一種PCB天線仿真工具HFSS簡介

1、一種PCB天線仿真工具HFSS簡介引言 隨著無線射頻技術(shù)和電子電路技術(shù)的發(fā)展，射頻模塊的體積變的越來越小，高精密度，高性能的射頻電路設(shè)計(jì)和高發(fā)射增益天線越來越收到行業(yè)內(nèi)的重視。由此，一種可靠的功能強(qiáng)大的天線仿真軟件應(yīng)運(yùn)而生HFSS天線仿真軟件。通過設(shè)計(jì)2.4G天線為例子，簡單了解到HFSS軟件設(shè)計(jì)天線的整個(gè)過程。 1、估算天線長度 已知工作頻率（2.42.4835Ghz）,中心頻率取2.45Ghz已知PCB板信息，分別包括介質(zhì)材料是FR4,Er = 4.4、板厚1mm、天線走線寬1.6mm、PCB板尺寸65*40mm、參考地大小40*40mm。 由得到天線總長度 = 2.4Ghz時(shí)1/4自由空

2、間波長和1/4個(gè)FR4介質(zhì)波長的中間值 也就是 (3 * 108) / (2.45 * 109) / 4 +122 / (4.4) / 4 / 2 =22.7mm 由于是倒L天線，所以其中垂直長度8mm，水平長度14.7mm 2、 創(chuàng)建參數(shù)化模型a. 打開軟件新建一個(gè)HFSS工程，并且命名為ILA，插入HFSSDesign，設(shè)置仿真方式DrivenTerminal，工程單位為mm。如下圖1。圖1 b.定義各種設(shè)計(jì)變量的名稱和對應(yīng)的參考值如下圖2圖2 c.重復(fù)b操作設(shè)置另外一些需要設(shè)置的天線信息變量。得到圖3。圖33、設(shè)置掃描條件 在設(shè)置HFSS掃描條件之前，我們一般是先要設(shè)置天線的輻射端口，輻

3、射端口默認(rèn)阻抗為50歐姆（國際標(biāo)準(zhǔn)），在設(shè)置好端口之后就要設(shè)置仿真的輻射邊界，輻射邊界取1/4工作波長。然后就可以設(shè)置其掃描條件，這個(gè)天線的中心頻點(diǎn)是2.45G,為了節(jié)約仿真時(shí)間掃描的起始段設(shè)為2Ghz到3Ghz，掃描間隔為0.01Ghz。設(shè)置完所有量就得到下圖4了。圖44、 分析結(jié)果，優(yōu)化設(shè)計(jì)我們進(jìn)行單一長度的參數(shù)掃描分析。得到圖5，顯然由圖5可以看出我們所設(shè)置的天線長度最佳的工作頻率是在2.65Ghz左右，這并不是我們想要的。故需要優(yōu)化圖5 設(shè)置長度掃描方式，從15mm到18mm每隔0.3mm進(jìn)行一次天線掃描，由此得到掃描結(jié)果如下圖6。打上一個(gè)Mark點(diǎn)，知道天線長度是15.6mm，天線工作于2.45Ghz。更改模型長度，重新編譯就可以到到工作于2.45Ghz的PCB天線了。 總結(jié) 天線的本質(zhì)雖然只是一根銅線，但是在體積和成本極度受限無線射頻模塊中，這種體積小巧的作用在單一頻點(diǎn)的微帶天線設(shè)計(jì)在沒有HFSS仿真之前只能通過大量的實(shí)驗(yàn)測試，有了