HFSS天线仿真设计+加工+测试实例




本实例是使用HFSS软件设计仿真了一款北斗导航的圆极化微带天线


实例包含从参考资料学习到HFSS建模设计仿真、优化、加工、测试等大概步骤。


看完本实例教程,将使你了解到一款微带天线的设计到实物测试并分析结果的全过程。


本实例特地还加入了HFSS如何生成PCB加工文件,在本实例的大部分篇幅,说明也比较详细。


很多设计者在设计好ADS和HFSS等仿真后,都遇到了如何导成PCB加工文件的难题,因为一般PCB加工厂家都只接收PCB等加工文件,不会帮你转换文件格式。


本教程会帮你解决这一问题,你可以按照自己的要求布局自己的设计版图,达到最满意的效果,这样投版加工出来的实物完全就是你想要设计的版图。


本实例没有提供建模、优化、加工、测试等具体的操作说明(限于篇幅和笔者时间)



本实例设计到的专业知识有:

微带天线的基本理论、天线极化、天线测试等


本实例需要用到的软件有:

HFSS、AUTOCAD、AltiumDesigner等软件

1
HFSS设计篇
1.1
部分设计要求

中心频率:2492MHz  带宽100MHz

带内轴比:<3

极化方式:右圆极化(RHCP)

板材:FR-4 厚度1.6mm

S11:<-20dB

1.2
HFSS建模

    由前面设计要求得知,中心频率2.492GHz,板材介电常数4.4,厚度1.6mm,根据网上的文献公式计算得到圆形辐射贴片的直径D=32.6mm(读者可自行查找相关公式),相关文献得知w在11.5mm左右,l在8mm左右,g的宽度可以确定为1mm,馈电位置半径R1=4.8mm。


设置变量

  名称  变量名变量值(mm)
基板厚度H1.6
辐射贴片半径R16.3
X轴方向开槽总长L8
Y轴方向开槽总长W11.5
开槽宽度G1
同轴馈电位置R14.8
四分之一波长LE30


按照以上的变量建立模型(读者可参考HFSS资料教程建立)。模型如下


3、模型仿真

设置好扫频类型为快速扫频,设置扫频范围为2GHz到3GHz,间隔0.001GHz等参数后。


4、优化与结果

仿真结束后查看下S11参数


下面是变量R的优化结果:


本实例的天线较简单,经过优化R几次的结果,可以得到当R=16mm时候,天线的谐振点在2.492GHz,选择R=16mm,单独仿真得到结果如下:


谐振点符合要求,S11在2.492GHz点,为-23.55dB,带宽为106MHz。


此刻我们需要查看北斗导航天线面的电场分布和轴比,选中辐射贴片,右键选择Plot Filelds—E—Mag-E,可以查看辐射贴片的电场分布如下图(优化后的结果):


根据场的动态图,可得知天线已经实现了右圆极化方式,为了进一步验证极化方式,可以查看天线的轴比,如下图(优化的结果):

      到此,北斗导航圆极化微带天线的仿真设计工作告一段落,下面的加工和测试篇。

2
HFSS加工篇
2.1
HFSS处理

      首先打开已经设计好的HFSS设计模型文件,定义坐标:确认所要导出的平面在当前的坐标XOY面上,比如上图中的所要导出的是黄色的辐射贴片和边框所在的平面就是当前的坐标。


注意:当某些是双面板的,可能需要多次定义坐标和导出。


菜单栏选择Modeler-Export,导出的文件格式选择.DXF,如下图:


2.2
AUTOCAD处理

用CAD或者AUTOCAD打开刚才导出的.DXF文件,如下图(不兼容可另存为.DWG再打开):


建立图层:打开图层特性管理器,除了默认的图层外,需要建立其它图层,比如辐射贴片层、边框层、底层、打孔过孔层等


本设计需要的层有辐射贴片层(TOP层 红色),底层(BOT层 蓝色),边框层(GKO层 黄色),命名和颜色都为了和AD中PCB相应的图层对应


分配图层:在CAD中用鼠标选中说要分配的图层,比如BD导航天线选择辐射贴片,然后再图层特性管理器选择TOP层,就表示辐射贴片分配到TOP层,并且颜色显示为红色。依次分配边框和底层,最后效果如图。


