件对微带阵列天线进行了研 究,分析了两种馈电方式的传输损耗及其对天线方向图的影响,利用模块化的设计方法实现了一种基于同轴线馈 电结构的多元矩形微带阵列天线。在HFSS仿真设计环境里对天线进行了物理建模,该微带阵列天线的方向图特性 良好,工程上实现比较方便。 关键词:微带阵列天线;模块化设计;HFSS 仿真;物理建模;方向图 中图分类号:TN820.1 文献标识码:A 文章编号:1007-984X(2010)05-0009-04 随着无线电技术的发展,微带天线在许多领域得到了越来越广泛的应用,主要应用场合包括:卫星通信、多普勒雷达及其它制式雷达、导弹遥测系统、复杂天线中的馈电单元等[1] 。微带天线通常采用天线阵列的形式,由馈电网络控制对天线子阵的激励幅度和相位,以获得高增益、强方向性等特点。 微带阵列天线的馈电方式主要有微带线馈电和同轴线馈电方式两种。利用微带线馈电时,馈线与微带贴片是共面的,因此可以方便地光刻,但缺点是损耗较大,在高效率的天馈系统里的应用受到较大限制[2]。本文首先对微带馈电网络产生的损耗进行了详细分析,利用HFSS 软件设计了2×4结构的微带子阵,采用同轴馈电的方式,利用模块化设计方法和方向图叠加原理最终实现了4×24矩形微带阵列天线,仿真设计结果表明,该大型矩形微带阵列天线的各项指标参数良好,设计思想得到了很好的验证。 1 微带阵列及馈电网络损耗分析 1.1 微带阵列理论 微带天线单元的增益较小,一般单个贴片单元的辐射增益只有6~8 dB,为了实现远距离传输和获得更大的增益,尤其是对天线的方向性要求比较苛刻的场合,常采用由微带辐射单元组成的微带阵列天线,如果对增益要求较高,可采用大型微带阵列天线结构[3]。 首先分析平面微带阵列天线的激励电流与电场分布情况,无论是线天线还是面天线,其辐射源都是高频电流源,天线系统将高频电流源的能量转换成电磁波的形式发射出去,讨论电流源的辐射场是分析天线的基础。假设由若干相同的微带天线元组成的平面阵结构,建立三维坐标系分析阵列天线的场量分布情况。以阵列的中心为坐标原点,天线在x 轴方向和y 轴方向的单元编号分别用m 和n 表示。以原点天线单元为相位参考点,为了简化分析,假设阵列中各单元间互耦影响可以忽略不计,各单元激励电流为 j()e xs ys m n mn I ψψ?+,天线阵在远区的辐射总场(,)E θ?为 ()(,)(,)E f S θ?θ?θ??,= 式中,(,)f θ?为阵元的方向性函数,(,)S θ?为平面阵的阵方向性函数。平面阵因子是两个线阵因子的乘积,可以利用线阵方向性分析的结论来分析平面阵列的方向性。 1.2 馈电网络及损耗分析 天线只有承载高频电流才能有电磁波辐射,馈线指将高频交流电能从电路的某一段传送到另一段所用 的设备,对天线的馈电包括对单元天线的馈电和阵列天线的馈电两种形式。当利用传输线对阵列结构进行 收稿日期:2010-06-06 基金项目:齐齐哈尔市科技局工业攻关项目(GYGG-09011-2) 作者简介:惠鹏飞(1980-),男,辽宁凌源人,讲师,硕士,主要从事雷达极化信息处理的研究,weibo505@https://www.sodocs.net/doc/c917103819.html,。

实验七 微带贴片天线的设计与仿真

实验七微带贴片天线的设计与仿真 一、实验目的 1.设计一个微带贴片天线 2..查看并分析该微带贴片天线的 二、实验设备 装有HFSS 13.0软件的笔记本电脑一台 三、实验原理 传输线模分析法求微带贴片天线的辐射原理如下图所示: 设辐射元的长为L,宽为ω,介质基片的厚度为h。现将辐射元、介质基片和接地板视为一段长为L的微带传输线,在传输线的两端断开形成开路,根据微带传输线的理论,由于基片厚度h<<λ,场沿h方向均匀分布。在最简单的情况下,场沿宽度ω方向也没有变化,而仅在长度方向(L≈λ/2)有变化。 在开路两端的电场均可以分解为相对于接地板的垂直分量和水平分量,两垂直分量方向相反,水平分量方向相同,因而在垂直于接地板的方向,两水平分量电场所产生的远区场同向叠加,而两垂直分量所产生的场反相相消。因此,两开路端的水平分量可以等效为无限大平面上同相激励的两个缝隙,缝的电场方向与长边垂直,并沿长边ω均匀分布。缝的宽度△L≈h,长度为ω,两缝间距为L≈λ/2。这就是说,微带天线的辐射可以等效为有两个缝隙所组成的二元阵列。 四、实验内容 利用HFSS软件设计一个右手圆极化天线,此天线通过微带结构实现。中心频率为2.45GHz,选用介质基片R04003,其介电常数为εr=2.38,厚度为h =5mm。最后得到反射系数和三维方向图的仿真结果。 五、实验步骤 1.建立新工程 了方便建立模型,在Tool>Options>HFSS Options中讲Duplicate Boundaries with geometry 复选框选中。 2.将求解类型设置为激励求解类型: (1)在菜单栏中点击HFSS>Solution Type。

