第一章矩形微带天线

HFSS第一章矩形微帶天線模擬目的：製作出以一個同軸SMA饋入，並達成50歐姆阻抗匹配共振頻率在2.4GHz之矩行微帶天線參數：使用FR4電路板，h=1.6mm，介電係數=4.4(1+0.0245j)，並將接地面設為有限接地面，其中a=20mm，b=30mm，，dx=10.6mm，L=W=75mm。同軸SMA接頭的半徑為0.65mm。模擬步驟：步驟1-1打開程式打開HFSS的程式步驟1-2開啟檔案：找到點他開啟，就會出現下圖。點此可以旋轉步驟1-3製作接地面找到這排畫圖工具，點選繪畫有限接地面。要先設一個起點，dx是要拉多長，負的是往左跟下移，正的就是往右跟上移。※在左下角有一個可以輸入座標的地方輸入點(37.5,37.5,0)、dx(-75,-75,0)，輸入名字ground，劃出接地面了。在這打名字，打名字是為了好辨認畫的是哪一塊的。3.改變透明度跟換顏色這裡如果座標錯了，還可以修改。換顏色修改透明度顏色透明度4.做FR4板設好接地之後再劃FR4板圖，並輸入名字FR4，FR4板有厚度，所以要選。絕對座標相對座標方法跟平面是一樣的，差別要設Z的高度。※絕對座標是在空間中從第一點拉到你輸入的dx座標※相對座標是在空間中從第一點拉你輸入的dx長度選這個改變介質選FR4介電係數4.4。5.製作Patch再來要劃的就是矩形天線的圖了，選因為HFSS是不記金屬片高度的，所以選平面的就好了。輸入點(15,10,1.6)、dx(-30,-20,0)就可以了，輸入名字Patch1。6.製作source接下來要作饋入點，因為這個天線潰入點是從下往上畫法是先點選此處，打開他就會顯示，選XZ平面。開始劃潰入點矩形，點選輸入中心點4.4加上半徑0.65，所以是(5.05,0,1.6)、dx(-1.3,0,-1.44)輸入名字Feed，在劃一個平面矩形(5.05,0,0.16)、dx(-1.3,0,-0.16)輸入名字source。就會變成下圖就是此圖7.把除了source以外的都設成金屬點選patch1、Feed、ground反藍反藍後點滑鼠右鍵，選AssignBoundary的FiniteConductivity。點選之後會出現下圖，按ok就會看到此圖，接下來是要訊號輸入的點反藍後點滑鼠右鍵，選AssignExcitation的LumpedPort。點下去後，會出現下圖，按下一步。※輸入你要的輸入主抗，預設值是50把None換成NewLine選好後按完成在左下角輸入座標(4.4,0,0)、dx(0,0,0.16)，按完Enter後就會出現下圖然後點選完成。8.製作盒子把天線包在某介質中接下來要用一個盒子把所作的天線包起來，套用公式λ點選劃出點，因為盒子會影響到頻率，所以要套入公式λ=c/f’，就是3*108/2.4*109=125mm，125/4=31.25。31.25+75就是盒子的長和寬了，高是31.25+1.6。所以點是(53.125,53.125,16.425)、dx(-106.25,-106.25,-32.85)為了方便看盒子裡的天線，所以把盒子顏色設為白色跟透明度1，介質設成真空(Vacuum)，可以設成空氣(air)。做好盒子再點選下圖所表示的選項。出現後點選OK。9.設定頻率點選下圖的選項就會出現下列的圖，改成下表內的數據後，按確定中心頻率※運算時要做幾點，打越高就會執行的越久。※MaximumDeltaSPerPass是指運算時，切塊的大小。※模擬軟體運算時，會把圖形切成很小一塊來運算，不然有些地方會忽略不計，也就是說切越小就越接近實作，相對的模擬時間就越長。再按下表的圖示出現下圖，再把數據改成表內的數據，就再按Display之後再按ok。