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HFSS 設(shè)計(jì) (圓形)Microstrip Antenna

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ID:80436 發(fā)表于 2015-5-19 20:26 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
      
微波毫米波綜合課程設(shè)計(jì)


專    業(yè):電子信息科學(xué)與技術(shù)      (微波毫米波系統(tǒng)與器件技術(shù))

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/div>
射頻(微波)電路是構(gòu)成通信系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)和微波應(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的關(guān)鍵部件。經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展,各種電路的原理日趨成熟,結(jié)構(gòu)形式多樣,現(xiàn)如今,發(fā)展迅速的通訊微波產(chǎn)業(yè)都需要射頻人才的支持,所以這個(gè)課程設(shè)計(jì)對于微波毫米波專業(yè)的我們來說,有很重要的學(xué)習(xí)實(shí)踐意義。
二、系統(tǒng)介紹     
本無線影音傳輸系統(tǒng)的發(fā)射部分如圖1 所示,接收部分如圖2所示:
系統(tǒng)由攝影機(jī)、影音電視調(diào)制器、上變頻器、本振、帶通濾波器、功率放大器、低噪聲放大器、下變頻器、中頻放大器等構(gòu)成。工作原理很簡單,先利用攝影機(jī)將聲音和影像等訊號接收,經(jīng)過調(diào)制器調(diào)至成載波61.25MHz的第三頻道訊號,即中頻信號,接著將中頻信號由變頻器與頻率為853.75MHz的本振訊號混頻,得到915MH的上射頻和 792.5MHz的下射頻,記過帶通濾波器,將下射頻濾除,最后經(jīng)過功率放大器將上射頻信號的功率進(jìn)行放大,由頻帶為 915MHz的微帶片型天線把信號輻射到空氣中,至此完成傳輸系統(tǒng)的訊號發(fā)射。接收部分的操作原理是由發(fā)射頻率為915MHz的天線將信號接收到低噪聲放大器,經(jīng)過放大器把微弱信號進(jìn)行功率放大,之后由降頻器與本振混頻得到中頻信號,最后由中頻放大器放大送往電視機(jī)顯示信息,至此完成傳輸系統(tǒng)的信號收發(fā)。
三、實(shí)驗(yàn)?zāi)=M特性測量
1.實(shí)驗(yàn)一:OPEN/SHORT/THRU 校正器
a.模組編號:RF2KM1-1A(OPEN/SHORT/THRU)
b.模組內(nèi)容:
      
代號
   
      
名稱
   
      
說明
   
      
適用頻率范圍
   
      
主要特性
   
      
MOD-1A
   
      
OPEN
   
      
開路傳輸線
   
      
300~500MHz
   
      
Return Loss:0±5dB
   
      
MOD-1B
   
      
SHORT
   
      
短路傳輸線
   
      
300~500MHz
   
      
Return Loss:0±5dB
   
      
MOD-1C
   
      
THRU
   
      
50Ω微帶線
   
      
300~500MHz
   
      
Return Loss≤-8dB Insertion Loss: 0±2dB
   
c.測試結(jié)果圖
MOD-1A的S11曲線圖             MOD-1B的S11曲線圖
MOD-1C的S11曲線圖               MOD-1C的S21曲線圖

2.實(shí)驗(yàn)二:π型、T型阻抗匹配器
a.模組編號:RF2KM2-1A
b.模組內(nèi)容:
      
代號
   
      
名稱/說明
   
      
適用頻率范圍
   
      
主要特性
   
      
MOD-2A
   
      
Π型阻抗轉(zhuǎn)換器
   
      
400±10MHz
   
      
Return Loss≤-7dB Insertion Loss: 0±2dB
   
      
MOD-2B
   
      
T型阻抗轉(zhuǎn)換器
   
      
400±10MHz
   
      
Return Loss≤-7dB Insertion Loss: 0±2dB
   
c.測試結(jié)果圖
MOD-2A的S11曲線圖                 MOD-2A的S21曲線圖
MOD-2B的S11曲線圖                 MOD-2B的S21曲線圖