高速PCB设计指南

高速PCB设计指南 第一篇 PCB布线 在PCB设计中,布线是完成产品设计的重要步骤,可以说前面的准备工作都是为它而做的,在整个PCB中,以布线的设计过程限定最高,技巧最细、工作量最大。PCB布线有单面布线、双面布线及多层布线。布线的方式也有两种:自动布线及交互式布线,在自动布线之前,可以用交互式预先对要求比较严格的线进行布线,输入端与输出端的边线应避免相邻平行,以免产生反射干扰。必要时应加地线隔离,两相邻层的布线要互相垂直,平行容易产生寄生耦合。 自动布线的布通率,依赖于良好的布局,布线规则可以预先设定,包括走线的弯曲次数、导通孔的数目、步进的数目等。一般先进行探索式布经线,快速地把短线连通,然后进行迷宫式布线,先把要布的连线进行全局的布线路径优化,它可以根据需要断开已布的线。并试着重新再布线,以改进总体效果。 对目前高密度的PCB设计已感觉到贯通孔不太适应了,它浪费了许多宝贵的布线通道,为解决这一矛盾,出现了盲孔和埋孔技术,它不仅完成了导通孔的作用,还省出许多布线通道使布线过程完成得更加方便,更加流畅,更为完善,PCB 板的设计过程是一个复杂而又简单的过程,要想很好地掌握它,还需广大电子工程设计人员去自已体会,才能得到其中的真谛。 1 电源、地线的处理

既使在整个PCB板中的布线完成得都很好,但由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰,会使产品的性能下降,有时甚至影响到产品的成功率。所以对电、地线的布线要认真对待,把电、地线所产生的噪音干扰降到最低限度,以保证产品的质量。 对每个从事电子产品设计的工程人员来说都明白地线与电源线之间噪音所产生的原因,现只对降低式抑制噪音作以表述: (1)、众所周知的是在电源、地线之间加上去耦电容。 (2)、尽量加宽电源、地线宽度,最好是地线比电源线宽,它们的关系是:地线>电源线>信号线,通常信号线宽为:0.2~0.3mm,最经细宽度可达0.05~0.07mm,电源线为1.2~2.5 mm 对数字电路的PCB可用宽的地导线组成一个回路, 即构成一个地网来使用(模拟电路的地不能这样使用) (3)、用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。或是做成多层板,电源,地线各占用一层。 2 数字电路与模拟电路的共地处理 现在有许多PCB不再是单一功能电路(数字或模拟电路),而是由数字电路和模拟电路混合构成的。因此在布线时就需要考虑它们之间互相干扰问题,特别是地线上的噪音干扰。 数字电路的频率高,模拟电路的敏感度强,对信号线来说,高频的信号线尽可能远离敏感的模拟电路器件,对地线来说,整人PCB对外界只有一个

(完整版)射频微带阵列天线设计毕业设计

射频微带阵列天线设计 摘要 微带天线是一种具有体积小、重量轻、剖面低、易于载体共形、易于与微波集成电路一起集成等诸多优点的天线形式,目前已在无线通信、遥感、雷达等诸多领域得到了广泛应用。同时研究也发现由于微带天线其自身结构特点,存在一些缺点,例如频带窄、增益低、方向性差等。通常将若干单个微带天线单元按照一定规律排列起来组成微带阵列天线,来增强天线的方向性,提高天线的增益。 本文在学习微带天线和天线阵的原理和基本理论,加以分析,利用Ansoft 公司的高频电磁场仿真软件HFSS,设计了中心频率在10GHz的4元均匀直线微带阵列,优化和调整了相关参数,然后分别对单个阵元和天线阵进行仿真,对仿真结果进行分析,对比两者在相关参数的差异。最后得到的研究结果表明,微带天线阵列相较于单个微带天线,由于阵元间存在互耦效应以及存在馈电网络的影响,微带阵列天线的回波损耗要大于单个阵元。但是天线阵列增益明显大于单个微带天线,且阵列天线比单个阵元具有更好的方向性。