※Start輸入的是開始頻率，Stop是到停止的地方。※Count是指要把這段頻率切成幾個點來運算，輸入越多運算越久。再點選下表的選項，選Face，再按旁邊的S。就會出現右圖，把box2(也就是把天線包起來得盒子)的裡面選項全部反藍。在如下圖所點選的設定就OKㄌ之後點選讓他跑完正確之後，再點選，再來就等他跑完，大概要一段時間。10.看頻率和史密斯圖跑完之後點選下圖所表示之選項。就會出現，按ok就會跑出下張圖出現之後點選ADDTrace再按Done。就會跑出下圖再點右鍵選DateMarker再點選最低的那個頻率。這樣就可以知道頻率了然後再點一次下表中的Results，再點選SmithChart此圖就是史密斯圖了。11.看電流分佈圖和場行圖接下來是電流分布圖點選ground、Patch1、Feedy反藍再點選途中的選項，就會出現下圖。把它改成跟圖中一樣得設定。再到左邊點選如下圖之選項，就會出現電流分布圖了。1再來作場行圖選完後會出現下圖，設定角度。再叫出場行圖改成圖中的設定。按照圖中設定接下來改Sweeps的設定。用好之後按AddTrace就可以按Done了，就會出現圖下。這是xz平面另一個平面這是yz平面另一個平面這是xy平面再來看3D場行圖設定跟之前纇似不過要改成GainPhi用好之後按AddTrace就可以按Done了，就會出現圖下。※按住Alt可以旋轉12.另一種作法除了畫一片平面的source的方式之外還有一種方式可以做方法如下。這種作法的接地面是跟fr4板一起的。所以我們先做個FR4板。輸入點(37.5,37.5,0)、(-75,-75,1.6)名字fr4，介質fr4。.選Face，再按旁邊的S，點選最下面的那個面。點右鍵，選AssignBoundary裡的PerfectE…。就會出現下圖，按ok。這樣就設定好接地面了。再來劃Patch。選畫平面的工具，輸入點(-15,-10,1.6)、(30,20,0)名字打Patch。製作source這個方法的source作法是把FR4板挖個洞然後再放入一個圓柱的探針。我們選然後輸入點(4.4,0,0)、(0.5,0,1.6)介質是copper。現在我們要把他跟fr4板重覆到的地方挖掉，先把FR4反藍再把copper反藍，點選之後會出現，下圖。※記得打勾這樣就可以挖掉重覆的部份，但是保留裡面的那部份介質在劃一個圓柱輸入點(4.4,0,0)、(1.5,0,0.16)介質teflon_based再把FR4跟teflon_based重覆的部份挖掉(記的先點FR4)。還有跟teflon_based跟copper重覆的部份也要挖掉(先點teflon_based)。接下來劃最下面輸入訊號的部份，我們要在最下面劃一個PEC。劃一個圓柱輸入點(4.4,0,0)、(1.5,0,-5)介質是PEC現在把Patch及teflon_based(只設定表面)給設定金屬表面。Patch的設定方法跳出選項案OK。teflon_based的設定方法如下選Face，再按旁邊的S。如下圖，選好後按ok。在把他設成金屬表面跳出選項按OK現在設定source。因為怕設定時有其他的物件擋住，所以我們選就會跳出下圖。此表裡的就是物件，把打勾取消掉的話，就會看不見了。我們把除了copper及pec之外的先關掉，如下圖。現在開始設定source，我們只要畫pec的表面(只要是這樣的話，選的都是一個平面)。按下一步會出現下圖。現在把他給改成劃線的。線從中心點畫到最外面。點好之後就會出現下圖，按下一步。按完成，這樣訊號設定方法就好了。再來就是把剛才關掉的部份給叫出來一次。剩下的設定都一樣，記得盒子一定要設定。問題與討論1.HFSS常見的問題是一些設定值的問題。這些設定值我們在做之前就要知道，不然的話就會做不出來。