半波偶極子天線地HFSS仿真設(shè)計(jì)

1、實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案半波偶極子天線的HF S S仿真設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1 .以一個(gè)簡單的半波偶極子天線設(shè)計(jì)為例，加深對(duì)對(duì)稱陣子天線的了解;2 .熟悉HFSSa件分析和設(shè)計(jì)天線的基本方法及具體操作；3 .利用HFSSa件仿真設(shè)計(jì)以了解半波振子天線的結(jié)構(gòu)和工作原理；4 .通過仿真設(shè)計(jì)掌握天線的基本參數(shù)：頻率、方向圖、增益等。、實(shí)驗(yàn)步驟：本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)一個(gè)中心頻率為 3GHz的半波偶極子天線。天線沿著 Z軸放置，中心位于 坐標(biāo)原點(diǎn)，天線材質(zhì)使用理想導(dǎo)體，總長度為0.48入，半徑為入/200。天線饋電采用集總端口激勵(lì)方式，端口距離為 0.24mm,輻射邊界和天線的距離為入 /4。1、添加和定義設(shè)計(jì)變量參考指導(dǎo)書

2、，在 Add Property 對(duì)話框中定義和添加如下變量：Properties! diipole - HFSSDesignLl&jrbdiL100mm100mmD«si o1 er考t上0.48*1 airb dw4811rBDezi gn耳安 ,24nm0. 24Desi gn22 8電百Dtsignd iue15b晶線?？贒*=ii gnad_r-E-dinslip_ra.d.i,us+l an L d.4/ 4.2S. SrrmDesi, er ad_hei giit*li>_leng l"手削 /£ + 1 anbdi/10D-ignrrr

3、rrrr r Lr rr r取消L_JAdi Arr17 Sho* HiddenVaJutUnitEtCLui巾twd ValueDescript ion.Be ad-onlyLocal VariableE |,律 VaLiie" Optiiii zation" rtmiiig SeiLEi tiTi tyL Stati sti ce2、 設(shè)計(jì)建模1 )、創(chuàng)建偶極子天線模型首先創(chuàng)建一個(gè)沿Z軸方向放置的細(xì)圓柱體模型作為偶極子天線的一個(gè)臂，其底面圓心坐標(biāo)為(0, 0, gap/2 ),半徑為dip_radius ,長度為dip_length ,材質(zhì)為理想導(dǎo)體， 模型命名為 Di

4、pole ,如下：Properties: dipole - NFSSDesigrl - ModelerAttriljiAiie |NameValutVnit EvQiaatecl YslueK 耳 ip ti qn 注 id- wOyNunvDifpdtMitui'pee：""衛(wèi)由 e"rSlw Tnsi ler(JritrtitiQa61"b 虱rM>d»lR"rD i splay V i r e fr imerCaloirIili. trTrarvspfcren.t0rn Shw Yi雁 副涓 ,Praperti&#

5、171;! dipcle - HFGGDewignl - MadlerConnand.Han>cVJueUnit Ev4lu«ttdDesC 5dCr* tttCylin l«rCt ardinite Sys tenGlobalCenter f osi ti onOmn, ffaji/2Omm , Own 干 0.12immi片運(yùn)7R.di=ndip_cdi二0. SnrinHeightdip_l±ugLli23. OOitnNumber of Segnefits 00Shov Hl ddnt軸在1中消然后通過沿著坐標(biāo)軸復(fù)制操作生成偶極子天線的另一個(gè)臂。此時(shí)

6、就創(chuàng)建出了偶極子的模嬰如下：_ _ _ . _ .2)、設(shè)置端口激勵(lì)半波偶極子天線由中心位置饋電，在偶極子天線中心位置創(chuàng)建一個(gè)平行于YZ面的矩形面作為激勵(lì)端口平面， 并設(shè)置端口平面的激勵(lì)方式為集總端口激勵(lì)。該矩形面需要把偶極子天線的兩個(gè)臂連接起來，因此頂點(diǎn)坐標(biāo)為(0, -dip_radius ，-gap/2 ),長度和寬度分別為 2*dip_radius 和gap。如下：Properties： dipole - HFSSDe5jgnl - Modeler確定1 _ _取澧Nam eV alueUni tEvalnat ed ValueDescr ipti onB.ead-only耳斷百Fcrt

