HFSS貼片天線仿真-畢業(yè)論文

山東工商學(xué)院2016屆畢業(yè)論文目錄引言 I1緒論 31.1HFSS簡介 31.1.1HFSS發(fā)展歷程 31.1.2HFSS仿真原理 31.1.3HFSS的仿真過程 41.1.4HFSS的功能 51.2應(yīng)用領(lǐng)域 51.3HFSS的基本操作 51.3.1HFSS的一般仿真操作 51.3.2HFSS的一般操作界面 62微帶天線理論 82.1微帶天線 82.1.1傳輸線即微帶天線 82.1.2微帶貼片天線 92.2圓形微帶貼片天線理論 102.3極化理論 122.3.1圓極化理論簡述 122.3.2左旋圓極化與右旋圓極化 133貼片天線的仿真過程 143.1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 143.2HFSS貼片天線仿真 143.2.1創(chuàng)建工程 143.2.2創(chuàng)建模型 153.3設(shè)置參量 223.3.1設(shè)置變量 223.3.2設(shè)置模型材料參數(shù) 233.3.3設(shè)置邊界條件和激勵(lì)源 243.3.4設(shè)置求解條件 253.4創(chuàng)建參數(shù)分析并求解 263.4.1添加參數(shù)設(shè)置 263.4.2定義輸出變量 273.4.3求解 273.5優(yōu)化求解 283.5.1選擇優(yōu)化變量 283.5.2設(shè)置遠(yuǎn)區(qū)輻射場 283.5.3添加優(yōu)化設(shè)置 283.5.4求解優(yōu)化分析 294結(jié)果演示與分析 294.1貼片天線的仿真結(jié)果 294.1.1貼片天線的仿真結(jié)果 294.1.2貼片天線的仿真結(jié)果分析 29引言發(fā)生多撒飛灑發(fā)多少我都發(fā)范德薩范德薩分到達(dá)發(fā)到付啊放大但是的但是上的放大放大飛機(jī)返回來煩你的經(jīng)費(fèi)戶附近的看是否就安分點(diǎn)積分激發(fā)你覺得離開誰惹你北京網(wǎng)絡(luò)法律能發(fā)奶粉就發(fā)覺你廢物了南方vfjdklafnlfefjdalfn費(fèi)勁兒了奶粉就為了你附近的少年富放你家里是南方金額女王1緒論1.1HFSS簡介電磁場學(xué)科是圍繞麥克斯韋方程組為中心展開的研究。電磁場本身屬于人肉眼所見的范圍之外，因此，特別是在早年科學(xué)技術(shù)還不發(fā)達(dá)的時(shí)候，要想研究人們看不見也摸不著的電磁場來說首要解決的問題就是怎么實(shí)現(xiàn)電磁場的可視化。1.1.1HFSS發(fā)展歷程HFSS（HighFequencyStructureSimulator——高頻電磁場仿真）。該軟件是由美國Ansoft公司開發(fā)！?。。。。。。。。。。。。?）的世界上第一個(gè)商業(yè)化的三維結(jié)構(gòu)電磁場仿真軟件，當(dāng)然，該仿真軟件并不是唯一一個(gè)電磁場仿真軟件，但卻是世界上公認(rèn)的主流的三維電磁場仿真軟件。當(dāng)然最開始出現(xiàn)的HFSS軟件并不是由美國Ansoft公司多研發(fā)，HFSS軟件的前身是美國著名的安捷倫公司設(shè)計(jì)的高頻結(jié)構(gòu)仿真軟件（AgilentHFSS）。2003年美國Ansoft公司收購了AgilentHFSS軟件并經(jīng)過自研發(fā)和升級(jí)，推出了HFSS的V8.0版本。該版本增加了許多新的功能。功能的增加使HFSS得運(yùn)用跟為廣泛，深得客戶的喜愛。當(dāng)然這并沒有停止HFSS發(fā)展的腳步。同年5月美國Ansoft公司發(fā)布了HFSS的新版本V9.0，發(fā)布不久，同年由發(fā)布的更新版本V9.2。直到2005年，經(jīng)過美國Ansoft公司不斷地創(chuàng)新和努力，他們推出了HFSS的最高版本即V10.0。最新版本與之前的版本相比，大大增加了軟件的設(shè)計(jì)和分析效率，強(qiáng)化了該軟件與其他工具的配合。同時(shí)版本V10.0還推出了一種新功能，俗稱“Heal-ing”功能。該功能具有能消除微小段差和坐標(biāo)誤差的功能，能夠直接使用為大多數(shù)的CAD模型，大大拓寬了HFSS的運(yùn)用范圍。1.1.2HFSS仿真原理HFSS采用的仿真原理是基于限元法！?。。。。。。。?！而來的。對于有限元法的理解我們可以借助數(shù)學(xué)里的“微分法”。當(dāng)我們面臨一項(xiàng)非常龐大而又復(fù)雜的問題時(shí)，我們一般傾向于將這巨大的問題分割成為一塊一塊的細(xì)小的問題，盡量分的非常細(xì)致，最好能夠保證每塊細(xì)小的區(qū)域所解決的問題盡量簡化。