半波偶極子天線的HFSS

./半波偶極子天線的ＨＦＳＳ仿真設(shè)計Xxxxxxxxxxxxxxxxxxx一、實驗?zāi)康模阂砸粋€簡單的半波偶極子天線設(shè)計為例,加深對對稱陣子天線的了解；熟悉HFSS軟件分析和設(shè)計天線的基本方法及具體操作；利用HFSS軟件仿真設(shè)計以了解半波振子天線的結(jié)構(gòu)和工作原理；通過仿真設(shè)計掌握天線的基本參數(shù)：頻率、方向圖、增益等。二、實驗步驟：本次實驗設(shè)計一個中心頻率為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,天線材質(zhì)使用理想導(dǎo)體,總長度為0.48λ,半徑為λ/200。天線饋電采用集總端口激勵方式,端口距離為0.24mm,輻射邊界和天線的距離為λ/4。１、添加和定義設(shè)計變量參考指導(dǎo)書,在AddProperty對話框中定義和添加如下變量：設(shè)計建模１、創(chuàng)建偶極子天線模型首先創(chuàng)建一個沿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Dipole,如下：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臂。此時就創(chuàng)建出了偶極子的模型如下：2、設(shè)置端口激勵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)建一個平行于YZ面的矩形面作為激勵端口平面,并設(shè)置端口平面的激勵方式為集總端口激勵。該矩形面需要把偶極子天線的兩個臂連接起來,因此頂點坐標(biāo)為〔0,-dip_radius,-gap/2,長度和寬度分別為2*dip_radius和gap。如下：然后設(shè)置該矩形面的激勵方式為集總端口激勵。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?,為了達到良好的阻抗匹配,將負(fù)載阻抗也設(shè)置為73.2?。隨后進行端口積分線的設(shè)置。此處積分線為矩形下邊緣中點到矩形上邊緣中點。3、設(shè)置輻射邊界條件要在仿真軟件中計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)計中采用輻射邊界和天線的距離為1/4個工作波長。這里,我們先創(chuàng)建一個沿著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：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。同時添加2.5~3.5GHz的掃頻設(shè)置,掃頻類型選擇快速掃頻,分析天線在2.5~3.5GHz頻段的回波損耗和電壓駐波比。、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：2、掃頻設(shè)置掃頻類型選擇快速掃頻,掃頻圍為2.5~3.5GHz,掃頻步進為0.001GHz。如下：４、設(shè)計檢查和運行仿真計算通過前面的操作,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ＨＦＳＳ設(shè)計的前期工作,現(xiàn)在開始運行仿真計算并查看分析結(jié)果。檢查設(shè)計的完整性和正確性：隨后開始分析。５、ＨＦＳＳ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)在開始對天線的各項性能參數(shù)進行仿真分析,主要有回波損耗、駐波比、Ｓｍｉｔｈ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2.5~3.5GHz頻段的回波損耗S11的分析結(jié)果：從結(jié)果可以看出,設(shè)計的偶極子天線中心頻率為3GHz左右,S11<-10dB的相對帶寬為BW=〔3.24-2.789/3=15.3%.2、電壓駐波比VSWR如圖所示：3、Smith圓圖在天線的相關(guān)問題的分析中Smith圓圖是一個非常有用的工具,借助它可以方便的進行阻抗匹配,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圍約為2.78GHz~3.27GHz。4、輸入阻抗輸入阻抗是天線的一個重要性能參數(shù),我們可以通過HFSS直接查看天線的輸入阻抗值。從結(jié)果報告中可以看出,設(shè)計的半波偶極子天線在中心頻率3GHz上,輸入阻抗為〔72.8-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。xz增益方向圖xy增益方向圖