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


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
 

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