當(dāng)我們對每個(gè)小區(qū)域的分析變得越來越簡化之后，最后將所有小區(qū)域的計(jì)算結(jié)果整合起來，構(gòu)成一個(gè)用整體矩陣表達(dá)整個(gè)區(qū)域的解，而這個(gè)矩陣往往又是我們所熟知的稀疏矩陣。然而，到這一步的時(shí)候，我們的計(jì)算過程已經(jīng)變得非常簡化并且迅速了。1.1.3HFSS的仿真過程HFSS的一般仿真過程！?。。。。。?！如圖1.1所示：圖1.1HFSS仿真過程1.1.4HFSS的功能HFSS的主要功能?。。。。。。。。?）有以下幾點(diǎn)：能夠?qū)崿F(xiàn)三維電磁場的設(shè)計(jì)與分析調(diào)試；擁有強(qiáng)大的參數(shù)化設(shè)計(jì)、優(yōu)化、敏感性級(jí)公差統(tǒng)計(jì)訪問功能；具有靈活的網(wǎng)格剖分，收斂精度，以及仿真分析控制等強(qiáng)大的功能；仿真快速且設(shè)計(jì)精度高，仿真便捷；具有電磁場與系統(tǒng)電路的集成協(xié)同仿真能力。1.2應(yīng)用領(lǐng)域從2003年以來，由于市場競爭的激烈，HFSS的發(fā)展越來越迅速，同時(shí)HFSS的功能越來越強(qiáng)大，軟件的運(yùn)用范圍已得到了擴(kuò)大。射頻和微波無源器件的設(shè)計(jì)；高速PCB板和RFPCB板的設(shè)計(jì)；天線、陣列天線和饋源的設(shè)計(jì)；高頻IC設(shè)計(jì)；高速封裝設(shè)計(jì)；電真空器件涉及?。。。。。。。。。?）。1.3HFSS的基本操作1.3.1HFSS的一般仿真操作HFSS的基本操作以下七個(gè)步驟：創(chuàng)建工程,工程的文件一般格式為*.hfss；多種模型視圖。模型視圖一般包括多種，如：移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、放大、縮小。同時(shí)還要注意適中顯示快捷鍵為：Ctrl+D；復(fù)制、粘貼；各種HFSS文件，一個(gè)*.hfss文件包含許多工程相關(guān)文件。常見的文件包括以下幾種格式：Design_name.保存設(shè)計(jì)的結(jié)果數(shù)據(jù)；Project_name.保存工程的結(jié)果數(shù)據(jù)；Project_name.保存工程的場數(shù)據(jù)結(jié)果。導(dǎo)出文件；導(dǎo)出矩陣數(shù)據(jù)；導(dǎo)入文件。1.3.2HFSS的一般操作界面（1）菜單欄，如圖1.2所示：圖1.2HFSS仿真環(huán)境的菜單欄（2）工程樹，如圖1.3所示：圖1.3HFSS仿真環(huán)境的工程樹（3）繪圖歷史樹，如圖1.4所示：圖1.4HFSS仿真環(huán)境的繪圖歷史樹（4）信息管理欄，如圖1.5所示：圖1.5HFSS仿真環(huán)境的信息管理欄（5）3D仿真模塊，如圖1.6所示：圖1.6HFSS仿真環(huán)境中的3D仿真模塊2微帶天線理論2.1微帶天線2.1.1傳輸線即微帶天線微波理論中的傳輸線不是我們平常意義上認(rèn)為的作為載體的傳輸線，在微波理論中，傳輸線不僅起到了作為傳輸載體的作用還能夠沿著固定的反向傳輸電磁場，從而起到了控制電磁場傳播方向的作用。傳輸線包括：（1）TEM波傳輸線；（2）TE波和TM波傳輸線；（3）表面波傳輸線！?。。。。。。。。?）。其中在表面波傳輸線的大范圍中，再根據(jù)所傳輸?shù)碾姶艌龅念l率大小劃分，傳輸線所傳輸?shù)碾姶艌鲈诶迕撞ǘ蔚脑拕t稱其為微帶線。

早年的電磁波的傳輸一般使用最常見的傳輸線，微帶天線的出現(xiàn)并不算太早，也就是20世紀(jì)70年代的時(shí)候，距離現(xiàn)在僅僅五十年的時(shí)間。微帶天線在當(dāng)時(shí)作為一種新型天線出現(xiàn)在人們的視眼內(nèi)。并且，因?yàn)槠浼杉夹g(shù)和介質(zhì)的基片材料發(fā)展并不完善。微帶天線在當(dāng)時(shí)來說并不占優(yōu)勢。隨著市場的需要，以及科學(xué)家們不斷的創(chuàng)新與努力。微帶天線才慢慢在市場上站住腳跟為大多數(shù)人所熟知。微帶天線的使用雖受到各種限制，但其實(shí)質(zhì)上的優(yōu)點(diǎn)是不可磨滅的。下面簡單列舉其三個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)：(1)體積微小，質(zhì)量很輕，剖面很薄。將其安裝在載體表面