关键词:微带天线微带阵列天线方向性增益 HFSS仿真 Design of Radio-Frequency Microstrip Array Antenna ABSTRACT Microstrip antenna is a kind of antenna form with many advantages like,small size, light weight, low profile, easy-to-carrier conformal, easy integration with many other of microwave integrated circuits and so on. Now microstrip array wildly applied in the filed of wireless

实验一:微带天线的设计与仿真

实验一:微带天线的设计与仿真 一、实验步骤、仿真结果分析及优化 1、原理分析: 本微带天线采用矩形微带贴片来进行设计。 假设要设计一个在2.5GHz 附近工作的微带天线。我采用的介质基片, εr= 9.8, h=1.27mm 。理由是它的介电系数和厚度适中,在2.5GHz 附近能达到较高的天线效率。并且带宽相对较高。 由公式:2 /1212-?? ? ??+= r r f c W ε=25.82mm 贴片宽度经计算为25.82mm 。 2 /1121212 1-?? ? ?? +-+ += w h r r e εεε=8.889; ()()()()8.0/258.0264.0/3.0412.0+-++=?h w h w h l e e εε ?l=0.543mm ; 可以得到矩形贴片长度为: l f c L e r ?-= 22ε=18.08mm 馈电点距上边角的距离z 计算如下: ) 2( cos 2 ) (cos 2)(5010 22z R z G z Y e r in ?===λεπβ 2 20 90W R r λ= (0λ<

计算结果:在这类介质板上,2.5GHz 时候50Ω传输线的宽度为1.212mm 。 2、计算 基于ADS 系统的一个比较大的弱点:计算仿真速度慢。特别是在layout 下的速度令人 无法承受,所以先在sonnet 下来进行初步快速仿真。判断计算值是否能符合事实。 sonnet 中的仿真电路图如下: S11图象如下: 可见,按照公式计算出来的数据大致符合事实上模拟出来的结果。但是发现中心频率发生了偏移,这主要是由于公式中很多的近似引起的。主要的近似是下面公式引起 2 20 90W R r λ= (0λ<

基于HFSS矩形微带贴片天线的仿真设计报告

.. .. .. 矩形微带贴片天线的仿真设计 实验目的:运用HFSS的仿真能力对矩形微带天线进行仿真 实验容:矩形微带天线仿真:工作频率7.55GHz 天线结构尺寸如表所示: 名称起点尺寸类型材料 Sub -14.05,-16,0 28.1,32,0.794 Box Rogers 5880 (tm)GND -14.05,-16,-0.05 28.1,32,0.05 Box pec Patch -6.225,-8,0.794 12.45 , 16, 0.05 Box pec MSLine -3.1125,-8,0.794 2.49 , -8 , 0.05 Box pec Port -3.1125,-16,-0.05 2.49 ,0, 0.894 Rectangle Air -40,-40,-20 80,80,40 Box Vacumn 一、新建文件、重命名、保存、环境设置。 (1)、菜单栏File>>save as,输入0841,点击保存。 (2). 设置激励终端求解方式:菜单栏HFSS>Solution type>Driven Termin ,点击OK。

(3)、设置模型单位:3D Modeler>Units选择mm ,点击OK。 (4)、菜单栏Tools>>Options>>Modeler Options,勾选”Edit properties of new pri”, 点击OK。 二、建立微带天线模型 (1)、插入模型设计 (2)、重命名

输入0841 (3)点击创建GND,起始点:x:-14.05,y:-16,z:-0.05,dx:28.1,dy:32,dz:0.05 修改名称为GND, 修改材料属性为 pec, (4)介质基片:点击,:x:-14.05,y:-16,z:0。dx: 28.1,dy: 32,dz: 0.794, 修 改名称为Sub,修改材料属性为Rogers RT/Duriod 5880,修改颜色为绿色,透明度0.4。

PCB设计原理及规范处理

PCB 设计规范二O 一O 年八月

目录 一.PCB 设计的布局规范- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - 3 ■布局设计原则- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ------ - - 3 ■对布局设计的工艺要求- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ------- - - 4 二.PCB 设计的布线规范- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 15 ■布线设计原则- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ----- - - 15 ■对布线设计的工艺要求- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ------ 16 三.PCB 设计的后处理规范- - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - - - - 25 ■测试点的添加- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ----- - - - 25 ■PCB 板的标注- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ----- - - - - 27 ■加工数据文件的生成- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ----- - - - 31 四.名词解释- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - - 33 ■金属孔、非金属孔、导通孔、异形孔、装配孔- - - - - - - - - ---- - 33 ■定位孔和光学定位点- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ------ - 33 ■负片(Negative)和正片(Positive)- - - - - - - - - - - --- - - - - 33 ■回流焊(Reflow Soldering)和波峰焊(Wave Solder)- - --- - - 34 ■PCB 和PBA - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ---- --- - - 34