填充:选择要填充的图层图像,比如北斗辐射辐射贴片,选中它,在AUTOCAD中输入字母“K”,按回车键,显示的窗口如下图:


按上图设置,然后选择要填充的图形内部的任意的一点,按回车键,点击确定。安装操作步骤,再填充底层BOT层,整体完成效果如下图:


此时,我们就完成了整个北斗导航天线的填充。保存

2.3
Altium Designer处理

  导入AltiumDesigner生成PCB加工文件:打开AD新建一个PCB文件,选择文件-导入,选择刚才在AUTOCAD完成的.DWG文件打开,弹出下图:


注意两点,


第一:单位,你在HFSS中设计的时候,使用的单位是mm还是mil,原来是什么选择什么单位,本教程设计文件在HFSS中单位用的是mm;


第二:层匹配,TOP层对应Top Layer层,BOT层对应Bottom Layer层,GKO层对应Keep-Out Layer,点击确定。


在HFSS设计的同轴馈电位置放置一个圆形焊盘,如下图:


定义板子形状和原点:


这里提供一种快捷的方法:

在AD界面右下角选择PCB-PCB-Filter,弹出如下图对话框,在中间输入“ISK”,按回车键(此时选中了图层GKO层),

然后再菜单栏选择:设计-板子形状-按照选择对象定义(中文版本)。


同时设置原点位置。


至此,整个北斗导航微带圆极化天线的PCB加工文件就完成了,现在就可以根据设计的PCB加工文件投版加工了。


提示:一般处理好PCB加工文件后,可以查看PCB的3D效果图,看看是否符合自己的要求,比如需要开窗的地方(不盖油)、功放板的散热孔、同轴馈电的背面挖空接地等,这些都是需要考虑的问题。

3
HFSS实物测试篇

本教程中的设计实例,笔者按照上篇导出的文件进行加工


为了省时间,笔者选择了自己加工,没有网上投版(一般PCB网上打样需要的周期大概都是五天左右)


自己加工时间快,激光雕刻差不多半小时


实物加工好后,接下来是实物焊接+测试。

3.1
回波损耗测试

焊接好后可先用矢量网络分析仪测试,一般测试前,都要先进行失网的校准,S11测试结果如下:

3.2
天线远近场和轴比测试后续将会添加


本人能力有限,写的实例当中肯定有错误和不足,内容质量也不高,所长会慢慢完善!还请大家见谅!以后还会有各类射频微波类设计实例展现给大家!


☆ END ☆

精彩回顾

  • 腔体滤波器技术提升解决方案
  • 腔体滤波器设计之----自动单腔频率温飘
  • 秒仿糖葫芦串形低通
  • 秒仿糖葫芦型低通后续之----低通优化
  • TE01模介质滤波器滤波器
  • 无源互调浅析
  • 如何选择谐振杆的尺寸使功率容量达到最佳
  • 金属介质混合+零腔案例
  • 三模并联耦合介质波导滤波器仿真实例
  • 同轴高低阻抗型低通的公差影响几何?
  • Coupfil对高阶强零点生成的结果偶会出错
  • 陶瓷滤波器的各项制备工序讲解_简介篇
  • (干货)陶瓷滤波器讲解----材料篇
  • (干货)陶瓷滤波器讲解----材料制备篇
  • 细而全的5G产业链详解
  • 陶瓷滤波器讲解----陶瓷材料检测篇
  • BAW,SAW和FBAR滤波器剖析
  • LTCC、IPD、SAW、BAW、FBAR滤波器入门以及应用场景分析