，對載體來說非常輕巧無負(fù)擔(dān)。且由于其體積微小的原因，天線的隱形效果也很好，不影響再提美觀。(2)電性能多樣化.不同設(shè)計(jì)的微帶元，其最大輻射方向可以從邊射到端射范圍內(nèi)調(diào)整，易于得到各種極化，特殊設(shè)計(jì)的微帶元還可以在雙頻或多頻工作。

(3)能和有源器件、電路集成為統(tǒng)一的組件，因此適合大規(guī)模生產(chǎn)，簡化了整體的制作和調(diào)試，大大降低了成本。

和其它天線相比，它也有一些缺點(diǎn):

(1)相對帶寬較窄，主要是諧振型微帶天線?，F(xiàn)在已經(jīng)有一些改進(jìn)方法。

(2)損耗較大，因此效率較低，這類似于微帶電路。特別是行波型微帶天線，在匹配負(fù)載上有較大的損耗。

(3)單個(gè)微帶天線的功率容量較小。

(4)介質(zhì)基片對性能影響大。由于工藝條件的限制，批量生產(chǎn)的介質(zhì)基片的均勻性和一致性還有欠缺，這影響了微帶天線的批量生產(chǎn)和大型天線陣的構(gòu)建。

微帶天線的優(yōu)點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了它的缺點(diǎn)，再加上微帶天線的實(shí)驗(yàn)方法和計(jì)算方法都己非常成熟，這就為克服微帶天線的缺點(diǎn)奠定了基礎(chǔ)。微帶天線的優(yōu)點(diǎn)使微帶天線的發(fā)展進(jìn)一步加速，目前在衛(wèi)星通信、雷達(dá)、遙感、導(dǎo)彈、遙測遙控、環(huán)境監(jiān)測、生物醫(yī)學(xué)、便攜式無線設(shè)備等方面已得到廣泛的推廣和運(yùn)用。2.1.2微帶貼片天線微帶貼片天線是由介質(zhì)基片、在基片一面上有任意平面幾何形狀的導(dǎo)電貼片和基片另一面上的地板所構(gòu)成。實(shí)際上，能計(jì)算其輻射特性的貼片圖形是有限的，圓形、正方形、矩形、橢圓形、五角形、圓環(huán)形、正三角形、半圓形。下圖為一實(shí)際生活中的貼片天線，如圖2.1所示：圖2.1實(shí)際生活中的貼片天線2.2圓形微帶貼片天線理論圓形貼片天線入圖2.2下所示：圖2.2圓心貼片天線若圓形貼片天線的饋電點(diǎn)為（）,可得其諧振電阻為：（2-1）其中，而，為輻射功率；為導(dǎo)體損耗功率；為介質(zhì)損耗功率。通過導(dǎo)出，即可導(dǎo)出諧振電阻，即：{?/?}（2-2）其中?為傳播的電磁場的頻率，單位為GHz，，而為：（2-3）若圓形貼片的金屬化層為銅導(dǎo)體，則其品質(zhì)因數(shù)為：（2-4）其中h的單位是cm，f的單位是GHz。諧振電路的諧振頻率為：（2-5）其中為圓形貼片的等效半徑，即：（2-6）（2-7）其中為圓形貼片的等效動(dòng)態(tài)電容定義的動(dòng)態(tài)介電常數(shù)，而為：（2-8）（2-9）其中為用圓形貼片天線的等效靜態(tài)電容的介電常數(shù)，為：（2-10）2.3極化理論本身認(rèn)為電磁波的場強(qiáng)的方向與與時(shí)間的變化無關(guān)，而有些時(shí)候電磁波在傳播過程中波的場強(qiáng)的方向可能隨時(shí)間按一定的規(guī)律變化，此即稱為電磁波的極化。電場強(qiáng)度的方向隨時(shí)間的變化即稱為電磁波的極化（polarization）,而在物理學(xué)之中，稱其為偏振。對于電磁波的極化我們一般分為一下三種類型：（1）線極化；（2）圓極化；（3）橢圓極化?。。。。。。。。?）。線極化和橢圓極化這里就不再過多的贅述了。下面著重講講圓極化。2.3.1圓極化理論簡述現(xiàn)有一沿z方向傳播的平面波，同時(shí)該電磁波的電場分量應(yīng)該有x和y方向，其瞬時(shí)值表示為：（2-11）上式中所寫出的：（2-12）當(dāng)上式中的，由上式可得：（2-13）顯然該方程滿足我們平時(shí)都了解的園的標(biāo)準(zhǔn)方程，由此就有：（2-14）這說明會(huì)受到時(shí)間t得影響。因而的矢量的軌跡滿足一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的圓形方程，因此稱其為圓極化。2.3.2左旋圓極化與右旋圓極化上篇簡單敘述的圓極化的理論，這里我們著重看看圓極化的分類。在圓極化的范疇內(nèi)，又分為一下兩種：（1）左旋圓極化；（2）右旋圓極化。所謂左旋圓極化即指電場的y分量的相位超前于電場的x分量的相位剛好，此時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向與波的傳播方向成左手螺旋關(guān)系，該情況則成為左旋圓極化（LHCP）。