《半波偶极子天线的HFSS仿真设计说明》由会员分享，可在线阅读，更多相关《半波偶极子天线的HFSS仿真设计说明（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、半波偶极子天线的HFSS仿真设计一、实验目的:1. 以一个简单的半波偶极子天线设计为例，加深对对称阵子天线的了解；2. 熟悉HFSS软件分析和设计天线的基本方法及具体操作；3. 利用HFSS软件仿真设计以了解半波振子天线的结构和工作原理；4. 通过仿真设计掌握天线的基本参数：频率、方向图、增益等。二、实验步骤：本次实验设计一个中心频率为 3GHz的半波偶极子天线。天线沿着 Z轴放置，中心位于 坐标原点，天线材质使用理想导体，总长度为0.48入，半径为 入/200。天线馈电采用集总端口激励方式，端口距离为 0.24mm,辐射边界和天线的距离为 入/4。1、添加和定义设计变量参考指导书，在 Add
2、 Property 对话框中定义和添加如下变量：Properties: dipole - HFSSDesignlLocal Vari iblesF VlutOpUrniEitionL TuningSfensiti审ityC SthtistiewN：=jTieV：=lLu6Uni tEvaluatmd VialueTypeDescrip tian. Re id- only Mi ddenlajTibda100mmlOCtaaDesignlength0. 48*lajnbdaWdip.ltncihdip_radius0 24mmDUrad_r adiusrad hei ghtlnUi/2-ctpZ
3、2lwbda/200空0.5mdlip_r adi us+l：Eunb dW 4dlip 1 ength+ gap/2+1 ambda/10Add Arra.yi .25.5m34RemoveDesi gutDtsi 口BtiicriSesi rDesignDesignrrrrrr厂厂厂厂厂厂彳 Show Mi ddan确定取消2、设计建模1) 、创建偶极子天线模型首先创建一个沿Z轴方向放置的细圆柱体模型作为偶极子天线的一个臂，其底面圆心坐标为(0, 0, gap/2 ),半径为dip_radius ，长度为dip_length ，材质为理想导体， 模型命名为Dipole，如下：rrrrrrr
4、rProperties dipale - HFSSDesignl - ModelerMameVftlueUni tEvaluated Valu*DeEeriptionRead-onlyNsmeMateri alY pecSolve Ins i der_Or i mrit at i onGloKalModelFDisply ViriftfrMi*rColor阳讥Tr ：=ltlep ar en t0 1Show Hi ddenrProperties: dipole - HFSSDesignl - ModelerCoffimkhdNwiVain*Ua.itEvflluittdl VtlutOute
5、r lip tigCrttltCylifidtrCa&rdi.h*t* Systti910btlCenlAr FosiOmn j Dnm J Show Hi dden确定 I 取消然后设置该矩形面的激励方式为集总端口激励。由之前的理论分析可得，半波偶极子天线的输入阻抗为 73.2?，为了达到良好的阻抗匹配，将负载阻抗也设置为73.2 ?。随后进行端口积分线的设置。此处积分线为矩形下边缘中点到矩形上边缘中点。3）、设置辐射边界条件要在仿真软件中计算分析天线的辐射场，必须先设置辐射边界条件。本次设计中采用辐射边界和天线的距离为1/4个工作波长。这里，我们先创建一个沿着 Z轴放置的圆柱体模型，其材质
6、为空气，底面圆心坐标为(0,0, -rad_height ),半径为rad_radius高度为2*rad_height 。具体参数如下：Properties: dipole - HFSSDesignl - ModelerAttribute确走 取消ValueUni tEvaluated ValueDescriptionReonlyNam笆Rad_iLir厂Naterial肝耐 air打-献 airrSolve In呂id电F厂Ori entatienGlabalr rModelF二厂Bi splay Wireframe：厂二厂ColorEdit二厂Transpar ento. a二厂*T|fS
7、hovr Hi ddenP perties: dliipole - HFSSDesignl - Model已Comm and.N：=jtihValueUni tEv：=J.uated FaluEDescripti onCurnnHiiLiiCrea tECyliTulEtCuurdinate SystmmGlob：ilCenter Foeition0 m m , 0 m m - ra d_h ei gh tUmm , OrTirn一34mm卮込ZRadiusr：d_radiuE25. SmrTiHei ght2：+：rad_hei ght68mmNujtiber of SegmentEULlS
8、how Hi dden取消确定然后将圆柱体表面设置为辐射边界条件:3、求解设置分析的半波偶极子天线的中心频率在 3GHz左右，所以把求解频率设置为 3GHz同 时添加2.53.5GHz的扫频设置，扫频类型选择快速扫频，分析天线在2.53.5GHz频段内的回波损耗和电压驻波比。1）、求解频率和网络剖分设置设置求解频率为3GHz自适应网格剖分的最大迭代次数为20，收敛误差为0.02。如下：rSolution SetupGenxal | Options |Advanced Expr essi qul Cache Derivative| Defaults |Setup Kann电；7 Enabled
9、I Solve Forts OnlSolution Frequent |3GHzMaKimmm Nuimber of金 Maximum Delta Set Magni tude snd Phase；. Use Matrix Co-nver2）、扫频设置扫频类型选择快速扫频，扫频范围为2.53.5GHz，扫频步进为0.001GHz。如下:Edit Sv;eepSweep Name:Streep Tje：Fg口uency SeupLinearStepDisplay Shit21GHz二Stop13 5I GHz TStep SizefaOOlfGHe 二Save Fieldsbenerate Fi
10、elds （All Fr已口uencies）4、设计检查和运行仿真计算通过前面的操作， 我已经基本完成了偶极子天线模型的创建求解设置等H FSS设 计的前期工作，现在开始运行仿真计算并查看分析结果。检查设计的完整性和正确性：随后开始分析。5、HFSS天线问题的数据后处理在完成了模型的创建和检查后，现在开始对天线的各项性能参数进行仿真分析，主 要有回波损耗、驻波比、Smith圆图、输入阻抗和方向图等。1）、回波损耗根据软件仿真结果，可以得到如下的在2.53.5GHz频段内的回波损耗 Sii的分析结果:XY PlotlHFS5DiS(1 専从结果可以看出，设计的偶极子天线中心频率为3GHz左右，S
11、ii -10dB的相对带宽为BW=（ 3.24-2.789 ）/3=15.3%.2）、电压驻波比 VSWR如图所示：3）、Smith 圆图在天线的相关问题的分析中Smith圆图是一个非常有用的工具，借助它可以方便的进行阻抗匹配，给出驻波比，归一化输入阻抗等各种信息。在HFSS中得到的Smith圆图如下:Smith Chart 1CuHFAlrYle从Smith圆图中可以看出，在中心频率为3GHz的归一化阻抗约为 1，说明天线的端口阻抗匹配良好。VSWR2即反射系数的模小于三分之一）的频率范围约为 2.78GHz3.27GHz。4) 、输入阻抗输入阻抗是天线的一个重要性能参数，我们可以通过HFSS直接查看天线的输入阻抗值。从结果报告中可以看出，设计的半波偶极子天线在中心频率3GHz上，输入阻抗为(72.8-j0.4)?，与理论分析比较接近。5) 、方向图天线方向图是
