CST-偶極子相控陣天線的仿真與優(yōu)化.doc

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1、實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)生：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)時(shí)間：一、實(shí)驗(yàn)室名稱：二、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱：微波工程CAD實(shí)驗(yàn)三、實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：20四、實(shí)驗(yàn)原理：　CST仿真軟件是基于有限積分法，將整個(gè)計(jì)算區(qū)域離散化并進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，模擬各種實(shí)際器件得出場(chǎng)分布及其各種參數(shù)的特性曲線，最后可根據(jù)實(shí)際要求對(duì)所得結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化，得出最優(yōu)化下的器件尺寸參數(shù)。本次實(shí)驗(yàn)利用CST對(duì)偶極子相控陣天線及微帶到波導(dǎo)轉(zhuǎn)換模型進(jìn)行了仿真模擬，以此來掌握CST的應(yīng)用。五、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私獠⒄莆誄ST仿真軟件的基本操作，學(xué)習(xí)利用CST仿真軟件進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的工程設(shè)計(jì)。六、

2、實(shí)驗(yàn)容：第一題偶極子相控陣天線的仿真與優(yōu)化：①偶極子天線尺寸如下圖，在4~12GHz的頻率圍，請(qǐng)優(yōu)化單個(gè)偶極子天線的工作頻率諧振在f0=8GHz，待優(yōu)化的變量Lambda初值取為29mm，繪出在該工作頻率點(diǎn)的方向圖；②將該單個(gè)天線在x和y方向分別以Lambda/4作為空間間隙、以90度作為相位間隙，擴(kuò)展成一個(gè)2*2的相控陣天線陣，請(qǐng)使用三種方法計(jì)算該天線陣的方向圖；③對(duì)結(jié)果進(jìn)行比較、分析和討論。第二題微帶到波導(dǎo)轉(zhuǎn)換的仿真與優(yōu)化：在26~30GHz頻率圍優(yōu)化下圖微帶到波導(dǎo)的轉(zhuǎn)換，使全頻帶反射最小，并繪出中心頻點(diǎn)2

3、8GHz的電場(chǎng)、磁場(chǎng)與表面電流的分布；微帶是Duroid5880基片，介電常數(shù)2.2，基片厚0.254mm，金屬層厚0.017mm，介質(zhì)上的空氣尺寸3*1*8mm，標(biāo)準(zhǔn)50歐姆微帶線寬0.77mm；波導(dǎo)是Ka波段的BJ320波導(dǎo)，尺寸7.112*3.556*10mm；L是微帶基片底面到波導(dǎo)短路面距離，W0*L0是伸入波導(dǎo)中的微帶探針的寬與長(zhǎng)，W1*L1是第一段變阻線的寬與長(zhǎng)，W2*L2是第二段變阻線的寬與長(zhǎng)，7個(gè)待優(yōu)化變量可取下圖給的初值。七、實(shí)驗(yàn)器材（設(shè)備、元器件）：臺(tái)式計(jì)算機(jī)；CSTDesignEnviro

4、nment2009仿真軟件；U盤（學(xué)生自備）。八、實(shí)驗(yàn)步驟：第一題：偶極子相控陣天線的仿真a.單個(gè)偶極子天線模型單個(gè)偶極子天線方向圖b.利用3種方法將單個(gè)天線擴(kuò)展成一個(gè)2*2的相控陣天線陣方法一將單個(gè)天線的遠(yuǎn)場(chǎng)結(jié)果采用不同的幅度和相位疊加，從而得到陣列的結(jié)果。方法一所得陣列方向圖方法二構(gòu)造四個(gè)相同的天線，都由各自的同軸線激勵(lì)，順次計(jì)算完所有天線后，再將結(jié)果以任意幅度和相位合并。方法二所得陣列方向圖方法三對(duì)所有天線并行激勵(lì)，只計(jì)算一次就得到遠(yuǎn)場(chǎng)結(jié)果。方法三所得陣列方向圖對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析解釋：方法一：未考慮天線之間的

5、耦合，未考慮激勵(lì)之間的影響。方法二：計(jì)算僅涉及天線結(jié)構(gòu)之間的相互影響。方法三：同時(shí)涉及結(jié)構(gòu)和激勵(lì)的相互影響。綜上方法三得到的仿真結(jié)果最好。第二題：微帶到波導(dǎo)轉(zhuǎn)換的仿真與優(yōu)化a.建立微帶到波導(dǎo)轉(zhuǎn)換模型微帶到波導(dǎo)轉(zhuǎn)換模型b.按題目要求設(shè)置工作頻率、邊界條件及監(jiān)視器，仿真得到S參數(shù)優(yōu)化前S參數(shù)c.優(yōu)化結(jié)果d.中心頻點(diǎn)28GHz處的電場(chǎng)、磁場(chǎng)與表面電流的分布中心頻點(diǎn)電場(chǎng)分布中心頻點(diǎn)磁場(chǎng)分布中心頻點(diǎn)電流分布對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析解釋：可以看出，經(jīng)過優(yōu)化后S參數(shù)曲線發(fā)生了較大的改變，優(yōu)化后的S參數(shù)要明顯好于優(yōu)化前。十、實(shí)驗(yàn)結(jié)論：1

6、、偶極子相控陣天線：方法三同時(shí)考慮了結(jié)構(gòu)和激勵(lì)的相互影響，因此該方法所得結(jié)果最接近真實(shí)值。2、微帶到波導(dǎo)轉(zhuǎn)換：調(diào)節(jié)幾個(gè)變量可以得到更好的結(jié)果，得到符合要求的參數(shù)。十一、總結(jié)及心得體會(huì)：通過本次實(shí)驗(yàn)，我掌握了CST軟件的基本操作。進(jìn)行了一些仿真實(shí)例的練習(xí)后，我對(duì)CST的操作更加熟練，而且由于CST相比其他軟件計(jì)算精度較高，因此CST是一款非常好的仿真軟件，在未來的學(xué)習(xí)中一定能夠更多地運(yùn)用到它。最后謝謝老師對(duì)我們的細(xì)心教導(dǎo)!報(bào)告評(píng)分：指導(dǎo)教師簽字：猜測(cè)：可能是RAM里面存貯的對(duì)應(yīng)在90/180度方向角上的窗口函數(shù)/

7、相差出現(xiàn)故障也可能是該相控陣的移相器里面的延遲線中的180度，90度，45度的延遲線上的PIN二極管出了問題22.5度角的方向還是好的。個(gè)人傾向于后者。