半波偶极子天线的HFSS仿真设计

半波偶极子天线的仿真设计一、实验目的：1. 以一种简朴的半波偶极子天线设计为例，加深对对称阵子天线的理解；2. 熟悉HFSS软件分析和设计天线的基本措施及具体操作；3. 运用HFSS软件仿真设计以理解半波振子天线的构造和工作原理；4. 通过仿真设计掌握天线的基本参数：频率、方向图、增益等。二、实验环节：本次实验设计一种中心频率为3GHz的半波偶极子天线。天线沿着Z轴放置，中心位于坐标原点，天线材质使用抱负导体，总长度为0.48，半径为/200。天线馈电采用集总端口鼓励方式，端口距离为0.24mm，辐射边界和天线的距离为/4。、添加和定义设计变量参照指引书，在Add Property对话框中定义和添加如下变量：、 设计建模）、创立偶极子天线模型一方面创立一种沿Z轴方向放置的细圆柱体模型作为偶极子天线的一种臂，其底面圆心坐标为（0，0，gap/2），半径为dip_radius，长度为dip_length，材质为抱负导体，模型命名为Dipole，如下：然后通过沿着坐标轴复制操作生成偶极子天线的另一种臂。此时就创立出了偶极子的模型如下：2）、设立端口鼓励半波偶极子天线由中心位置馈电，在偶极子天线中心位置创立一种平行于YZ面的矩形面作为鼓励端口平面，并设立端口平面的鼓励方式为集总端口鼓励。该矩形面需要把偶极子天线的两个臂连接起来，因此顶点坐标为（0，-dip_radius，-gap/2），长度和宽度分别为2*dip_radius和gap。如下：然后设立该矩形面的鼓励方式为集总端口鼓励。由之前的理论分析可得，半波偶极子天线的输入阻抗为73.2，为了达到良好的阻抗匹配，将负载阻抗也设立为73.2 。随后进行端口积分线的设立。此处积分线为矩形下边沿中点到矩形上边沿中点。3）、设立辐射边界条件要在仿真软件中计算分析天线的辐射场，必须先设立辐射边界条件。本次设计中采用辐射边界和天线的距离为1/4个工作波长。这里，我们先创立一种沿着Z轴放置的圆柱体模型，其材质为空气，底面圆心坐标为（0,0，-rad_height）,半径为rad_radius，高度为2*rad_height。具体参数如下：然后将圆柱体表面设立为辐射边界条件：、求解设立分析的半波偶极子天线的中心频率在3GHz左右，因此把求解频率设立为3GHz。同步添加2.53.5GHz的扫频设立，扫频类型选择迅速扫频，分析天线在2.53.5GHz频段内的回波损耗和电压驻波比。1） 、求解频率和网络剖分设立设立求解频率为3GHz，自适应网格剖分的最大迭代次数为20，收敛误差为0.02。如下：2）、扫频设立扫频类型选择迅速扫频，扫频范畴为2.53.5GHz，扫频步进为0.001GHz。如下：、设计检查和运营仿真计算通过前面的操作，我已经基本完毕了偶极子天线模型的创立求解设立等设计的前期工作，目前开始运营仿真计算并查看分析成果。检查设计的完整性和对的性：随后开始分析。、天线问题的数据后解决在完毕了模型的创立和检查后，目前开始对天线的各项性能参数进行仿真分析，重要有回波损耗、驻波比、圆图、输入阻抗和方向图等。）、回波损耗根据软件仿真成果，可以得到如下的在2.53.5GHz频段内的回波损耗S11的分析成果：从成果可以看出，设计的偶极子天线中心频率为3GHz左右，S11 -10dB的相对带宽为BW=（3.24-2.789）/3=15.3%.2）、电压驻波比VSWR如图所示：3）、Smith圆图在天线的有关问题的分析中Smith圆图是一种非常有用的工具，借助它可以以便的进行阻抗匹配，给出驻波比，归一化输入阻抗等多种信息。在HFSS中得到的Smith圆图如下：从Smith圆图中可以看出，在中心频率为3GHz的归一化阻抗约为1，阐明天线的端口阻抗匹配良好。VSWR2（即反射系数的模不不小于三分之一）的频率范畴约为2.78GHz3.27GHz。4）、输入阻抗输入阻抗是天线的一种重要性能参数，我们可以通过HFSS直接查看天线的输入阻抗值。从成果报告中可以看出，设计的半波偶极子天线在中心频率3GHz上，输入阻抗为（72.8-j0.4），与理论分析比较接近。5）、方向图天线方向图是方向性函数的图形表达，它可以形象的描述天线的辐射特性随着空间方向坐标的变化。一方面定义辐射表面如下：E面方向图参数设立： H面方向图参数设立： 3D方向图参数设立： 随后可以查看xz，xy和三围增益方向图。 xz增益方向图 xy增益方向图 3D增益方向6）、其她参数 除了上述参数外，HFSS还可以给出天线在辐射面上的最大辐射强度、方向性系数、最大场强及其所在方向等参数。如下： 三、实验总结：（略）