摘要
无线射频识别技术(Radio Frequency Identification RFID)是从二十世纪九十年代兴起的一项利用射频信号进行非接触式双向通信，自动识别目标对象并获取相关信息数据的无线通信技术。它利用射频信号的空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别对象的目的．
一些研究已经提出了一种用于金属物体表面的平面倒F形状的贴片天线，实验证明这种天线在高传导性的材料上运作良好。当然，作为天线实体的一部分，大面积的地平面已经被包含在天线当中了。然而，这种结构的天线也存在一些缺点，如，由于需要许多放空引脚和大块的地平面，它的制造成本高、加工工艺高、制造困难。
本文中描述了一种简单的低成本的平面贴片天线，它通过结合两种旋向不同的偶极子天线结构减小了金属物体对天线的影响。在这种设计中，这两种不同结构天线的电抗在高传导性材料表面沿相反的方向变化，从而使得在金属表面也会有很稳定的性能。
关键词：RFID；贴片天线；金属表面；寄生电容；阻抗匹配
ABSTRACT
Radio Frequency Identification (RFID) is one of Automatic Identification technologies springing up in 1990s，which is used with the coupling of radio magnetic filed to realize wireless communication and identify the items．
Some studies have proposed tag antennas using a planar inverted-F structure for metallic objects. These antennas operate well on high-conductivity materials, since they already include large-area ground planes as part of the antenna body. These structures, however, have certain shortcomings, such as high cost and difficulty of fabrication, because they require shorting pins and a large ground plane.
In this Letter, we propose a simple low-cost planar tag antenna that reduces the influence of a metallic object by incorporating two different antenna structures; wherein the reactance of the two structures changes in opposite directions in the presence of high-conductivity surface materials. In affect, the antenna works well on high-conductivity surface materials.
Key words：RFID; tag antenna; metallic surface; parasitic capacitance; impedance match
目录
第一章绪论 (1)
1.1 RFID研究背景 (1)
1.1.1 RFID技术发展历史 (2)
1.1.2 RFID应用领域 (2)
1.1.3 RFID技术的优势 (4)
1.2 RFID系统组成及工作原理 (5)
1.2.1 UHF以及微波频段阅读器工作原理 (7)
1.2.2 UHF以及微波频段应答器（电子标签）工作原理 (8)
第二章天线介绍 (9)
2.1 天线基本概念 (9)
2.2 远区场分析 (12)
第三章HFSS（High Frequency Structure Simulator）简介 (14)
3.1 HFSS功能概述 (14)
3.2 HFSS仿真原理 (15)
3.3 HFSS天线仿真设计流程 (17)
第四章可用于金属表面的平面型RFID标签天线设计 (19)
4.1 一种新颖的标签天线 (19)
4.2 仿真设计 (21)
4.2.1 画出天线结构 (21)
4.2.2 定义端口和添加空气盒子 (25)
4.2.3 定义求解参数与参数扫描 (27)
4.2.4 定义远场球面 (28)
4.3 仿真结果与分析 (29)
4.3.1 S参数分析 (29)
4.3.2 观察天线阻抗 (31)
4.3.3 表面电流分布： (33)
4.3.4 天线辐射方向图： (35)
4.3.5 仿真小结 (37)
结论 (38)
参考文献 (39)
附录....................................................................................... 错误！未定义书签。谢辞. (41)
第一章绪论
1.1RFID研究背景
自动识别技术主要是要提供关于人、货物、商品等的信息，过去的几十年中条形码识别技术得到了广泛的应用，条形码识别技术的最大优点是便宜、简单，它的不足之处在于它的信息存储量小，通信距离短，并且信息无法改写，因此它在一些信息需求大以及通信距离稍大(大于0.5m)应用场合已不再胜任。相对于传统的条形码，RFID具有以下几个方面的优势：不需要光源，甚至可以透过外部材料读取数据；使用寿命长，能在恶劣环境下工作；能够轻易嵌入或附着在不同形状、类型的产品上；读取距离更远；可以写入及存取数据，写入时间相比打印条形码更少；标签的内容可以动态改变；能够同时处理多个标签；标签的数据存取有密码保护，安全性更高；可以对RFID标签所附着的物体进行追踪定位；不需直接可视也不需要特定的方向就可以识别多个标签；利用网络做到共享信息、增加可视性。
