半波偶极子天线的HFSS仿真设计

半波偶极子天线的设计半波偶极子天线的HFSS仿真设计一、实验目的1.了解如何构建简单的天线仿真环境，主要熟悉HFSS软件的使用；2.了解使用HFSS仿真软件进行天线设计和仿真的原理、过程和方法。3.通过对天线的仿真，得到了天线的主要性能参数，如驻波比特性、史密斯圆图特性、方向图特性等。是众所周知的。4.通过模拟半波偶极子天线，学会模拟其他类型的天线。二。实验仪器1.一台带视窗系统的电脑2.HFSS13.0软件3.截图软件三、实验原理1.首先，很明显，半波偶极子天线是一种对称阵列天线。图1偶极子的对称结构和坐标2.偶极天线是一种偶极天线，中间馈电，两臂由两根等长的电线组成。一个臂的导线半径为a，长度为L。两个臂之间的间隙很小，理论上可以忽略不计，因此振动器的总长度为L=2l。偶极子的长度与波长相似，它已经可以构成一个实用的天线。3.在计算天线辐射场时，实践证明，天线上的电流可以近似认为是按照正弦定律分布的。取图1的坐标并忽略振荡器损耗，其电流分布可以表示为：其中Im是天线波腹点的电流；K=w/c是相移常数。根据正弦分布的特点，偶极子的末端是电流的节点。电流分布关于振动器的中心点对称。如果波长超过半个波长，就会出现反相电流。4.在分析和计算偶极子辐射场时，偶极子可以看作是无数电流I(z)和dz电流元素的串联。利用线性介质中电磁场的叠加原理，偶极子辐射场是这些电流元素辐射场的矢量和。图2偶极辐射场的计算如图2所示，由电流元件I(z)产生的辐射场是其间5.方向函数四.实验步骤1.设计变数将解决方案类型设置为“驱动模型类型”，并将长度单位设置为毫米。预先定义对称阵列天线的基本参数并初始化2.创建偶极天线模型，即圆柱形天线模型。其中偶极天线的另一个臂通过坐标轴复制来实现。3.设置端口激励半波偶极天线由中心位置馈电，并且在偶极天线的中心位置创建平行于YZ平面的矩形平面作为激励端口平面。4.设置辐射边界条件为了计算和分析HFSS天线的辐射场，必须设置辐射边界条件。在这里，创建一个沿Z轴放置的圆柱模型，由空气制成。将圆柱体的表面设置为辐射边界条件。5.外部激励解决方案的设置所分析的半波偶极子天线的中心频率为3G赫兹，同时增加了2.5 3.5千兆赫兹频段的扫频设置。扫频类型是快速扫频。6.设计检查和运行模拟计算7.HFSS天线问题的数据后处理实验结果对此进行了解释。V.实验结果1.回波损耗S11回波损耗是阻抗失配引起的电缆链路反射，是天线设计需要注意的参数之一。该图显示了在2.5千兆赫3.5千兆赫的频带中的回波损耗。设计的偶极天线的中心频率约为3千兆赫，相对带宽S11-10分贝=(3.25-2.775)/3 * 100%=15.83%2.电压驻波比驻波比，一般称为电压驻波比，是指驻波比的电压峰值和电压谷值之比。从图中可以看出，当VSWR在3GHZ附近时，它等于1，这表明它接近行波，具有理想的传输特性。史密斯图表史密斯圆图是计算阻抗和反射系数等参数的简单图解法。利用双线性变换，将z复平面上实部r=常数和虚部x=常数的两条正交直线变换成正交圆，并叠加反射系数|G|=常数和虚部x=常数。这可以从sm中看出图中所示的输入阻抗分别是实部和虚部。中心频率为3GHz时，输入阻抗非常适合比较和匹配。5.方向图方向图是方向函数的图形表示，它可以形象地描述天线辐射特性和空间方向坐标之间的关系。辐射特性包括辐射强度、场强、相位和偏振。一般来说，讨论了在具有恒定远场半径的大球面上，天线辐射(或接收)的功率或场强随位置方向坐标的变化，分别称为功率方向图和场强方向图。天线方向图是在远场区域确定的，因此也称为远场方向图。电场模式：从图中可以看出，电场的方向以Z轴为对称轴，电场在XOY平面上最强，并均匀辐射到周围。然而，沿Z轴的电场强度非常弱。磁场模式：磁场图案接近XOY平面上的一个圆，尽管出现了一些误差。这表明磁场在XOY平面上均匀辐射。三维增益模式：该图可以清楚地显示半波偶极子天线沿Z轴对称的辐射。6.其他参数天线在辐射面上的最大辐射强度、方向性、最大强度及其方向也可以通过HFSS软件模拟得到。六.实验分析在设计天线时，无论是发射天线还是接收天线，我们都非常关心它的方向参数、输入阻抗参数、增益参数、带宽等参数。这里，半波偶极天线的优点和缺点主要是针对上述参数来讨论的。1.半波偶极子天线在轴向没有辐射；2.半波偶极子天线的辐射与其电长度密切相关。当电长度小于0.5时，波瓣宽度最窄，辐射在垂直和轴向平面最强。随着电长度的增加，旁瓣开始出现，主瓣宽度变宽，最大辐射方向发生偏移。3.半波偶极子天线的输入阻抗受频率影响很大，这表明在宽频带内很难实现负载匹配，因此相应的频带宽度也很窄。4.当接近谐振频率时，我们可以从图中看到天线的输入阻抗接近传输线的特性阻抗，这使得匹配更容易。此外，在中心频率附近，电波的传输特性也是最好的，从而实现更高效率的功率传输。5.通过对实验结果的分