相反的情況，電場的y分量的相位落后于電場的x分量的相位剛好，此時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向與波的傳播方向成右手螺旋關(guān)系，該情況則成為右旋圓極化（RHCP）。簡易的圓極化圖像如圖2.3所示：圖2.3圓極化簡介3貼片天線的仿真過程3.1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)選擇建立、求解、分析一個(gè)右手圓極化貼片天線，貼片天線的工作頻率為2.4GHz，測量其S參數(shù)。貼片天線的切角大小對貼片天線的性能具有一定的影響。因此，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容除了包括對貼片天線的仿真以外，再加上一個(gè)要求：調(diào)節(jié)仿真的貼片天線中一些參數(shù)以及切角的大小，對貼片天線的軸比參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并記錄最終的優(yōu)化結(jié)果。3.2HFSS貼片天線仿真3.2.1創(chuàng)建工程首先打開HFSS創(chuàng)建工程。打開HFSS并保存新工程，命其名為Ex5_zhl插入HFSS設(shè)計(jì)，然后選擇求解類型。求解類型一般分為三種：（1）模式驅(qū)動(dòng)求解；（2）終端驅(qū)動(dòng)求解；（3）本征模求解。一般選擇DrivenModal類型。設(shè)置3D模型中的單位（一般為mm）。那么我們的第一步驟就完成了3.2.2創(chuàng)建模型（1）首先第一步繪制基片。即在軟件中繪制一個(gè)長方體，并設(shè)置好長方體各個(gè)定點(diǎn)的基坐標(biāo)本實(shí)驗(yàn)設(shè)置其基坐標(biāo)（x,y,z）為（-22.5，-22.5,0）。在該實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)矩形基片選擇的邊長度（dx,dy,dz）為（45,45,5）單位為之前設(shè)定好的毫米單位，全部設(shè)置完之后按下enter鍵確認(rèn)。設(shè)定完矩形基片之后再定義長方體屬性將長方體命名為substrate,并利用transparent的數(shù)值條來調(diào)節(jié)矩形基片的透明度。本實(shí)驗(yàn)需要提高其透明度，因此將transparent的數(shù)值條調(diào)節(jié)為0.8，此時(shí)實(shí)驗(yàn)圖稿如圖3.1所示：圖3.1基片（2）下一步繪制接地板。同樣接地板也是一個(gè)矩形，本實(shí)驗(yàn)設(shè)置其基坐標(biāo)（x,y,z）為（-45，-45,0），然后設(shè)置其三邊長度（dx,dy,dz）為（90,90,0）數(shù)據(jù)輸入時(shí)用tab鍵，全部數(shù)據(jù)都確認(rèn)無誤的輸入之后按下enter鍵確定。同樣建立好該矩形接地板之后，我們還需要定義接地板的屬性。在3D模型框的左邊會(huì)自動(dòng)彈出屬性對話框，我們就依據(jù)框內(nèi)的項(xiàng)目來依次設(shè)置。將name欄改為groundplane，同樣利用transparent的數(shù)值條來提高接地板的透明度。此時(shí)實(shí)驗(yàn)圖稿如圖3.2所示：圖3.2接地板（3）繪制貼片天線。首先，再建立一個(gè)矩形，我們設(shè)置其基坐標(biāo)為（x,y,z）為（-16，-16,5），矩形的邊長度設(shè)置為（32,32,0），同樣設(shè)置其屬性。Name改為patch，transparent同樣也設(shè)置成0.8。此時(shí)實(shí)驗(yàn)圖稿如圖3.3所示：圖3.3貼片天線（4）繪制饋電點(diǎn)。繪制饋電點(diǎn)則與之前的繪制矩形不同，現(xiàn)在我們要繪制一個(gè)圓柱體。選擇要繪制的圖形之后，按下tab鍵來設(shè)置其參數(shù)。這里設(shè)置圓柱體的圓心極坐標(biāo)為（x，y，z）為（0,8,0），再輸入圓柱體的（dx，dy，dz）為（0.5,0,5）.該參數(shù)表明此圓柱體半徑r=0.5mm，高為h=5mm，輸入完相應(yīng)參數(shù)之后按下enter鍵。同樣我們也要設(shè)置該圓柱體的基本屬性。將其name命名為feed，并將其透明度提高到0.8。