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CST阵列天线仿真.doc

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.64M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    实 验 报 告 学生姓名： 学 号： 指导教师： 实验地点： 实验时间： 一、实验室名称： 二、实验项目名称：微波工程 CAD 实验 三、实验学时：20 四、实验原理： CST 仿真软件是基于有限积分法，将整个计算区域离散化并进行数值计算，模拟各种实 际器件得出场分布及其各种参数的特性曲线，最后可根据实际要求对所得结果进行优化，得 出最优化下的器件尺寸参数。 本次实验利用 CST 对偶极子相控阵天线及微带到波导转换模型进行了仿真模拟，以此来 掌握 CST 的应用。 五、实验目的： 了解并掌握 CST 仿真软件的基本操作，学习利用 CST 仿真软件进行一些简单的工程设 计。 六、实验内容： 第一题 偶极子相控阵天线的仿真与优化：①偶极子天线尺寸如下图，在 4~12GHz 的频 率范围内，请优化单个偶极子天线的工作频率谐振在 f0=8GHz，待优化的变量 Lambda 初值 取为 29mm，绘出在该工作频率点的方向图；②将该单个天线在 x 和 y 方向分别以 Lambda/4 作为空间间隙、以 90 度作为相位间隙，扩展成一个 2*2 的相控阵天线阵，请使用三种方法计 算该天线阵的方向图；③对结果进行比较、分析和讨论。 第二题 微带到波导转换的仿真与优化：在 26~30GHz 频率范围内优化下图微带到波导的 转换，使全频带反射最小，并绘出中心频点 28GHz 的电场、磁场与表面电流的分布；微带是 Duroid5880 基片，介电常数 2.2，基片厚 0.254mm，金属层厚 0.017mm，介质上的空气尺寸 3*1*8mm ， 标 准 50 欧 姆 微 带 线 宽 0.77mm ； 波 导 是 Ka 波 段 的 BJ320 波 导 ， 尺 寸 7.112*3.556*10mm；L 是微带基片底面到波导短路面距离，W0*L0 是伸入波导中的微带探针 的宽与长，W1*L1 是第一段变阻线的宽与长，W2*L2 是第二段变阻线的宽与长，7 个待优化 变量可取下图给的初值。 1
    七、实验器材（设备、元器件）： 台式计算机；CST Design Environment 2009 仿真软件；U 盘（学生自备）。 八、实验步骤： 第一题：偶极子相控阵天线的仿真 a. 单个偶极子天线模型 b. 利用 3 种方法将单个天线扩展成一个 2*2 的相控阵天线阵 方法一 将单个天线的远场结果采用不同的幅度和相位叠加，从而得到阵列的结果。 单个偶极子天线方向图 2
    方法二 构造四个相同的天线，都由各自的同轴线激励，顺次计算完所有天线后，再将结 果以任意幅度和相位合并。 方法一所得阵列方向图 3
    4
    方法三 对所有天线并行激励，只计算一次就得到远场结果。 方法二所得阵列方向图 5
    方法三所得阵列方向图 对结果进行分析解释： 方法一：未考虑天线之间的耦合，未考虑激励之间的影响。 方法二：计算仅涉及天线结构之间的相互影响。 方法三：同时涉及结构和激励的相互影响。 综上方法三得到的仿真结果最好。 第二题：微带到波导转换的仿真与优化 a.建立微带到波导转换模型 b. 按题目要求设置工作频率、边界条件及监视器，仿真得到 S 参数 微带到波导转换模型 c.优化结果 优化前 S 参数 6
    d. 中心频点 28GHz 处的电场、磁场与表面电流的分布 中心频点电场分布 中心频点磁场分布 7
    对结果进行分析解释： 可以看出，经过优化后 S 参数曲线发生了较大的改变，优化后的 S 参数要明显好于优化 中心频点电流分布 前。 十、实验结论： 1、偶极子相控阵天线：方法三同时考虑了结构和激励的相互影响，因此该方法所得结果 最接近真实值。 2、微带到波导转换：调节几个变量可以得到更好的结果，得到符合要求的参数。 十一、总结及心得体会： 通过本次实验，我掌握了 CST 软件的基本操作。进行了一些仿真实例的练习后，我对 CST 的操作更加熟练，而且由于 CST 相比其他软件计算精度较高，因此 CST 是一款非常好 的仿真软件，在未来的学习中一定能够更多地运用到它。最后谢谢老师对我们的细心教导! 报告评分： 指导教师签字： 8
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