微带天线设计

08通信 陆静晔0828401034

微带天线设计 一、实验目的: ● 利用电磁软件Ansoft HFSS 设计一款微带天线 ? 微带天线的要求:工作频率为2.5GHz ,带宽(S11<-10dB )大于5%。 ● 在仿真实验的帮助下对各种微波元件有个具体形象的了解。 二、实验原理: 微带天线的概念首先是由Deschamps 于1953年提出来的,经过20年左右的发展,Munson 和Howell 于20世纪70年代初期制造出了实际的微带天线。微带天线由于具有质量轻、体积小、易于制造等优点,现今已经广泛应用于个人无线通信中。 图1-1是一个简单的微带贴片天线的结构,由辐射源、介质层和参考地三部分组成。与天线性能相关的参数包括辐射源的长度L 、辐射源的宽度W 、介质层的厚度h 、介质的相 对介电常数εr 和损耗正切tan δ、介质层的长度LG 和宽度WG 。图1-1 所示的微带贴片天线是采用微带线来馈电的,本次将要设计的矩形微带贴片天线采用的是同轴线馈电,也就是将同轴线接头的内芯线穿过参考地和介质层 与辐射源相连接。 对于矩形贴片微带天线,理论分析时可以采用传输线模型来分析其性能。矩形贴片微带天线的工作主模式是TM 10模,意味着电场在长度L 方向上有λg /2的改变,而在宽度W 方向上保持不变,如图1-2(a )所示,在长度L 方向上可以看作成有两个终端开路的缝隙辐射出电磁能量,在宽度W 方向的边缘由于终端开路,所以电压值最大电流值最小。从图1-2(b )可以看出,微带线边缘的电场可以分解成垂直于参考地的分量和平行于参考地的分量两部分,两个边缘的垂直分量大小相等、方向相反,平行电场分量大小相等、方向相反;因此,远区辐射电场垂直分量相互抵消,辐射电场平行于天线表面。 图1-1

电源pcb设计指南包括PCB安规emc布局布线PCB热设计PCB工艺

电源pcb设计指南包括:PCB安规、emc、布局布线、PCB热设计、PCB工艺 导读 1.安规距离要求部分 2.抗干扰、EMC部分 3.整体布局及走线部分 4.热设计部分 5.工艺处理部分 1.安规距离要求部分 安全距离包括电气间隙(空间距离),爬电距离(沿面距离)和绝缘穿透距离。 1、电气间隙:两相邻导体或一个导体与相邻电机壳表面的沿空气测量的最短距离。 2、爬电距离:两相邻导体或一个导体与相邻电机壳表面的沿绝绝缘表面测量的最短距离。 一、爬电距离和电气间隙距离要求,可参考NE61347-1-2-13/GB19510.14. (1)、爬电距离:输入电压50V-250V时,保险丝前L—N≥2.5mm,输入电压250V-500V时,保险丝前L—N≥5.0mm;电气间隙:输入电压50V-250V时,保险丝前L—N≥1.7mm,输入电压250V-500V时,保险丝前L—N≥3.0mm;保险丝之后可不做要求,但尽量保持一定距离以避免短路损坏电源。 (2)、一次侧交流对直流部分≥2.0mm (3)、一次侧直流地对地≥4.0mm如一次侧地对大地 (4)、一次侧对二次侧≥6.4mm,如光耦、Y 电容等元器零件脚间距≤6.4mm 要开槽。 (5)、变压器两级间≥6.4mm 以上,≥8mm加强绝缘。 2.抗干扰、EMC部分 在图二中,PCB 布局时,驱动电阻R3应靠近Q1(MOS管),电流取样电阻R4、C2应靠近IC1的第4 Pin,如图一所说的R应尽量靠近运算放大器缩短高阻抗线路。因运算放大器输入端阻抗很高,易受干扰。输出端阻抗较低,不易受干扰。一条长线相当于一根接收天线,容易引入外界干扰。 在图三的A中排版时,R1、R2要靠近三极管Q1放置,因Q1的输入阻抗很高,基极线路过长,易受干扰,则R1、R2不能远离Q1。 在图三的B中排版时,C2要靠近D2,因为Q2三极管输入阻抗很高,如Q2至D2的线路太长,易受干扰,C2应移至D2附近。 二、小信号走线尽量远离大电流走线,忌平行,D>=2.0mm。 三、小信号线处理:电路板布线尽量集中,减少布板面积提高抗干扰能力。 四、一个电流回路走线尽可能减少包围面积。 如:电流取样信号线和来自光耦的信号线