此時(shí)實(shí)驗(yàn)圖稿如圖3.4所示：圖3.4饋電點(diǎn)（5）繪制空氣腔體。這里的空氣腔體也是一個(gè)矩形腔體。因此我們的步驟和前幾個(gè)步驟都是相同的，這里就不再過多贅述了。但是有一點(diǎn)還是要強(qiáng)調(diào)，即該矩形的基坐標(biāo)（x，y，z）設(shè)定為（-80，-80，-35），而該矩形的三邊長度為（dx，dy，dz）設(shè)定為（160,160,75）。在屬性的設(shè)定中，將其name設(shè)定為airbox,transparent透明度同樣提高到0.8。此時(shí)實(shí)驗(yàn)圖稿如圖3.5所示：圖3.5空氣腔體（6）繪制端口。這里的端口是一個(gè)圓形。同樣用以上的方法，按下tab鍵設(shè)置其圓心坐標(biāo)（x，y，z）為（0,8,0），在設(shè)置（dx，dy，dz）為（1.5，0,0），這樣設(shè)置說明該圓半徑為1.5mm，按下enter鍵確認(rèn)定義其屬性name為port,透明度定義為0.8。此時(shí)實(shí)驗(yàn)圖稿如圖3.6所示：圖3.6端口接下來我們要裁截掉端口處的穿孔。找到三維模擬圖像左端的繪圖歷史樹，同時(shí)選中g(shù)roundplane和port項(xiàng)。在主菜單中選擇Modeler/Boolean/Substract，在彈出的對話框中確定groundplane向在blankparts列，確定port項(xiàng)在toolparts列，勾選clonetoolobjectsbeforesubtracting項(xiàng)，點(diǎn)擊確認(rèn)以后則下接地板中裁去了和端口大小相同的洞，但任然保留端口。此時(shí)實(shí)驗(yàn)圖稿如圖3.7所示：圖3.7裁端口（7）繪制切角。由主菜單選擇draw/line，按下tab鍵設(shè)定參數(shù)，設(shè)定第一個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)（x，y，z）為（0,0,0），接著設(shè)定第二個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)（x，y，z）為（6,0,0），按下tab鍵設(shè)定第三個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)（x，y，z）為（0,6,0），最后再次按下tab鍵輸入最后一個(gè)閉合點(diǎn)的坐標(biāo)為（x，y，z）為（0,0,0）使曲線閉合。畫好曲線之后，我們同樣要定義其屬性。Name為chamcut1,tranaparent的設(shè)置和前面一樣，同樣也是0.8。此時(shí)實(shí)驗(yàn)圖稿如圖3.8所示：圖3.8切角下一步我們準(zhǔn)備移動(dòng)多邊形。在繪圖歷史樹中選中chamcut1項(xiàng)，由主菜單選擇edit/arrange/move，按下tab鍵再次回到參數(shù)設(shè)置區(qū)。將位移矢量的起點(diǎn)坐標(biāo)（x，y，z）設(shè)定為（0,0,0），再輸入矢量方向的大?。╠x，dy，dz）設(shè)定為（-16，-16,5），按下確認(rèn)鍵。此時(shí)實(shí)驗(yàn)圖稿如圖3.9所示：圖3.9移動(dòng)切角接著嘗試復(fù)制該多邊形，并將其位置移到其所在矩形的對角定點(diǎn)處。在繪制歷史樹中選擇chamcut1項(xiàng)，由主菜單選擇edit/duplicate/aroundaxis，在彈出的設(shè)置框中的axis項(xiàng)選擇Z，在angel項(xiàng)輸入180deg，在totalnumber項(xiàng)輸入2，點(diǎn)擊確認(rèn)，即成功復(fù)制添加了一個(gè)多邊形。此時(shí)實(shí)驗(yàn)圖稿如圖3.10所示：圖3.10復(fù)制切角最后我們從貼片天線中裁去切角。方法類似于第六步的最后部分，在這里就不過多贅述了。不過這里有一點(diǎn)要強(qiáng)調(diào)，在第六步中，當(dāng)對話框彈出來了以后，我們選擇勾選clonetoolobjectsbeforesubtracting項(xiàng)，而這里我們不能勾選，因?yàn)楸徊玫舻膬蓧K切角正好不需要保留，因此，不選擇勾選clonetoolobjectsbeforesubtracting項(xiàng)。此時(shí)實(shí)驗(yàn)圖稿如圖3.11所示：圖3.11裁去切角3.3設(shè)置參量3.3.1設(shè)置變量（1）再接地板中設(shè)置變量。（2）在基片中設(shè)置變量。