半波偶极子天线地HFSS仿真设计

1、实用标准文案半波偶极子天线的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

2、 Add Property 对话框中定义和添加如下变量：Properties! diipole - HFSSD eignlLocal Variables席 VaLiie SeiLEi tiu-i tyL StallsticeVaJ.utUnitl&jrbdi100mmlOOfbm1 ertl0.485l,l air b de4nmEV .24mm0- E电晒23 &亦J3UElmb 出SDCli ad_r-E.d.inslip-adixis+l ajii B ii/ 4.2S. Smmr ad_hti gJxtii _leng珂/El anbdi/10轴Type De-EcriplioB Be

3、 ad-only Hi ddenDezignDesignDii gnDesi 护D申rrrrrrrr厂rrr厂rLJ17 5ho* H：ddtnAdd.Adi Arr 好.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：*Properties: dipole - dFSSDesiqirl - ModelerAltr ituieVaJut丁nitescriptidnXeid-crnJyHunv

4、Tip血厂Mtojri fij.rSlw Tns i lerrOrienlttion&“barMiadtlF厂D i splay V i r e fr imerrCSlor诂+_(rTrarvspfcreiit_i厂 |Shrn Fi dHmPapertiM! dipcle - HFSDeignl - hadlerC onri ancNansVJucUjiitErqluttd aluDriGi iptiwCMTvntD.dCrtttiCylinltrU*or41Xl4tetenGlabilCimttr P os i ti onOmo . iinmOmm 十Own *0UmmAxIe70. Sn

5、nkIkiLtdip_lsiLg.llL23. OOimNumberSegnents00Shcv Hl cdtii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），长度和宽度分别为 2*dip_radius 和gap。如下：Properties： dipole - HFSSDejgnl - Modeler

6、Shot Hidden精彩文档Shew HiddenProperties; dipole - H FSSDesignl - Modeler匚 ommand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

7、为(0,0, -rad_height ),半径为rad_radius高度为2*rad_height 。具体参数如下：Properties： dipole - HFSSDeignl - ModelerAttributsProperties! dlipole - HFSSDfisignl - ModelerC mrF-aTiZtlueVnilEvaliittii lutIescriptioriComnar.dCr e it eCyl 1 n lerCordinate SvstnGlebsiCnl!；jar PteitiOivn 事口阿 t -r ad_hti ghtQi*e . 0m“ t Wrw

8、fr；J1SZLadiLusradr ali us25. 5mn2*rid_hithtKami ar aS 。沪鱼口*豎n0Show Ha ddsn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：r .Solution SetupOp t i JiTlE|CieXe Deri-va+iva

9、s D sfaullsIMBB1P EnabledSslutian Ft*电|3Ajdp 11 ve S olat i onsM 删imixn Hunber of曲f* hl沁Del SD. DEP- U筋. R1 -u.ic x.d Fl. j.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:Ed it Gvjeep4、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

10、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 Si的分析结果:ugkn.蹴-一iIae mUBSiJr-1DMI-SDJMX PM 1从结果可以看出，设计的偶极子天线中心频率为BW=（ 3.24-2.789 ）/3=15.3%.2）、电压驻波比 VSWR如图所示：3GHz左右，Sii -10dB的相对带宽为XY Plot 2KSSDh切i鼻心間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:HfSSDfKiM 土从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。VSWRE FiddValueUniteAtPtiAt Th&iTotal10.254V301degg°X4 563?V36Odeg131 degY15636