半波偶极子天线设计

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1、1微波技术与天线实验报告姓名 张思洋 学号 411109060103 实验日期 2014.04.23实验名称 半波偶极子天线设计 实验类型 设计型实验目的1、熟悉并掌握半波偶极子天线的操作步骤及工作流程。 2、掌握基本天线的具体设计方法和优化分析。实验内容使用 HFSS 进行半波偶极子天线的设计实现,通过创建设计模型,进行求解设置,设置求解频率为 3GHz,输入阻抗为 73 .2,同时添加 2.5-3.5GHz 的扫频设置,分析天线在 2.5-3.5GHz 频段内的回波损耗和电压驻波比,并运行仿真计算。将谐振频率落在 3GHz 频点上。最后进行相关的数据后处理。要求方向性好,增益强(3dB 以

2、上) ,尽可能宽带工作。实验原理半波偶极子天线是结构简单的一种基本线天线,也是经典的,至今为止使用最为广泛的天线之一,本实验的半波偶极子天线是工作在 3GHz,使用同轴电缆进行馈电。天线的基本参数:天线沿 z 轴放置,中心位于坐标原点,材质使用理想导体。总长度为 0.48,半径为 /200,天线馈电采用集总端口激励方式,端口距离为 0.24mm,辐射边界和天线距离为 /4。当发射信号频率在 3MHz 偏移 6%时,分析此时天线的增益的变化。并解释其原因。假如该天线与 50 欧姆扁平电缆连接时,如何解决会出现的阻抗不匹配的问题。查看天线个参数指标,指出天线的极化方式。讨论天线的应用场合及改进措施

3、。实验步骤及结果1、新建 HFSS 工程1.新建一个名为 banbo.hfss 的工程文件。2.将求解类型设置为 Driven Model。二:创建半波偶极子天线模型1.设置长度单位为 mm2.添加变量 La3.创建天线的一个臂将天线的臂命名为 yuanzhu,并设置天线的材料为 pec,透明度为 0.6,位置用 La2进行表示。4.创建天线的另一个臂将第一个臂进行复制,即可生成第二个臂。Edit-Duplicate-Around Axis,Axis选择 X,Angel 输入 180,这样即可生成天线的第二个臂。35.创建集总端口在两个圆柱的中间设置一个长方形贴片,名字为 jizong,透明度

4、设置为 0.8,长方形各项参数用 La 进行表示。6.设置端口激励将长方形贴片设置为激励端口,半波偶极子的输入阻抗为 73.2。4设置完成后,点击 New Line,在矩形面的下边缘处移动鼠标指针,单击确定下边缘的中点位置,沿 Z 轴向上移动鼠标指针,单击确定上边缘的中点位置。完成设置。7.设置辐射边界在天线外面设置一个圆柱腔作为天线的辐射边界。将圆柱的名字命名为 qiang,材质设置为 air,透明度 0.9,其他坐标用 La 进行表示。设置完成后进行辐射边界的设置,选中圆柱体后右键选择 Assign Boundary-Radiation。三:求解设置将求解频率设置为 3GHz,最大迭代次数

5、为 20,收敛误差为 0.02。将扫频类型设置为 Fast,类型为 LinearStep,起始频率为 2.5GHz,终止频率为3.5GHz,步进为 0.1GHz。54、设计检查检查设计的正确性,正确无误后进行下一项。5、查看天线的谐振点将 Analysis 进行分析,然后生成天线的谐振点图:从图中可以看出,当频率为 3.0GHz 时,S11 的值最小,为-24.07dB。6六、查看天线的各项性能1.查看 S11 的史密斯圆图。从圆图中可以看出,在 3.0GHz 时,天线的归一化阻值为 0.8905+0.0449i。2.查看天线的电压驻波比。从图中可以看出,当频率为 2.7GHz-3.3GHz

6、之间,电压驻波比小于 2.73.查看 E 场的增益图。在 Radiation 节点设置 E 平面。设置完成后查看 E 方向的增益图:此图为电场的切面图。84.查看三维增益方向图:和上面操作一样进行设置:操作完成后,生成 3D 增益方向图:从此图可以看出增益最大为 z 轴方向,值为 2.44dB。96.查看天线的其他参数:从图中可以得到最大电压值为 0.14,峰值增益为 1.75 等一些天线参数。实验结果分析通过仿真软件对半波偶极子设计仿真,得到符合要求的半波偶极子天线。通过仿真得到了天线的回波损耗、电压驻波比、3D 方向增益图等参数。从结果可以看出,当工作波长为 100mm 时,半波偶极子的谐振点在 3GHz。10及总结教师评语实验成绩教师签字:

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