7、r 1Ori entationGlobalMod式Fr Di splay WirefrairierrColorEdit |rTr aiispar ent_5_r*III卜'Shot Hidden然后設(shè)置該矩形面的激勵(lì)方式為集總端口激勵(lì)。由之前的理論分析可得，半波偶極子天線的輸入阻抗為 73.2?，為了達(dá)到良好的阻抗匹配， 將負(fù)載阻抗也設(shè)置為 73.2 ?。 隨后進(jìn)行端口積分線的設(shè)置。此處積分線為矩形下邊緣中點(diǎn)到矩形上邊緣中點(diǎn)。 3)、設(shè)置輻射邊界條件要在仿真軟件中計(jì)算分析天線的輻射場，必須先設(shè)置輻射邊界條件。本次設(shè)計(jì)中采用輻射邊界和天線的距離為1/4個(gè)工作波長。這里，我們先創(chuàng)建一個(gè)沿著

8、 Z軸放置的圓柱體模型，其材質(zhì)為空氣，底面圓心坐標(biāo)為 (0,0 , -rad_height )，半徑為rad_radius高度為2*rad_height 。具體參數(shù)如下：-11Properties： dipole - H-SSDesignl - Modeler,X-AttributaMameValueUni tEva3.ijLted VallieD escripti onRe 包（J- oi口 FHaimRid_4.irrM a.t er i alftf ai rrtf J iff airrSolvs InsideRrOTientationGlobalrMod«lFrDisplay

9、lirefr：imerrColorEdit |rTh airspar ent0 3_r*mShow Hiddcn聰Properties! dipole - ModelerC >mrF-aTiJl精彩文檔F艇ihZtlueVnilEYal'iattd ¥«lutI'escripti&riComnar.dCr e it eCyl i n lerCOTdinate SvstnGlebsiC«nl!；jar Pteiti口!wn Omi t -r ad_hti ghtQzmDmn / 7111nlmixlEZLadiLusradr adi u

10、s25. 5m2*rid_h«itht68mnKumiar aS W©加#+鷺n0璐走I 班舉Show Hidden然后將圓柱體表面設(shè)置為輻射邊界條件:3、求解設(shè)置分析的半波偶極子天線的中心頻率在3GHz左右，所以把求解頻率設(shè)置為3GHz同時(shí)添加2.53.5GHz的掃頻設(shè)置，掃頻類型選擇快速掃頻，分析天線在2.53.5GHz頻段內(nèi)的回波損耗和電壓駐波比。 1）、求解頻率和網(wǎng)絡(luò)剖分設(shè)置設(shè)置求解頻率為3GHz自適應(yīng)網(wǎng)格剖分的最大迭代次數(shù)為20,收斂誤差為0.02。如下：r .Solution SetupGark&r al Opti Ans AJvsftceiCieka

11、Dtri-Va+ivas D5faultsSeLup Run怛.z Enabled 廠 SoLve faxIs OnlGlk 二Sslutian F廣電|3Ajdwp 11 ve S olat i onsManimnn Hunber of2口f* inun Del S0. 02P-' Un Matrix匚.X 涯-H x.d Fl. j.2）、掃頻設(shè)置掃頻類型選擇快速掃頻，掃頻范圍為2.53.5GHz ,掃頻步進(jìn)為0.001GHz。如下:Ed it £weep4、設(shè)計(jì)檢查和運(yùn)行仿真計(jì)算通過前面的操作， 我已經(jīng)基本完成了偶極子天線模型的創(chuàng)建求解設(shè)置等H F S S設(shè) 計(jì)的前期工