线极化微带天线阵列的设计

线极化微带天线阵列的设计 摘要 微带、微波起源于上世纪中期,在上世纪末就已经展开了对实用天线的研究并制成了第一批实用天线,现在微带天线方面,无论在理论还是应用,都已经取得了很大进展,并在深度和广度上都获得了进一步发展。微带天线技术越来越成熟,其应用与我们的生活、军事、科技都息息相关。体积小、重量轻、剖面薄是微带天线优于普通天线的特点,并且它适合用于印刷电路技术大批量生产,所以能够制成与导弹、卫星表面相共型的结构。因此微带天线在军事、无线通信、遥感、雷达等领域得到了广泛的应用。但是根据微带天线自身的结构特点,仍存在一些缺点,例如频带窄、效率低、增益低、方向性差。解决这些问题的方法就是:将若干个天线单元有规律的排列起来,通过利用这些天线单元构成天线阵列,从而来提高天线的增益、增强天线的方向性。 本文在学习微带天线理论及微带天线阵列基本理论的基础上,利用高频电磁仿真软件HFSS对阵列天线进行仿真设计。设计了中心频率在5.8GHz的阵列天线,对天线的特性进行了深入细致的研究。分别对单个天线阵元和天线阵列进行了仿真,天线阵列的增益明显大于单个微带天线,且方向性更好。因此采用天线阵列的形式进行仿真并对结果中各相关参数进行对比分析差异,优化调整了相关参数。仿真天线的各项指标均达到要求,进行了对实物的加工,在微波暗室内测试出天线的相关参数并与设计指标、仿真结果进行比较,最终达到了设计要求。 关键词:微带天线天线阵方向性增益 HFSS仿真

ABSTRACT Microstrip, microwave, originated in the middle of the last century, in the end of la st century has launched the research of practical antenna and made the first batch of pra ctical antenna, the microstrip antenna has made breakthrough progress now, no matter in theory or application on the depth and width of further development, this new antenna has been increasingly mature, its application to our daily life, military, science and techn ology are closely related. Compared with the common antenna microstrip antenna with small volume, light weight, the characteristics of thin section, it can be made with missil e and satellite surface phase structure, and suitable for mass production printed circuit te chnology. Therefore, microstrip antenna has been widely used in wireless communicatio n, remote sensing and radar. However, according to the structure of microstrip antenna, t here are still some shortcomings, such as narrow band, low efficiency, low gain and poo r directivity. The way to solve these problems is to arrange a number of antenna element s in a regular arrangement, and make up the antenna array to improve the gain and direc tion of the antenna. Based on the theory of microstrip antenna and basic theory of microstrip antenna ar ray, HFSS is used to analyze the array antenna. The array antenna with the center freque ncy of 5.8GHZ is designed, and the characteristics of the antenna are studied in detail. T he gain of antenna array is obviously larger than that of single microstrip antenna, and t he direction is better. Therefore, the antenna array was used for simulation and the corr elation parameters in the results were compared and analyzed, and the correlation param eters were optimized and adjusted. Simulation of the antenna of the indicators are up to par, the physical processing, and testing in microwave dark room to the related paramete rs of the antenna, and comparing with design index, the simulation results, finally reach ed the design requirements. Keywords: miccrostrip antennas antenna array directivity gain HFSS simulation

微带天线仿真设计(5)讲解

太原理工大学现代科技学院 微波技术与天线课程设计 设计题目:微带天线仿真设计(5) 专业班级 学号 姓名 指导老师

专业班级 学号 姓名 成绩 设计题目:微带天线仿真设计(5) 一、设计目的: 通过仿真了解微带天线设计 二、设计原理: 1、微带天线的结构 微带天线是由一块厚度远小于波长的介质板(成为介质基片)和(用印刷电路或微波集成技术)覆盖在他的两面上的金属片构成的,其中完全覆盖介质板一片称为接触板,而尺寸可以和波长想比拟的另一片称为辐射元。 微带天线的馈电方式分为两种,如图所示。一种是侧面馈电,也就是馈电网络与辐射元刻制在同一表面;另一种是底馈,就是以同轴线的外导体直接与接地板相连,内导体穿过接地板和介质基片与辐射元相接。 微带天线的馈电 (a )侧馈 (b )底馈 2、微带天线的辐射原理 用传输线模分析法介绍矩形微带天线的辐射原理。矩形贴片天线如图: … …………… …… …… …… … …装 …… …… …… …… … …… …… …… 订… …… … …… …… …… …… …… … …线 …… …… …… …… … …… …… ……