3.實(shí)驗(yàn)三:π型、T型功率衰減器
a.模組編號:RF2KM3-1A
b.模組內(nèi)容:
      
代號
   
      
名稱/說明
   
      
適用頻率范圍
   
      
主要特性
   
      
MOD-3A
   
      
π型功率衰減器
   
      
300~500MHz
   
      
Return Loss≤-10dB Insertion Loss: -10±2dB
   
      
MOD-3B
   
      
T型功率衰減器
   
      
300~500MHz
   
      
Return Loss≤-10dB Insertion Loss: -10±2dB
   
c.測試結(jié)果圖
MOD-3A的S11曲線圖               MOD-3A的S21曲線圖
MOD-3B的S11曲線圖                 MOD-3B的S21曲線圖

4.實(shí)驗(yàn)四:電阻式功率分接器
a.模組編號:RF2KM4-1A
b.模組內(nèi)容:
      
代號
   
      
名稱/說明
   
      
適用頻率范圍
   
      
主要特性
   
      
MOD4-1A
   
      
電阻式功率分接器
   
      
300~500MHz
   
      
Return Loss≤-8dB Insertion Loss: -6±2dB
   
c.測試結(jié)果圖
MOD4-1A之P1端子S11曲線圖     MOD4-1A之P1及P2端子的S21曲線圖

MOD4-1A之P1及P3端子的S21曲線圖

5.實(shí)驗(yàn)五:威爾金森功率分接器
a.模組編號:RF2KM4-2A
b.模組內(nèi)容:
      
代號
   
      
名稱/說明
   
      
適用頻率范圍
   
      
主要特性
   
      
MOD4-2A
   
      
威爾金森型功率分接器
   
      
750±50MHz
   
      
Return Loss≤-4dB Insertion Loss: -3±2dB
   
c.測試結(jié)果圖
MOD4-2A之P1端子的S11曲線圖       MOD4-2A之P1及P2端子的S21曲線圖

MOD4-2A之P1及P3端子的S21曲線圖

6.實(shí)驗(yàn)六:L-C方向耦合器
a.模組編號:RF2KM5-1A
b.模組內(nèi)容:
      
代號
   
      
名稱/說明
   
      
適用頻率范圍
   
      
主要特性
   
      
MOD5-1A
   
      
L-C方向耦合器
   
      
400±20MHz
   
      
Return Loss≤-6dB Transmission: 0±2dB Coupling: -10±4 dB Isolation≤-14 dB
   
c.測試結(jié)果圖
MOD5-1A之P1端子的S11曲線圖        MOD5-1A之P1及P2端子的S21曲線圖

MOD5-1A之P1及P3端子的S21曲線圖     MOD5-1A之P1及P4端子的S21曲線圖

7.實(shí)驗(yàn)七:平行微帶線方向耦合器
a.模組編號:RF2KM5-2A
b.模組內(nèi)容:
      
代號
   
      
名稱/說明
   
      
適用頻率范圍
   
      
主要特性
   
      
MOD5-2A
   
      
平行微帶線方向耦合器
   
      
750±50MHz
   
      
Return Loss≤-5dB Transmission: ≥-1.5dB  Coupling: -10±4 dB Isolation≤-14 dB
   
c.測試結(jié)果圖
MOD5-2A之P1端子的S11曲線圖     MOD502A之P1及P2端子的S21曲線圖

MOD5-2A之P1及P3端子的S21曲線圖     MOD5-2A之P1及P4端子的S21曲線圖

8.實(shí)驗(yàn)八:低通、帶通濾波器
a.模組編號:RF2KM6-1A
b.模組內(nèi)容:
      
代號
   
      
名稱/說明
   
      
頻率適用范圍
   
      
主要特性
   
      
MOD6-1A
   
      
低通濾波器
   
      
50MHz
   
      
Return Loss≤-15dB
      
Insertion Loss≥-2dB
   
      
100MHz
   
      
Insertion Loss≤-15dB
   
      
MOD6-1B
   
      
帶通濾波器
   
      
750±50MHz
   
      
Return Loss≤-10dB
      
Insertion Loss≥-3dB
   
c.測試結(jié)果圖
MOD6-1A之P1端子的S11曲線圖       MOD6-1A之P1及P2端子的S21曲線圖
MOD6-1B之P3端子的S11曲線圖      MOD6-1B之P3及P4端子的S21曲線圖
9.實(shí)驗(yàn)九:MMIC/BJT放大器
a.模組編號:RF2KM7-1A
b.模組內(nèi)容:
      