12、作，現(xiàn)在開始運(yùn)行仿真計(jì)算并查看分析結(jié)果。檢查設(shè)計(jì)的完整性和正確性：隨后開始分析。5、HF S S天線問題的數(shù)據(jù)后處理在完成了模型的創(chuàng)建和檢查后，現(xiàn)在開始對(duì)天線的各項(xiàng)性能參數(shù)進(jìn)行仿真分析，主要有回波損耗、駐波比、Smit h圓圖、輸入阻抗和方向圖等。1）、回波損耗根據(jù)軟件仿真結(jié)果，可以得到如下的在2.53.5GHz頻段內(nèi)的回波損耗 Si的分析結(jié)果:二叫二即.電H*qnx|X¥ PIM 1<DJW3GHz左右，Sii <-10dB的相對(duì)帶寬為Qbtie rwbOQWi，從結(jié)果可以看出，設(shè)計(jì)的偶極子天線中心頻率為BW=（ 3.24-2.789 ） /3=15.3%.2）、電壓駐

13、波比 VSWR如圖所示：XY Plot 2vsa3）、Smith 圓圖在天線的相關(guān)問題的分析中Smith圓圖是一個(gè)非常有用的工具，借助它可以方便的進(jìn)行阻抗匹配，給出駐波比，歸一化輸入阻抗等各種信息。在HFSS中得到的Smith圓圖如下:從Smith圓圖中可以看出，在中心頻率為3GHz的歸一化阻抗約為 1,說明天線的端口阻抗匹配良好。VSWR< 2即反射系數(shù)的模小于三分之一）的頻率范圍約為 2.78GHz3.27GHzo4)、輸入阻抗輸入阻抗是天線的一個(gè)重要性能參數(shù)，我們可以通過HFSS直接查看天線的輸入阻抗值。從結(jié)果報(bào)告中可以看出，設(shè)計(jì)的半波偶極子天線在中心頻率3GHz上，輸入阻抗為(7

14、2.8-j0.4 ) ?,與理論分析比較接近。5)、方向圖天線方向圖是方向性函數(shù)的圖形表示，它可以形象的描述天線的輻射特性隨著空間方向坐標(biāo)的變化。首先定義輻射表面如下：E面方向圖參數(shù)設(shè)置：H面方向圖參數(shù)設(shè)置:3D方向圖參數(shù)設(shè)置:隨后可以查看xz, xy和三圍增益方向圖。RMiugn Patlam 2增益方向圖 2, -1.3708e+aEe 5"5&*oec 句,G曰*3名心6'-1, LSSLe'h®1 f qs£，i0L 1 -l.SHJ5e+01 -2,LLLe*O3L-LSCLIlXL F 乙VEvml-a.zeiZe+t I -3

15、,6L3Se*O0LI-S,96We+O0L-¥.§L我顯心L 飛.曲后修白煙工 -5皿鼾睛印I -5.3B 0 UT0L3D增益方向6）、其他參數(shù)除了上述參數(shù)外，HFSS還可以給出天線在輻射面上的最大輻射強(qiáng)度、方向性系數(shù)、最 大場強(qiáng)及其所在方向等參數(shù)。如下：Inputs-Setup Name:3D_SphereSolution;La5lAdaptjveArray Setup;"nieIntrinsic VariatnoriLFreq>'3GH2'Design Viriatian:dip_l engih»H23.96mm'diR_iaAntenna PaiameterKExportExport FieldsQu己nt的ValueUnit 名M-sxU0.13944W，srPeak Directivity1 7555Peak. Sain1.7523Fsak ftealied Gain1.7323Radiated Power0.9901 GW八u*pWd PcifibraS99SSW1 ncidenl P©向a1WRadiation EfficiencyD. 99817Fronl to Back RateN/A-Decay Fdctof0M白疝Mn Field Data： FieldValueUn