设辐射元的长为L,宽为ω,介质基片的厚度为h。现将辐射元、介质基片和接地板视为一段长为L的微带传输线,在传输线的两端断开形成开路,根据微带传输线的理论,由于基片厚度h<<λ,场沿h方向均匀分布。在最简单的情况下,场沿宽度ω方向也没有变化,而仅在长度方向(L≈λ/2)有变化。在开路两端的电场均可以分解为相对于接地板的垂直分量和水平分量,两垂直分量方向相反,水平分量方向相同,因而在垂直于接地板的方向,两水平分量电场所产生的远区场同向叠加,而两垂直分量所产生的场反相相消。因此,两开路端的水平分量可以等效为无限大平面上同相激励的两个缝隙,缝的电场方向与长边垂直,并沿长边ω均匀分布。缝的宽度△L≈h,长度为ω,两缝间距为L≈λ/2。这就是说,微带天线的辐射可以等效为有两个缝隙所组成的二元阵列。 经过查阅资料,可以知道微带天线的波瓣较宽,方向系数较低,这正是微带天线的缺点,除此之外,微带天线的缺点还有频带窄、损耗大、交叉极化大、单个微带天线的功率容量小等.在这个课设中,借助EDA仿真软件Ansoft HFSS进行设计和仿真。Ansoft公司推出的基于电磁场有限元方法(FEM)的分析微波工程问题的三维电磁仿真软件,Ansoft HFSS 以其无与伦比的仿真精度和可靠性,快捷的仿真速度,方便易用的操作界面,稳定成熟的自适应网格剖分技术,使其成为高频结构设计的首选工具和行业标准,并已广泛应用于航

实验五 微带天线设计

实验五 微带天线设计、仿真、制作与测试 一.实验目的 1.了解描述天线性能的主要参数及天线类型 2.了解微带天线的辐射机理和设计方法 3.掌握用ADS 进行微带天线优化仿真的方法与步骤 二.天线的基本原理 1.天线的辐射原理: 将传输线中的高频电磁能转成为自由空间的电磁波 将自由空间中的电磁波转化为传输线中的高频电磁能 2.电磁波辐射与场区的划分 (a) 感应近场 (b) 辐射近场 (c) 辐射远场 天线实际使用区域为辐射远场区 3.天线的分类 从方向性分:有强方向性天线、弱方向性天线、定向天线、全向天线、针状波束天线、扇形波束天线等。 从极化特性分:有线极化天线、圆极化天线和椭圆极化天线。线极化天线又分为垂直极化和水平极化天线。 从频带特性分:有窄频带天线、宽频带天线和超宽频带天线。 按天线上电流分布分: 有行波天线、驻波天线。 按使用波段分类: 有长波、超长波天线、中波天线、短波天线、超短波天线和微波天线。 按天线外形分类 : 有鞭状天线、T 形天线、Γ形天线、V 形天线、菱形天线、环天线、螺旋天线、波导口天线、波导缝隙天线、喇叭天线、反射面天线等。还有八木天线,对数周期天线、阵列天线。阵列天线又有直线阵天线、平面阵天线、附在某些载体表面的共形阵列天线等。 4.天线的技术指标 (1)天线的方向性因子 方向性因子 归一化方向性因子 λ/62.031D R <λ/222D R >1(,)jkr E f e r θφ-→max ) ,(),(f f F ?θ?θ=

