半波偶極子天線的HFSS

半波偶極子天線的ＨＦＳＳ仿真設計Xxxxxxxxxxxxxxxxxxx一、實驗目的：以一種簡樸的半波偶極子天線設計為例，加深對對稱陣子天線的理解；熟悉HFSS軟件分析和設計天線的基本辦法及具體操作；運用HFSS軟件仿真設計以理解半波振子天線的構造和工作原理；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、實驗環(huán)節(jié)：本次實驗設計一種中心頻率為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，天線材質使用抱負導體，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、添加和定義設計變量參考指導書，在AddProperty對話框中定義和添加以下變量：設計建模１）、創(chuàng)立偶極子天線模型首先創(chuàng)立一種沿Z軸方向放置的細圓柱體模型作為偶極子天線的一種臂，其底面圓心坐標為（0，0，gap/2），半徑為dip_radius，長度為dip_length，材質為抱負導體，模型命名為Dipole，以下：然后通過沿著坐標軸復制操作生成偶極子天線的另一種臂。此時就創(chuàng)立出了偶極子的模型以下：2）、設立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)立一種平行于YZ面的矩形面作為激勵端口平面，并設立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，-dip_radius，-gap/2），長度和寬度分別為2*dip_radius和gap。以下：然后設立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?，為了達成良好的阻抗匹配，將負載阻抗也設立為73.2?。隨即進行端口積分線的設立。此處積分線為矩形下邊沿中點到矩形上邊沿中點。3）、設立輻射邊界條件要在仿真軟件中計算分析天線的輻射場，必須先設立輻射邊界條件。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)立一種沿著Z軸放置的圓柱體模型，其材質為空氣，底面圓心坐標為（0,0，-rad_height）,半徑為rad_radius，高度為2*rad_height。具體參數(shù)以下：然后將圓柱體表面設立為輻射邊界條件：３、求解設立分析的半波偶極子天線的中心頻率在3GHz左右，因此把求解頻率設立為3GHz。同時添加2.5~3.5GHz的掃頻設立，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)絡剖分設立設立求解頻率為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。以下：

2）、掃頻設立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。以下：４、設計檢查和運行仿真計算通過前面的操作，我已經(jīng)基本完畢了偶極子天線模型的創(chuàng)立求解設立等ＨＦＳＳ設計的前期工作，現(xiàn)在開始運行仿真計算并查看分析成果。檢查設計的完整性和對的性：隨即開始分析。５、ＨＦＳＳ天線問題的數(shù)據(jù)后解決在完畢了模型的創(chuàng)立和檢查后，現(xiàn)在開始對天線的各項性能參數(shù)進行仿真分析，重要有回波損耗、駐波比、Ｓｍｉｔｈ圓圖、輸入阻抗和方向圖等。１）、回波損耗根據(jù)軟件仿真成果，能夠得到以下的在2.5~3.5GHz頻段的回波損耗S11的分析成果：從成果能夠看出，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圓圖在天線的有關問題的分析中Smith圓圖是一種非常有用的工具，借助它能夠方便的進行阻抗匹配，給出駐波比，歸一化輸入阻抗等多個信息。在HFSS中得到的Smith圓圖以下：從Smith圓圖中能夠看出，在中心頻率為3GHz的歸一化阻抗約為1，闡明天線的端口阻抗匹配良好。VSWR<2（即反射系數(shù)的模不大于三分之一）的頻率圍約為2.78GHz~3.27GHz。4）、輸入阻抗輸入阻抗是天線的一種重要性能參數(shù)，我們能夠通過HFSS直接查看天線的輸入阻抗值。從成果報告中能夠看出，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）?，與理論分析比較靠近。5）、方向圖天線方向圖是方向性函數(shù)的圖形表達，它能夠形象的描述天線的輻射特性隨著空間方向坐標的變化。首先定義輻射表面以下：E面方向圖參數(shù)設立：H面方向圖參數(shù)設立：3D方向圖參數(shù)設立：隨即能夠查看xz，xy和三圍增益方向圖。xz增益方向圖xy增益方向圖