ANSYS HFSS 軟件的WiFi天線設(shè)計(jì)與優(yōu)化

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 ANSYS HFSS 軟件的WiFi天線設(shè)計(jì)與優(yōu)化 引言 近代以來(lái)移動(dòng)通信技術(shù)迅猛發(fā)展，并且越來(lái)越普及，Wi-fi 技術(shù)是現(xiàn)代無(wú)線通信技術(shù)的重要組成部分。微帶天線由于其剖面低，方向性好，制作可行性高，成本低，可貼合于物體表面以及容易組陣等特點(diǎn)，受到了很廣范的青 睞;因此Wi-fi 技術(shù)和微帶天線技術(shù)是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。 ANSYS HFSS 軟件是ANSYS 公司推出的基于自適應(yīng)網(wǎng)格剖分技術(shù)的三維電磁場(chǎng)仿真軟件。是目前高頻設(shè)計(jì)的主要設(shè)計(jì)和分析工具，在射頻產(chǎn)品研制過(guò)程中正日益發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。應(yīng)用 HFSS 軟件設(shè)計(jì)天線可以自動(dòng)的得到各種天線參量，如增益、方

2、向性、遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖剖面、遠(yuǎn)場(chǎng)3D 圖等。使用ANSYS HFSS 可以計(jì)算： 1)將構(gòu)造劃分為有限元網(wǎng)格(自適應(yīng)網(wǎng)格剖分); 2)在每一個(gè)激勵(lì)端口處計(jì)算與端口具有相同截面的傳輸線所支持的模式; 3)假設(shè)每次激勵(lì)一個(gè)模式，計(jì)算構(gòu)造內(nèi)全部電磁場(chǎng)模式; 4)由得到的反射量和傳輸量計(jì)算廣義S矩陣。 協(xié)同其他 ANSYS 系列的仿真軟件例如 Ansoft Designer 可以設(shè)計(jì)各種有源和無(wú)源的器件。ANSYS HFSS 是目前微波工程設(shè)計(jì)的主流軟件。如何更好地學(xué)習(xí)和利用ANSYS HFSS 軟件技術(shù)，從而充分發(fā)揮軟件的效率，減小工程設(shè)計(jì)的勞動(dòng)程度，提高工程設(shè)計(jì)效率是目前我們所要解決的主要問(wèn)題。 1 天

3、線模型的計(jì)算和分析 1.1 天線輻射元的設(shè)計(jì) 用傳輸線模式法來(lái)分析微帶天線的輻射原理，設(shè)輻射元的長(zhǎng)為 L，寬為W，介質(zhì)基片的厚度為h，現(xiàn)將輻射元、介質(zhì)基片和接地板視為一段長(zhǎng)為L(zhǎng) 的微帶傳輸線在傳輸線的兩端斷開(kāi)形成開(kāi)路，由于基片厚度h ，場(chǎng)沿h 方向均勻分布，在寬度W 方向沒(méi)有變化，而僅在長(zhǎng)度L 方向上有變化，在兩個(gè)開(kāi)路端，電場(chǎng)均可以分解為垂直分量和水平分量，兩垂直分量方向相反因而反相而相抵消，兩水平分量所產(chǎn)生的分量 方向產(chǎn)生的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)相同而同相疊加。微帶天線的輻射可以等效為由兩個(gè)縫隙所組成的二元陣列。寬度W由下式近似取得 通過(guò)計(jì)算和ANSYS HFSS軟件仿真得到單個(gè)輻射元的模型和輻射元上的電場(chǎng)

4、分布圖如圖1-1所示. 圖1-1 單個(gè)輻射元的模型及電場(chǎng)分布 1.2 匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì) 本例當(dāng)中需要用一個(gè)3dB的等分功分器來(lái)連接兩個(gè)輻射元和外部激勵(lì)。功分器為一個(gè)三端口網(wǎng)絡(luò)，如圖1-2所示，設(shè)輸入端電阻為Z1，兩個(gè)輸出端的電阻為 Z2和Z3，因?yàn)槭堑确止Ψ制鳂?gòu)造是對(duì)稱(chēng)的，所以Z2和Z3 相等，為使端口1和端口2、3之間無(wú)反射，根據(jù)傳輸線原理，應(yīng)使 為了不發(fā)生反射，所以Zin1Zin2=Z1 。在微帶線中不同的線寬對(duì)應(yīng)著的不同的阻抗，根據(jù)上述換算關(guān)系在 ANSYS HFSS上建立了3維模型，通過(guò)ANSYS HFSS對(duì)三端口散射參數(shù)的計(jì)算優(yōu)化確定了功分器的外型 圖1-2 功分器原理示意圖 圖1-3 基于ANSYS HFSS的功分器建模 1.3天線整體的設(shè)計(jì) 有了輻射元和匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，對(duì)于整體而言就是二者的結(jié)合，結(jié)合實(shí)際要