(2)E 面和H 面方向图 工程上常采用通过最大辐射方向的两个正交平面上的剖面图来描述天线的方向图。这两个相互正交的平面称之为主面,对于线极化天线来说通常取为E 面和H 面。 E 面:指通过天线最大辐射方向并平行于电场矢量的平面。 H 面:指通过天线最大辐射方向并平行于磁场矢量的平面。 (3)主瓣宽度 方向图主瓣上两个半功率点之间的夹角,记为2θ0.5。又称为半功率波束宽度或3dB 波束宽度。一般情况下,天线的E 面和H 面方向图的主瓣宽度不等,可分别记为2θ0.5E 和2θ0.5H 。可以描述天线波束在空间的覆盖范围,主瓣瓣宽越窄,则方向性越好,抗干扰能力越强。 (4)天线方向性系数 Pr :被测天线距离R 处所接收到的功率密度,单位为W/m2; Pi :为全向性天线距离R 处所接收到的功率密度, 单位为W/m2 (5)天线增益G Pr :被测天线距离R 处所接收到的功率密度,单位为W/m2; Pi :为全向性天线距离R 处所接收到的功率密度, 单位为W /m2 一个天线与对称振子相比较的增益用“dBd ”表示 一个天线与各向同性辐射器相比较的增益用“dBi ”表示 (6)辐射效率 Pr 为天线辐射出的功率;Pin 为馈入天线的功率。 天线增益、方向性系数和辐射效率的关系: (7)天线输入阻抗 (8)天线的极化 无线电波在空间传播时,其电场方向是按一定的规律而变化的,这种现象称为无线电波的极化。无线电波的电场方向称为电波的极化方向。如果电波的电场方向垂直于地面,我们就称它为垂直极化波。如果电波的电场方向与地面平行,则称它为水平极化波。 天线辐射的电磁场的电场方向就是天线的极化方向 (9)天线带宽 有几种不同的定义:一种是指天线增益下降三分贝时的频带宽度;一种是指在规定的驻波比下天线的工作频带宽度。在移动通信系统中是按后一种定义的,具体的说,就是当天线的输入驻波比ρ≤1.4时,天线的工作带宽。 三.微带天线 1.微带天线优点: 相同辐射功率 i r P P D =相同输入功率 i r P P G =in r P P =ηD G η=I U Z in =

(完整版)基于HFSS的微带天线设计毕业设计论文

烟台大学 毕业论文(设计) 基于HFSS的微带天线设计 Microstrip antenna design based on HFSS 申请学位:工学学士学位 院系:光电科学技术与信息学院

烟台大学毕业论文(设计)任务书院(系):光电信息科学技术学院

[摘要]天线作为无线收发系统的一部分,其性能对一个系统的整体性能有着重要影响。近年来内置天线在移动终端数量日益庞大的同时功能也日益强大,对天线的网络覆盖及小型化也有了更高的要求。由于不同的通信网络间的频段差异较大,所以怎样使天线能够覆盖多波段并且同时拥有足够小的尺寸是设计内置天线的主要问题。微带天线具有体积小,重量轻,剖面薄,易于加工等诸多优点,得到广泛的研究与应用。微带天线的带宽通常小于3%,在无线通信技术中,对天线的带宽有了更高的要求;而电路集成度提高,系统对天线的体积有了更高的要求。 随着技术的进步,在不同领域对于天线的各个要求越来越高,所以对微带天线的尺寸与性能的分析有着重要的作用。对此,本文使用HFSS 软件研究了微带天线的设计方法,论文介绍及分析了天线的基本概念和相关性能参数,重点对微带天线进行了研究。 本文介绍了微带天线的分析方法,并使用HFSS 软件的天线仿真功能,对简单的微带天线进行了仿真和分析。 [关键词] 微带天线设计分析HFSS [Abstract]Antenna as part of the wireless transceiver system, its performance important impact on the overall performance of a system. Internal antenna in recent years an increasingly large number of mobile terminals while also increasingly powerful, and also network coverage and miniaturization of the antenna Band differences between the different communication networks, cover band and also problem of the design built-in antenna. Microstrip antenna with small size, light weight, thin profile, easy to process many advantages, extensive research and application. Microstrip antenna bandwidth is typically less than 3% the bandwidth of the antenna in wireless communication technology; improve the integration of the circuit the size of the antenna. As technology advances in different areas for various requirements of the antenna important role. Article uses HFSS microstrip antenna design, the paper introduces and analyzes the basic concepts and performance parameters of the antenna, with emphasis on the microstrip antenna. This article describes the analysis of the microstrip antenna and antenna simulation in HFSS simulation and analysis functions, simple microstrip antenna. [Key Words]Microstrip antenna design analysis HFSS

