半波偶極子天線的HFSS

1、半波偶極子天線的仿真設計Xxxxxxxxxxxxxxxxxxx一、實驗目的：1. 以一個簡單的半波偶極子天線設計為例，加深對對稱陣子天線的了解；2. 熟悉HFSS軟件分析和設計天線的基本方法及具體操作；3. 利用HFSS軟件仿真設計以了解半波振子天線的結構和工作原理；4. 通過仿真設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，中心位于坐標原點，天線材質(zhì)使用理想導體，總長度為0.48，半徑為/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/4。、添加和定義設計變量參考指導書，

2、在Add Property對話框中定義和添加如下變量：、 設計建模）、創(chuàng)建偶極子天線模型首先創(chuàng)建一個沿Z軸方向放置的細圓柱體模型作為偶極子天線的一個臂，其底面圓心坐標為（0，0，gap/2），半徑為dip_radius，長度為dip_length，材質(zhì)為理想導體，模型命名為Dipole，如下：然后通過沿著坐標軸復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，因此頂點坐標為（0，-di

3、p_radius，-gap/2），長度和寬度分別為2*dip_radius和gap。如下：然后設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，將負載阻抗也設置為73.2 。隨后進行端口積分線的設置。此處積分線為矩形下邊緣中點到矩形上邊緣中點。3）、設置輻射邊界條件要在仿真軟件中計算分析天線的輻射場，必須先設置輻射邊界條件。本次設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，底面圓心坐標為（0,0，-rad_height）,半徑為rad_radius，高度為2*r

4、ad_height。具體參數(shù)如下：然后將圓柱體表面設置為輻射邊界條件：、求解設置分析的半波偶極子天線的中心頻率在3GHz左右，所以把求解頻率設置為3GHz。同時添加2.53.5GHz的掃頻設置，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)絡剖分設置設置求解頻率為3GHz，自適應網(wǎng)格剖分的最大迭代次數(shù)為20，收斂誤差為0.02。如下：2）、掃頻設置掃頻類型選擇快速掃頻，掃頻范圍為2.53.5GHz，掃頻步進為0.001GHz。如下：、設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)建求解設置等設計的前期工作，現(xiàn)在開始

5、運行仿真計算并查看分析結果。檢查設計的完整性和正確性：隨后開始分析。、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、圓圖、輸入阻抗和方向圖等。）、回波損耗根據(jù)軟件仿真結果，可以得到如下的在2.53.5GHz頻段內(nèi)的回波損耗S11的分析結果：從結果可以看出，設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

6、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2.78GHz3.27GHz。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。從結果報告中可以看出，設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的變化。首先定義輻射表面如下：E面方向圖參數(shù)設置： H面方向圖參數(shù)設置： 3D方向圖參數(shù)設置： 隨后可以查看xz，x