（3）在貼片天線中設(shè)置變量。（4）在饋電點(diǎn)中設(shè)置變量。（5）在端口中設(shè)置變量。（6）在切角中設(shè)置變量。關(guān)于設(shè)置變量的問題，前面六個(gè)步驟都很相似，在這里不再一一贅述。從總結(jié)的角度來講，所有的設(shè)置變量的步驟都可歸結(jié)為一種方法。首先，在繪圖歷史樹中，找到你所要設(shè)置的對象（該對象一般在該模塊名字一下展開項(xiàng)中的第一項(xiàng)），選中該項(xiàng)以后，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊右鍵，選中Properties項(xiàng)。進(jìn)入新的屬性框中，此時(shí)一般修改項(xiàng)為Position項(xiàng)，將其三維數(shù)字一次按照要求進(jìn)行修改，并定義變量的數(shù)值（注意單位）確認(rèn)修改無誤之后，點(diǎn)擊確定。此時(shí)將position下排的xsize和ysize也一并修改，同樣也定義其數(shù)值（再次提醒！同樣也要注意單位）。（7）修改切角的位移矢量。在繪圖歷史樹中，展開patch/subtract/move節(jié)點(diǎn)，雙擊move項(xiàng)，將彈出的屬性窗口中的movevector項(xiàng)改為patchstart,patchstart,subheight。（8）建立變量聯(lián)系。在工程歷史樹上選擇antenna,并點(diǎn)擊右鍵，選擇designproperties,在彈出的屬性框中的variables標(biāo)簽頁中，將glanestart項(xiàng)改為-glanesize/2，將substart項(xiàng)設(shè)置為-subsize/2,將patchstart項(xiàng)設(shè)為-patchsize/2,由此，及已成功建立變量關(guān)系。此時(shí)實(shí)驗(yàn)圖稿如圖3.12所示：圖3.12建立變量聯(lián)系3.3.2設(shè)置模型材料參數(shù)（1）設(shè)置饋電點(diǎn)材料。在繪圖歷史樹中選中feed項(xiàng)，點(diǎn)右鍵選擇AssignMaterials,選擇copper項(xiàng)，點(diǎn)擊確定。（2）設(shè)置基片材料。此處步驟同上述步驟相同。需要注意的一點(diǎn)是將substrate的材料設(shè)為RogerRO4003。此時(shí)實(shí)驗(yàn)圖稿如圖3.13所示：圖3.13設(shè)置基片材料3.3.3設(shè)置邊界條件和激勵(lì)源（1）設(shè)置空氣為輻射邊界條件。在繪圖歷史樹中選中airbox項(xiàng)，選中之后點(diǎn)擊右鍵選擇assignboundary/radiation，在彈出的新的屬性窗口中將其重新命名為air。這一步作用在于，在工程樹antenna/boundaries節(jié)點(diǎn)下添加了air項(xiàng)。此時(shí)實(shí)驗(yàn)圖稿如圖3.14所示：圖3.14設(shè)置空氣輻射邊界（2）設(shè)置接地板和貼片天線為有限導(dǎo)體在繪圖歷史樹中，利用ctrl建同時(shí)選中g(shù)roundplane項(xiàng)和patch項(xiàng)，確認(rèn)以后點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵選擇assignboundary/finiteconductivity，接著在新彈出的屬性窗口中給邊界命名，不過在這里我們?nèi)テ淠J(rèn)值。這一步驟的作用在于，將finitecondl項(xiàng)添加在antenna/boundaries下。（3）給端口設(shè)置激勵(lì)源。設(shè)置激勵(lì)源當(dāng)然在端口設(shè)置。因此，首先要做的就是在繪圖歷史樹中找到port項(xiàng)并將其選中，點(diǎn)擊右鍵選擇assignexcitation/lumpedport，馬上彈出新窗口，在新窗口處重新命名為port1,并且下拉integrationline選擇newline項(xiàng)，則開始繪制線。按下tab鍵開始輸入?yún)?shù)，設(shè)置其起點(diǎn)坐標(biāo)（x，y，z）為（0,9.5,0），確認(rèn)以后輸入激勵(lì)源矢量（dx，dy，dz）為（0，-1,0），點(diǎn)擊確認(rèn)。這一步的作用是新添加了一項(xiàng)port1在antenna/excitation下。