代號
   
      
名稱/說明
   
      
適用頻率范圍
   
      
主要特性
   
      
MOD-7A
   
      
單晶微波積體放大電路
   
      
908~920 MHz
   
      
Return Loss≤-6dB Insertion Gain≥10dB
   
      
MOD-7B
   
      
射頻電晶體放大電路
   
      
908~920 MHz
   
      
Return Loss≤-6dB Insertion Gain≥10dB
   
c.測試結(jié)果圖
MOD-7A之P1端子的S11曲線圖        MOD-7A之P1及P2端子的S21曲線圖
MOD-7B之P3端子的S11曲線圖        MOD-7B之P3及P4端子的S21曲線圖

10.實(shí)驗(yàn)十:L-C振蕩器
a.模組編號:RF2KM8-1A
b.模組內(nèi)容:
      
代號
   
      
名稱/說明
   
      
頻率適用范圍
   
      
主要特性
   
      
MOD-8
   
      
射頻電晶體振蕩器
   
      
400~500 MHz
   
      
Output Power≥5dBm
   
c.測試結(jié)果:
記錄所測量頻率值423.7MHz
11.實(shí)驗(yàn)十一:壓控振蕩器
a.模組編號:RF2KM9-1A
b.模組內(nèi)容:
      
代號
   
      
名稱/說明
   
      
適用頻率范圍
   
      
主要特性
   
      
MOD-9
   
      
壓控振蕩器
   
      
600~900 MHz
   
      
Output Power≥5dBm
   
c.測試結(jié)果:
最大值:1372MHz;最小值:831MHZ
四、仿真設(shè)計(jì)
1.設(shè)計(jì)任務(wù)
利用HFSS仿真軟件設(shè)計(jì)一個(gè)圓形微帶天線,freq=2.4GHz,并進(jìn)行優(yōu)化。
2.設(shè)計(jì)過程
(1)模型圖


(2)參數(shù)設(shè)置

(3)仿真優(yōu)化結(jié)果

五、結(jié)果分析與心得體會(huì)
專業(yè)課的學(xué)習(xí)快要結(jié)束,這個(gè)課設(shè)算是檢驗(yàn)自己對所學(xué)知識(shí)的能力吧,很欣慰自己能夠按時(shí)完成射頻收發(fā)系統(tǒng)天線這個(gè)部分的設(shè)計(jì)任務(wù)。因?yàn)榇笕?jīng)用HFSS和CST設(shè)計(jì)過一個(gè)集成波導(dǎo)陣列微帶天線,所以這次設(shè)計(jì)我選用比較熟悉的HFSS。雖然在后續(xù)的仿真過程中,差不多用了兩個(gè)小時(shí)才得到最后的結(jié)果,但是能看到最后的成果,漫長的等待也是值得的。
從后面的圖中可以看到,所設(shè)計(jì)的天線在freq=2.4GHz符合要求,天線的輻射方向圖中可以看到,天線增益也符合要求。
當(dāng)然也感謝幫助過自己的學(xué)長和同學(xué)們,幫我解決了一些軟件使用方面的問題。通過這個(gè)課程設(shè)計(jì),加深了對微波專業(yè)的認(rèn)識(shí)和理解。在前期的模塊測試中,也親自和同組同學(xué)一起完成了電視機(jī)訊號收發(fā)系統(tǒng)的組裝,并且視頻信號傳輸成功。可能因?yàn)楸菊衲K頻率調(diào)諧不是很準(zhǔn)確,傳輸?shù)玫降膱D像不是很清晰。但是能從其中收獲很多寶貴經(jīng)驗(yàn)對以后的學(xué)習(xí)是最重要的。

   


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