高速PCB设计指南

高速PCB设计指南之一 第一篇PCB布线 在PCB设计中,布线是完成产品设计的重要步骤,可以说前面的准备工作都是为它而做的,在整个PCB中,以布线的设计过程限定最高,技巧最细、工作量最大。PCB布线有单面布线、双面布线及多层布线。布线的方式也有两种:自动布线及交互式布线,在自动布线之前,可以用交互式预先对要求比较严格的线进行布线,输入端与输出端的边线应避免相邻平行,以免产生反射干扰。必要时应加地线隔离,两相邻层的布线要互相垂直,平行容易产生寄生耦合。自动布线的布通率,依赖于良好的布局,布线规则可以预先设定,包括走线的弯曲次数、导通孔的数目、步进的数目等。一般先进行探索式布经线,快速地把短线连通,然后进行迷宫式布线,先把要布的连线进行全局的布线路径优化,它可以根据需要断开已布的线。并试着重新再布线,以改进总体效果。 对目前高密度的PCB设计已感觉到贯通孔不太适应了,它浪费了许多宝贵的布线通道,为解决这一矛盾,出现了盲孔和埋孔技术,它不仅完成了导通孔的作用,还省出许多布线通道使布线过程完成得更加方便,更加流畅,更为完善,PCB 板的设计过程是一个复杂而又简单的过程,要想很好地掌握它,还需广大电子工程设计人员去自已体会,才能得到其中的真谛。 1 电源、地线的处理 既使在整个PCB板中的布线完成得都很好,但由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰,会使产品的性能下降,有时甚至影响到产品的成功率。所以对电、地线的布线要认真对待,把电、地线所产生的噪音干扰降到最低限度,以保证产品的质量。 对每个从事电子产品设计的工程人员来说都明白地线与电源线之间噪音所产生的原因,现只对降低式抑制噪音作以表述: (1)、众所周知的是在电源、地线之间加上去耦电容。 (2)、尽量加宽电源、地线宽度,最好是地线比电源线宽,它们的关系是:地线>电源线>信号线,通常信号线宽为:0.2~0.3mm,最经细宽度可达0.05~0.07mm,电源线为1.2~2.5 mm 对数字电路的PCB可用宽的地导线组成一个回路, 即构成一个地网来使用(模拟电路的地不能这样使用) (3)、用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。或是做成多层板,电源,地线各占用一层。 2 数字电路与模拟电路的共地处理 现在有许多PCB不再是单一功能电路(数字或模拟电路),而是由数字电路和

天线CAD大作业微带天线设计

天线CAD大作业 学院:电子工程学院 专业:电子信息工程

微带天线设计 一、设计要求: (1)工作频带1.1-1.2GHz ,带内增益≥4.0dBi ,VSWR ≤2:1。微波基板介电常数为r ε = 6,厚度H ≤5mm ,线极化。总结设计思路和过程,给出具体的天线结构参数和仿真结果,如VSWR 、方向图等。 (2)拓展要求:检索文献,学习并理解微带天线实现圆极化的方法,尝试将上述天线设计成左旋圆极化天线,并给出轴比计算结果。 二、设计步骤 计算天线几何尺寸 微带天线的基板介电常数为r ε= 6,厚度为 h=5mm,中心频率为 f=1.15GHz,s m /103c 8?=天线使用50Ω同轴线馈电,线极化,则 (1)辐射切片的宽度2 1 )2 1(2-+=r f c w ε=69.72mm (2)有效介电常数2 1)12 1(2 1 2 1 r e - +-+ += w h r εεε=5.33 (3)辐射缝隙的长度) 8.0/)(258.0() 264.0/)(3.0(h 412.0+-++=?h w e h w e L εε=2.20 (4)辐射切片的长度L e f c L ?-=22ε=52.10mm (5)同轴线馈电的位置L1 21 )121(21 2 1)(re - +-++= L h r r L εεξ=5.20 )1 1(21re L L ξ-= =14.63mm 三、HFSS 设计 (1)微带天线建模概述 为了方便建模和后续的性能分析,在设计中定义一系列变量来表示微带天线的结构尺寸,变量的定义及天线的结构尺寸总结如下:

微带天线的HFSS设计模型如下: 立体图俯视图 模型的中心位于坐标原点,辐射切片的长度方向沿着x轴,宽度方向沿着y 轴。介质基片的大小是辐射切片的2倍,参考地和辐射切片使用理想导体来代替。对于馈电所用的50Ω同轴线,这用圆柱体模型来模拟。使用半径为0.6mm、坐标为(L1,0,0);圆柱体顶部与辐射切片相接,底部与参考地相接,及其高度使用变量H表示;在与圆柱体相接的参考地面上需要挖一个半径为1.5mm的圆孔,作为信号输入输出端口,该端口的激励方式设置为集总端口激励,端口归一化阻抗为50Ω。模型建立好后,设置辐射边界条件。辐射边界表面距离辐射源通常需要大于1/4波长,1.15GHz时自由空间中1/4个波长约为65.22mm,用变量length 表示。 (2) HFSS设计环境概述 *求解类型:模式驱动求解。 *建模操作 ①模型原型:长方体、圆柱体、矩形面、圆面。 ②模型操作:相减操作 *边界条件和激励 ①边界条件:理想导体边界、辐射边界。 ②端口激励:集总端口激励。 *求解设置:

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