欢迎加入滤波器、多工器、天线、环形隔离器、功分耦合器、连接器、线缆负载等无源器件的大家庭,关注后可加群

长按扫左侧二维码可关注

本团队提供可信可靠的滤波器相关产品各种定制化服务,响应快,专业强,敬请咨询微信号18681587206

点个赞,才算真的看完呦

5G通信射频有源无源 5G通信,微波射频器件,TR组件,有源组件,无源器件,滤波器,双工器,合路器,同轴腔体,LC滤波器,高通带阻,功分耦合,环形器,隔离器,功放PA,低噪放LNA,同轴开关,线缆组件,转接器,连接器,毫米波器件以及设备,波导
评论
  • 这篇内容主要讨论三个基本问题,硅电容是什么,为什么要使用硅电容,如何正确使用硅电容?1.  硅电容是什么首先我们需要了解电容是什么?物理学上电容的概念指的是给定电位差下自由电荷的储藏量,记为C,单位是F,指的是容纳电荷的能力,C=εS/d=ε0εrS/4πkd(真空)=Q/U。百度百科上电容器的概念指的是两个相互靠近的导体,中间夹一层不导电的绝缘介质。通过观察电容本身的定义公式中可以看到,在各个变量中比较能够改变的就是εr,S和d,也就是介质的介电常数,金属板有效相对面积以及距离。当前
    知白 2025-01-06 12:04 107浏览
  • 本文介绍Linux系统更换开机logo方法教程,通用RK3566、RK3568、RK3588、RK3576等开发板,触觉智能RK3562开发板演示,搭载4核A53处理器,主频高达2.0GHz;内置独立1Tops算力NPU,可应用于物联网网关、平板电脑、智能家居、教育电子、工业显示与控制等行业。制作图片开机logo图片制作注意事项(1)图片必须为bmp格式;(2)图片大小不能大于4MB;(3)BMP位深最大是32,建议设置为8;(4)图片名称为logo.bmp和logo_kernel.bmp;开机
    Industio_触觉智能 2025-01-06 10:43 71浏览
  • 自动化已成为现代制造业的基石,而驱动隔离器作为关键组件,在提升效率、精度和可靠性方面起到了不可或缺的作用。随着工业技术不断革新,驱动隔离器正助力自动化生产设备适应新兴趋势,并推动行业未来的发展。本文将探讨自动化的核心趋势及驱动隔离器在其中的重要角色。自动化领域的新兴趋势智能工厂的崛起智能工厂已成为自动化生产的新标杆。通过结合物联网(IoT)、人工智能(AI)和机器学习(ML),智能工厂实现了实时监控和动态决策。驱动隔离器在其中至关重要,它确保了传感器、执行器和控制单元之间的信号完整性,同时提供高
    腾恩科技-彭工 2025-01-03 16:28 166浏览
  • 根据Global Info Research项目团队最新调研,预计2030年全球封闭式电机产值达到1425百万美元,2024-2030年期间年复合增长率CAGR为3.4%。 封闭式电机是一种电动机,其外壳设计为密闭结构,通常用于要求较高的防护等级的应用场合。封闭式电机可以有效防止外部灰尘、水分和其他污染物进入内部,从而保护电机的内部组件,延长其使用寿命。 环洋市场咨询机构出版的调研分析报告【全球封闭式电机行业总体规模、主要厂商及IPO上市调研报告,2025-2031】研究全球封闭式电机总体规
    GIRtina 2025-01-06 11:10 76浏览
  • 每日可见的315MHz和433MHz遥控模块,你能分清楚吗?众所周知,一套遥控设备主要由发射部分和接收部分组成,发射器可以将控制者的控制按键经过编码,调制到射频信号上面,然后经天线发射出无线信号。而接收器是将天线接收到的无线信号进行解码,从而得到与控制按键相对应的信号,然后再去控制相应的设备工作。当前,常见的遥控设备主要分为红外遥控与无线电遥控两大类,其主要区别为所采用的载波频率及其应用场景不一致。红外遥控设备所采用的射频信号频率一般为38kHz,通常应用在电视、投影仪等设备中;而无线电遥控设备
    华普微HOPERF 2025-01-06 15:29 73浏览
  • 在智能家居领域中,Wi-Fi、蓝牙、Zigbee、Thread与Z-Wave等无线通信协议是构建短距物联局域网的关键手段,它们常在实际应用中交叉运用,以满足智能家居生态系统多样化的功能需求。然而,这些协议之间并未遵循统一的互通标准,缺乏直接的互操作性,在进行组网时需要引入额外的网关作为“翻译桥梁”,极大地增加了系统的复杂性。 同时,Apple HomeKit、SamSung SmartThings、Amazon Alexa、Google Home等主流智能家居平台为了提升市占率与消费者