3.3.4設(shè)置求解條件（1）設(shè)置求解條件首先要添加求解設(shè)置這一項(xiàng)。這個(gè)設(shè)置步驟一般分為兩部分進(jìn)行。第一步：點(diǎn)頻率設(shè)置。我們需要在工程樹中找到antenna/analysis選項(xiàng)，選中它并對其點(diǎn)擊右鍵，點(diǎn)擊addsolutionsetup。在彈出的新的對話框中，選擇general標(biāo)簽頁。在標(biāo)簽頁中將其solution項(xiàng)輸入2.45,(注意單位為GHz)，將adaptivesolution的maximumnumberofpasses項(xiàng)設(shè)置為10，接著將maximumdeltaSPer項(xiàng)設(shè)置為0.01,。確定以后，我們就成功地將setup1項(xiàng)添加到了analysis節(jié)點(diǎn)下面。第二部：掃頻設(shè)置。在工程樹中，選中剛剛建立起來的setup1項(xiàng)，點(diǎn)擊右鍵選擇addsweep。彈出的新對話框中，在sweeptype項(xiàng)中選擇fast，在frequencytype那一欄中選擇linearcount。我們定義其頻率范圍為2~3GHz，count定義為20，點(diǎn)擊確定。這一步驟使我們增加了一個(gè)新的頻率掃描項(xiàng)。（2）確認(rèn)設(shè)置。由主菜單選擇HFSS/validation。點(diǎn)擊完以后，則出現(xiàn)信息確認(rèn)窗口，仔細(xì)檢查，確認(rèn)無誤以后點(diǎn)擊close結(jié)束。此時(shí)實(shí)驗(yàn)圖稿如圖3.15所示：圖3.15確認(rèn)設(shè)置（3）分析。分析的步驟類似上一個(gè)步驟。點(diǎn)擊主菜單HFSS/Analyze，則開始對設(shè)計(jì)的模型進(jìn)行求解。求解全部結(jié)束以后會(huì)在三維模擬框下的信息管理處出現(xiàn)響應(yīng)結(jié)果。3.4創(chuàng)建參數(shù)分析并求解3.4.1添加參數(shù)設(shè)置在工程樹上找出optimestrics,選中并點(diǎn)擊右鍵，選擇add/parametric項(xiàng)，在彈出的新的對話框中我們可以進(jìn)行對掃描變量的定義。點(diǎn)擊對話框里的sweepdefinitions標(biāo)簽頁，點(diǎn)擊添加。在彈出的新窗口中，找到variable項(xiàng)并選擇chamsize項(xiàng)和linearcount項(xiàng)。注意將其變量范圍設(shè)為5~7mm，記住設(shè)置三次！點(diǎn)擊加入。接著會(huì)繼續(xù)彈出新的窗口，找到variable項(xiàng)，將其選擇patchsize和linearcount項(xiàng)，變量范圍設(shè)置為31~33mm，同樣也是三次！這樣就加入了可調(diào)變量。這里提示一下，如果想瀏覽變量的九種不同的組合設(shè)置，我們可以點(diǎn)擊table標(biāo)簽。如圖3.16圖3.17所示圖3.16添加參數(shù)設(shè)置圖3.17table標(biāo)簽3.4.2定義輸出變量首先選擇calculations標(biāo)簽頁，點(diǎn)擊加入。在彈出的對話框中，找到solution項(xiàng)并取其默認(rèn)值為setup1。在lastadaptive項(xiàng)中選擇editcalculation項(xiàng)，最后彈出了outputvariables對話框。在這個(gè)對話框中，我們要對以下三個(gè)變量進(jìn)行定義。分別是：sllmag變量、axiaratio變量、cost變量。雖然要求是定義三個(gè)變量，但是實(shí)質(zhì)上這三個(gè)變量的定義方法完全相同，我這里就不一一贅述了，取sllmag變量為例來說明。定義sllmag變量：首先找到name欄，我們首先要將其命名為sllmag(這里即為定義的變量名)。接著在reporttype項(xiàng)選擇modalSsolutionData,在solution項(xiàng)選擇默認(rèn)的setup1，在category項(xiàng)選擇SParameter,在Quantity項(xiàng)選擇S，在function項(xiàng)選擇mag，最后點(diǎn)擊add，則成功實(shí)現(xiàn)對s11變量的添加。以下兩個(gè)變量的定義方法大致是相同的，只是后面的不同項(xiàng)的選擇會(huì)有所差別，不過都是按照一定的要求來選擇的。