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1、用仿真半波偶极子天线一、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
2、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
3、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
4、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
5、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：要求给出结果图及结论结论：频率在3.00GHz附近时，回拨损耗最大，信号传输效率最高。2）、电压驻波比VSWR结论：频率在3.00ghz附近时，驻波比最大，反射功率最高，阻抗不匹配。要求给出结果图及结论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：要求给出结果图及结论结论：史密斯圆图是反射系数表示的极座标图。负载反射信号的强度取决于信号源阻抗与负载阻抗的失配程度。反射系数与信号源阻抗成反比，与负载阻抗成正比。4）、输入阻抗要求给出结果图及结论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： 01H面方向图参数设置： 3D方向图参数设置： 要求给出结果图及结论并给出以上结果的图和结论，并提交实验报告。9
