半波偶极子天线的HFSSWord文档格式.docx
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3.利用HFSS软件仿真设计以了解半波振子天线的结构和工作原理;
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、实验步骤:
本次实验设计一个中心频率为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,天线材质使用理想导体,总长度为λ,半径为λ/200。
天线馈电采用集总端口激励方式,端口距离为,辐射边界和天线的距离为λ/4。
1、添加和定义设计变量
参考指导书,在AddProperty对话框中定义和添加如下变量:
2、设计建模
1)、创建偶极子天线模型
首先创建一个沿Z轴方向放置的细圆柱体模型作为偶极子天线的一个臂,其底面圆心坐标为(0,0,gap/2),半径为dip_radius,长度为dip_length,材质为理想导体,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个臂。
此时就创建出了偶极子的模型如下:
2)、设置端口激励
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建一个平行于YZ面的矩形面作为激励端口平面,并设置端口平面的激励方式为集总端口激励。
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:
然后设置该矩形面的激励方式为集总端口激励。
由之前的理论分析可得,半波偶极子天线的输入阻抗为Ω,为了达到良好的阻抗匹配,将负载阻抗也设置为Ω。
随后进行端口积分线的设置。
此处积分线为矩形下边缘中点到矩形上边缘中点。
3)、设置辐射边界条件
要在仿真软件中计算分析天线的辐射场,必须先设置辐射边界条件。
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,我们先创建一个沿着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置为辐射边界条件:
3、求解设置
分析的半波偶极子天线的中心频率在3GHz左右,所以把求解频率设置为3GHz。
同时添加~的扫频设置,扫频类型选择快速扫频,分析天线在~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置
设置求解频率为3GHz,自适应网格剖分的最大迭代次数为20,收敛误差为。
2)、扫频设置
扫频类型选择快速扫频,扫频范围为~,扫频步进为。
4、设计检查和运行仿真计算
通过前面的操作,我已经基本完成了偶极子天线模型的创建求解设置等HFSS设计的前期工作,现在开始运行仿真计算并查看分析结果。
检查设计的完整性和正确性:
随后开始分析。
5、HFSS天线问题的数据后处理
在完成了模型的创建和检查后,现在开始对天线的各项性能参数进行仿真分析,主要有回波损耗、驻波比、Smith圆图、输入阻抗和方向图等。
1)、回波损耗
根据软件仿真结果,可以得到如下的在~频段内的回波损耗S11的分析结果:
从结果可以看出,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=%.
2)、电压驻波比VSWR
如图所示:
3)、Smith圆图
在天线的相关问题的分析中Smith圆图是一个非常有用的工具,借助它可以方便的进行阻抗匹配,给出驻波比,归一化输入阻抗等各种信息。
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,说明天线的端口阻抗匹配良好。
VSWR<
2(即反射系数的模小于三分之一)的频率范围约为~。
4)、输入阻抗
输入阻抗是天线的一个重要性能参数,我们可以通过HFSS直接查看天线的输入阻抗值。
从结果报告中可以看出,设计的半波偶极子天线在中心频率3GHz上,输入阻抗为()Ω,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示,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。
首先定义辐射表面如下:
E面方向图参数设置:
H面方向图参数设置:
3D方向图参数设置:
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)、其他参数
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。
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- 关 键 词:
- 偶极子 天线 HFSS
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