3.4.3求解在工程樹中找到parametricsetup1項(xiàng)并點(diǎn)擊右鍵，選擇analyze，則開始對參數(shù)設(shè)置中的定義的每一個(gè)變量進(jìn)行完整系統(tǒng)的分析。分析一般會(huì)有一段時(shí)間，分析結(jié)束以后，在最下面的信息管理一欄會(huì)出現(xiàn)分析結(jié)果。求解分析結(jié)果如下圖3.18所示：圖3.18分析結(jié)果3.5優(yōu)化求解3.5.1選擇優(yōu)化變量主菜單找到HFSS/designproperties。在彈出的新的對話框中選擇optimization項(xiàng)，在patchsize項(xiàng)勾選include項(xiàng)并設(shè)置其最小值為30mm，最大值為30.5mm。同樣找到chamsize那一欄，勾選include那一項(xiàng)，并設(shè)置最小值為5mm，最大值為5.5mm。最后點(diǎn)擊確認(rèn)。3.5.2設(shè)置遠(yuǎn)區(qū)輻射場找到工程樹上的radiation選中并點(diǎn)擊右鍵，選擇inserfarfieldsetup/infinitesphere,彈出新的對話框之后選擇infinitsphere標(biāo)簽頁，將phi和theta的參數(shù)的stop項(xiàng)均設(shè)置為0deg，最后點(diǎn)擊確定。3.5.3添加優(yōu)化設(shè)置首先要添加成本函數(shù)。和往常一樣，我們還是在工程樹中找到optimetrics項(xiàng)并選中點(diǎn)擊右鍵，選擇加入即可。彈出新的對話框之后，我們找到goals標(biāo)簽。在optimizer項(xiàng)選擇quasinewton項(xiàng)，maxno.ofiterations項(xiàng)默認(rèn)為100，并且取消savefield前面的勾選項(xiàng)。點(diǎn)擊加入。Solution項(xiàng)取默認(rèn)的setup1、lastadaptive,在calculation列選擇cost變量，按enter鍵。其次要設(shè)置變量數(shù)值。同樣再選擇variables標(biāo)簽頁。將chamsize變量的override選中，將其起始值改為30.1,注意勾選include項(xiàng)，Min為30，單位均為mm。點(diǎn)擊確定即成功完成優(yōu)化設(shè)置。在工程樹下的optimistrics節(jié)點(diǎn)下自動(dòng)加入optimizationsetup1項(xiàng)。3.5.4求解優(yōu)化分析在剛添加的工程樹中的optimizationsetup1項(xiàng)中點(diǎn)擊右鍵，選擇analyze對其進(jìn)行優(yōu)化分析。再在optimizationsetup1項(xiàng)上選擇右鍵，點(diǎn)擊viewanalysisresult,查看結(jié)果。要求軸比趨于零。4結(jié)果演示與分析4.1貼片天線的仿真結(jié)果4.1.1貼片天線的仿真結(jié)果仿真結(jié)果如圖4.1所示：圖4.1貼片天線仿真結(jié)果4.1.2貼片天線的仿真結(jié)果分析對于貼片天線的仿真結(jié)果分析，我想從以下兩個(gè)角度來分析：（1）從仿真的角度；（2）從HFSS軟件本身的角度。本實(shí)驗(yàn)是基于HFSS軟件的對于貼片天線的仿真實(shí)驗(yàn)。在完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)的過程中，基本熟悉了HFSS軟件的使用方法。目前來說，hfss的功能還是非常強(qiáng)大的，內(nèi)部存儲(chǔ)非常豐富，有接近幾十種圖形任你挑選來實(shí)現(xiàn)仿真。就仿真這一點(diǎn)來說，HFSS的仿效效果非常的完美。仿真的圖像非常逼真，且美觀。就操作來講，HFSS的操作非常簡潔明了，快捷并且非常方便，對于我們這樣“初學(xué)者”來說學(xué)習(xí)起來特別容易上手，是一款特別適合新手的完美無瑕疵的仿真軟件。參考文獻(xiàn)[1]趙春暉，張朝柱．微波技術(shù)[M]．北京：高等教育出版社，2007．7[2]張鈞．微帶天線理論與工程[M]．北京：國防工業(yè)出版社，1988[3]李明洋，劉敏。HFSS天線設(shè)計(jì)[M]。北京：電子年工業(yè)出版社，2011.8[4]鐘順時(shí)。電磁場基礎(chǔ)[M]。北京：清華大學(xué)出版社，2006.6[5]謝擁軍。Ansoft

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