《半波偶极子天线的HFSS》由会员分享，可在线阅读，更多相关《半波偶极子天线的HFSS（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、半波偶极子天线的HFSS半波偶极子天线的仿真设计Xxxxxxxxxxxxxxxxxxx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 ，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
2、的距离为 /4 。、添加和定义设计变量参考指导书，在 Add Property 对话框中定义和添加如下变量：、设计建模）、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：然后通过沿着坐标轴复制操作生成偶极子天线的另一个臂。 此时就创建出了偶极子的模型如下：2）、设置端口激励半波偶极子天线由中心位置馈电， 在偶极子天线中心位置创建一个平行于 YZ 面的矩形面作为激励端口平面， 并设置
3、端口平面的激励方式为集总端口激励。 该矩形面需要把偶极子天线的两个臂连接起来， 因此顶点坐标为（ 0，-dip_radius ，-gap/2 ），长度和宽度分别为 2*dip_radius 和 gap。如下：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
4、Z 轴放置的圆柱体模型， 其材质为空气， 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：然后将圆柱体表面设置为辐射边界条件：、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：2）、扫频设置扫频类型选择快速扫频，扫频范
5、围为2.53.5GHz，扫频步进为 0.001GHz。如下：、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。、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、圆图、输入阻抗和方向图等。）、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S11 的分析结果：从结果可以看出， 设计的偶极子天线中心频率为 3GHz 左右， S11 -10dB 的相对带宽为 BW=（ 3.24-
6、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：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方向性函数的图形表示， 它可以形象的描述天线的辐射特性随着空间方向坐标的变化。首先定义辐射表面如下：E 面方向图参数设置：H面方向图参数设置：3D方向图参数设置：随后可以查看 xz，xy 和三围增益方向图。xz增益方向图xy 增益方向图3D增益方向6）、其他参数除了上述参数外， HFSS还可以给出天线在辐射面上的最大辐射强度、 方向性系数、 最大场强及其所在方向等参数。如下：
