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基于HFSS仿真软件的微波天线

课程教学探索

Teaching exploration of microwave antenna course based on HFSS simulation software

作者单位

金华燕

杭州电子科技大学 电子信息学院，

浙江 杭州 310018

JIN Huayan

School of Electronics and Information, Hangzhou Dianzi University,

Hangzhou 310018, China

作者简介：

金华燕(1989—)，女，浙江杭州，博士，讲师，研究方向为差分馈电天线、滤波天线、毫米波天线。

以下为本文目录结构

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摘  要

为使学生更好地理解微波天线辐射的基本原理及物理意义，提出将电磁场仿真软件HFSS应用到微波天线课程的教学中，使抽象难懂的天线理论公式转变为可视化的图形演示，提高学生的学习积极性，从而提升教学效果。以微带天线为例，采用HFSS仿真软件，对天线的反射系数、辐射方向图以及增益进行了分析和演示。实践证明，这种感性认知教学方法有助于加强学生对微波天线理论的理解和掌握。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.

关键词：微波天线；辐射方向图；

电磁场仿真软件；教学方法

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

移动互联网技术的蓬勃发展对移动通信系统提出了高速率、大容量传输等需求，促使移动通信技术更新换代^[1]。天线是移动通信系统中不可或缺的组成部分，是能量从有线传输到无线传输过渡的桥梁^[2]。因此，在电子信息科学与技术专业的学生中，开设微波天线课程十分必要。微波天线理论的基础是电磁场理论，该课程内容抽象、公式繁杂，对学生物理及数学类基础课程的掌握情况有较高要求。另外，微波天线中涉及的基本参数较多，采用传统的公式推导方法教学，学生对各参数物理本质以及各参数之间的关系理解困难^[3-6]。为激发学生的学习动力，使学生对微波天线各参数的物理意义有更深入的理解和认识，在该课程的教学过程中引入电磁场仿真软件进行形象化的辅助讲解，为学生构建直观性的学习情景，是非常有帮助的^[7-9]。

随着射频微波电路仿真技术的发展，已有越来越多成功的教学案例将仿真软件应用到微波天线课程的教学中^[10-12]。天线的辐射特性是天线区别于其他射频前端器件的关键特性之一。目前已有的教学案例主要集中于用仿真软件来简单呈现微波天线的辐射方向图，而对其中的关键信息及物理本质介绍较少。为此，本文将科学研究中常用的电磁场仿真软件HFSS应用到微波天线的课堂教学中，以经典的探针馈电微带贴片天线为例，通过创建天线模型，对天线的辐射特性及其中的关键信息进行了详细的介绍与分析，使学生能够对微波天线辐射的物理意义有更深入、更透彻的理解。

以下为本文内插图

图1  同轴馈电微带贴片天线结构图

图2  微带贴片天线反射系数曲线

图3  微带贴片天线13GHz处特性

图4  微带贴片天线13GHz处E面和H面归一化辐射方向图

图5  天线感应近场观测面上13GHz处的电场幅度及相位分布

图6  微带贴片天线辐射方向图

《实验技术与管理》2020年07期P121-124

《实验技术与管理》

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