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基于HFSS仿真軟件的微波天線

課程教學探索

Teaching exploration of microwave antenna course?based on HFSS simulation software

作者單位

金華燕

杭州電子科技大學 電子信息學院，

浙江 杭州 310018

JIN Huayan

School of Electronics and Information, Hangzhou Dianzi University,?

Hangzhou 310018, China

作者簡介：

金華燕(1989—)，女，浙江杭州，博士，講師，研究方向為差分饋電天線、濾波天線、毫米波天線。

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摘? 要

為使學生更好地理解微波天線輻射的基本原理及物理意義，提出將電磁場仿真軟件HFSS應用到微波天線課程的教學中，使抽象難懂的天線理論公式轉變為可視化的圖形演示，提高學生的學習積極性，從而提升教學效果。以微帶天線為例，采用HFSS仿真軟件，對天線的反射系數、輻射方向圖以及增益進行了分析和演示。實踐證明，這種感性認知教學方法有助于加強學生對微波天線理論的理解和掌握。Abstract:?In order to enable students to understand the basic principle and physical significance of the radiation of?microwave antennas, the electromagnetic simulation software HFSS is applied in the teaching exploration of?microwave antenna course, transforming the abstract antenna theory into visualized graphics demonstration, so as?to improve the learning enthusiasm of students and the teaching effect. By taking microstrip antenna as an example,?HFSS is used to analyze and demonstrate the antenna’s reflection coefficient, radiation pattern and gain. Practice?has proved that this perceptual cognition teaching method is helpful for students to understand and master the?theory of microwave antennas.

關鍵詞：微波天線；輻射方向圖；

電磁場仿真軟件；教學方法

Key words:?microwave antenna; radiation pattern; electromagnetic field simulation software; teaching method

移動互聯網技術的蓬勃發展對移動通信系統提出了高速率、大容量傳輸等需求，促使移動通信技術更新換代^[1]。天線是移動通信系統中不可或缺的組成部分，是能量從有線傳輸到無線傳輸過渡的橋梁^[2]。因此，在電子信息科學與技術專業的學生中，開設微波天線課程十分必要。微波天線理論的基礎是電磁場理論，該課程內容抽象、公式繁雜，對學生物理及數學類基礎課程的掌握情況有較高要求。另外，微波天線中涉及的基本參數較多，采用傳統的公式推導方法教學，學生對各參數物理本質以及各參數之間的關系理解困難^[3-6]。為激發學生的學習動力，使學生對微波天線各參數的物理意義有更深入的理解和認識，在該課程的教學過程中引入電磁場仿真軟件進行形象化的輔助講解，為學生構建直觀性的學習情景，是非常有幫助的^[7-9]。

隨著射頻微波電路仿真技術的發展，已有越來越多成功的教學案例將仿真軟件應用到微波天線課程的教學中^[10-12]。天線的輻射特性是天線區別于其他射頻前端器件的關鍵特性之一。目前已有的教學案例主要集中于用仿真軟件來簡單呈現微波天線的輻射方向圖，而對其中的關鍵信息及物理本質介紹較少。為此，本文將科學研究中常用的電磁場仿真軟件HFSS應用到微波天線的課堂教學中，以經典的探針饋電微帶貼片天線為例，通過創建天線模型，對天線的輻射特性及其中的關鍵信息進行了詳細的介紹與分析，使學生能夠對微波天線輻射的物理意義有更深入、更透徹的理解。

以下為本文內插圖

圖1? 同軸饋電微帶貼片天線結構圖

圖2? 微帶貼片天線反射系數曲線

圖3? 微帶貼片天線13GHz處特性

圖4? 微帶貼片天線13GHz處E面和H面歸一化輻射方向圖

圖5? 天線感應近場觀測面上13GHz處的電場幅度及相位分布

圖6? 微帶貼片天線輻射方向圖

《實驗技術與管理》2020年07期P121-124

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總結

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