    华普微HOPERF 2025-01-06 17:23 78浏览
  • PLC组态方式主要有三种,每种都有其独特的特点和适用场景。下面来简单说说: 1. 硬件组态   定义:硬件组态指的是选择适合的PLC型号、I/O模块、通信模块等硬件组件,并按照实际需求进行连接和配置。    灵活性:这种方式允许用户根据项目需求自由搭配硬件组件,具有较高的灵活性。    成本:可能需要额外的硬件购买成本,适用于对系统性能和扩展性有较高要求的场合。 2. 软件组态   定义:软件组态主要是通过PLC
    丙丁先生 2025-01-06 09:23 66浏览
  • 彼得·德鲁克被誉为“现代管理学之父”,他的管理思想影响了无数企业和管理者。然而,关于他的书籍分类,一种流行的说法令人感到困惑:德鲁克一生写了39本书,其中15本是关于管理的,而其中“专门写工商企业或为企业管理者写的”只有两本——《为成果而管理》和《创新与企业家精神》。这样的表述广为流传,但深入探讨后却发现并不完全准确。让我们一起重新审视这一说法,解析其中的矛盾与根源,进而重新认识德鲁克的管理思想及其著作的真正价值。从《创新与企业家精神》看德鲁克的视角《创新与企业家精神》通常被认为是一本专为企业管
    优思学院 2025-01-06 12:03 73浏览
  • 随着市场需求不断的变化,各行各业对CPU的要求越来越高,特别是近几年流行的 AIOT,为了有更好的用户体验,CPU的算力就要求更高了。今天为大家推荐由米尔基于瑞芯微RK3576处理器推出的MYC-LR3576核心板及开发板。关于RK3576处理器国产CPU,是这些年的骄傲,华为手机全国产化,国人一片呼声,再也不用卡脖子了。RK3576处理器,就是一款由国产是厂商瑞芯微,今年第二季推出的全新通用型的高性能SOC芯片,这款CPU到底有多么的高性能,下面看看它的几个特性:8核心6 TOPS超强算力双千
    米尔电子嵌入式 2025-01-03 17:04 41浏览
  •     为控制片内设备并且查询其工作状态,MCU内部总是有一组特殊功能寄存器(SFR,Special Function Register)。    使用Eclipse环境调试MCU程序时,可以利用 Peripheral Registers Viewer来查看SFR。这个小工具是怎样知道某个型号的MCU有怎样的寄存器定义呢?它使用一种描述性的文本文件——SVD文件。这个文件存储在下面红色字体的路径下。    例:南京沁恒  &n
    电子知识打边炉 2025-01-04 20:04 63浏览
  • 光耦合器,也称为光隔离器,是一种利用光在两个隔离电路之间传输电信号的组件。在医疗领域,确保患者安全和设备可靠性至关重要。在众多有助于医疗设备安全性和效率的组件中,光耦合器起着至关重要的作用。这些紧凑型设备经常被忽视,但对于隔离高压和防止敏感医疗设备中的电气危害却是必不可少的。本文深入探讨了光耦合器的功能、其在医疗应用中的重要性以及其实际使用示例。什么是光耦合器?它通常由以下部分组成:LED(发光二极管):将电信号转换为光。光电探测器(例如光电晶体管):检测光并将其转换回电信号。这种布置确保输入和
    腾恩科技-彭工 2025-01-03 16:27 171浏览
  • 物联网(IoT)的快速发展彻底改变了从智能家居到工业自动化等各个行业。由于物联网系统需要高效、可靠且紧凑的组件来处理众多传感器、执行器和通信设备,国产固态继电器(SSR)已成为满足中国这些需求的关键解决方案。本文探讨了国产SSR如何满足物联网应用的需求,重点介绍了它们的优势、技术能力以及在现实场景中的应用。了解物联网中的固态继电器固态继电器是一种电子开关设备,它使用半导体而不是机械触点来控制负载。与传统的机械继电器不同,固态继电器具有以下优势:快速切换:确保精确快速的响应,这对于实时物联网系统至
    克里雅半导体科技 2025-01-03 16:11 175浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