RFID技术起源于第二次世界大战并已经发展五十多年了。近年来，由于这种技术成本的急剧下降以及功能的提升，使得零售业、服务业、制造业、物流业、信息产业、医疗和国防领域对RFID技术的关注迅速升温。
基本的RFID系统由RFID标签、RFID阅读器及应用支撑软件等三部分组成。一个完整的RFID系统还需要物体名称服务(Object Name Service)系统和物理标记语言(Physical Mark-up Language)两个关键部分。用户可以根据工作距离、工作频率、工作环境要求、天线极性、寿命周期、大小及形状、抗干扰能力、安全性和价格等因素选择适合自己应用的RFID系统。
RFID所带来的不仅仅是生活和工作上的便利，它还意味着一种更为安全、高效、及时的数据采集方式，而人们的生存环境也会随之发生根本性的变革。每个奇迹般的细节，都在瞬间真真切切地发生。2008年，来自世界各地的朋友来到北京观看奥运会之余，进入超市、专卖店、大型商场购物结算时，再也不用等着交钱、刷卡而耗费大量时间，收款台上的电脑可以立刻将购买货物的数量、价格等逐一结清。这就是基于RFID技术的“未来购物场所”，它改变了人类沿用了上千年的人为结算方式，把虚拟世界的购物方式带到了现实生活中。很显然，RFID所带来的不仅仅是生活和工作上的便利，它还意味着一种更为安全、高效、
及时的数据采集方式。
同样，在我们的日常生活中，RFID也将无处不在，行驶在世界各地的沃尔玛运货车上，通信的3G终端产品中，图书馆的图书里，奥运会的门票上，甚至在宠物的项圈上。RFID技术正在慢慢改变着物品识别的方式。
根据市场研究机构In～Star的一份报告，预计到2009年，全球RFID标签市场将从2004年的3亿美元增长至28亿美元，而这一数字将在2016年攀升至262.3亿美元。随着各个领域不同应用的进一步深入，RFID市场将创造出巨大的商业价值。
1.1.1RFID技术发展历史
RFID技术的发展最早可以追溯至第二次世界大战时期，那时它被用来在空中作战行动中进行敌我识别。从历史上看，RFID技术的发展基本可按10年期划分为几个阶段(参见表1-3 )。因此RFID并不是一个崭新的技术。从分类上看，13.56MHz以下的RFID技术已相对成熟，目前业界最关注的是位于中高频段的RFID技术，特别是860MHz～960MHz(UHF频段)的远距离RFID技术发展最快；而2.45GHz和5.8GHz频段由于产品拥挤，易受干扰，技术相对复杂，其相关的研究和应用仍处于探索阶段。
1.1.2RFID应用领域
RFID技术在国民经济的各个领域具有广泛的用途。在安全防护领域，RFID
技术可以用于门禁保安、汽车防盗、电子物品监控；在商品生产销售领域，RFID 技术可以用于生产线自动化、仓储管理、产品防伪、收费。在管理与数据统计领域。RFID技术可以用于畜牧管理、运动计时；在交通运输领域，RFID技术可以用于高速公路自动收费及交通管理、火车和货运集装箱的识别等。
物流业广泛使用RFID技术，可实现产品的生产、存储、运输、销售整个供应链过程的智能化。在生产制造环节应用RFID技术。可以完成自动化生产线运作，实现在整个生产线上对原材料、零部件、半成品和产成品的识别与跟踪，减少人工识别成本和出错率，提高效率和效益。将RFID技术应用于库存管理，企业能够实时掌握商品的库存信息，从中了解每种商品的需求模式及时进行补货，从而提高库存管理能力，降低库存水平。在运输环节。运用RFID技术结合GPS 和GIS，可实现运程的优化。RFID技术的使用，可使得企业有效整合业务流程，提高市场应变能力，为客户提供更多的个性化服务，从而提高客服水平。
当前，食品安全作为关系到国计民生的全球性问题，日益受到关注。建立完善的食品安全溯源系统是食品安全体系建设的关键内容。采用RFID技术，可以应用电子标签来记载食品生产和流通的全过程，实行食品的安全溯源。如对肉类食品，可通过电子标签在养殖场中对每个动物建立电子身份，记录每个动物的兽医史，并将所有信息存入计算机系统，直到它们被屠宰。然后，所有数据被存储在出售肉类食品的RFID标签中，随食品一起送到下游的销售环节。这样，人们在购买时就能清楚地知道食品的来源、中间处理的过程，追查到其历史与来源，并能一直追踪到具体的养殖场和动物个体，实现食品的安全溯源。
尽管RFID技术用途非常广泛，但供应链与物流管理才是RFID技术最大的舞台。无论是物流系统集成商。还是物流设备生产商、物流软件供应商以及自动识别技术与设备供应商都把RFID技术的应用作为当前研发的重点。
进入21世纪，物流的概念已经远远超出了它原有的内涵和外延。供应链和物流服务是以制造业和零售业企业为对象，以企业间战略关系整合和高效的物料移动储存系统为载体，核心目的是降低企业运作成本，提高企业的竞争力。尽管RFID技术用途非常广泛，但供应链与物流管理才是RFID技术最大的舞台。无论是物流系统集成商。还是物流设备生产商、物流软件供应商以及自动识别技术与设备供应商都把RFID技术的应用作为当前研发的重点。凭借中国物流行业的发展需求，信息技术的飞速成长，以及最大化的提高效率、降低成本、减少环节的物流平台打造的设想，以“RFID应用”为突破口，“移动物流通”无疑为物流企业的前进指明了一条光明之路。
在现代物流企业中，如何有效地将物流、资金流、现金流进行三流合一，在顺畅的信息流基础上实现货物和运输工具精确、及时、安全高效的流动，从而降低物流成本，提高管理水平和服务水平是各家企业追求的目标。目前物流行业在
条码扫描的作业环境中，主要采用数据采集器(盘点机或巴枪)，如美国沃尔玛、澳洲Woolworth、新西兰Pak&Save、Warehouse等大型超市和卖场的货品盘点，采用的品牌多为Symbol、CASIO、Denso、Intermec、Unitech等设备提供商。中国的条码扫描应用也正在如火如荼地展开，近日，从国内某快递企业耗资2亿元采购三万部扫描终端的举措我们可以看出，条码扫描终端对于物流行业的重要性。现在，“移动物流通”的产生和应用或许能够为我们打造高效科学的物流平台、解决现存问题提供一个满意的答案。
由于手机是实现语音和短信的重要工具，在很多快递企业的系统应用中，业务人员采用手机短信SMS方式完成调度通知和反馈的工作，同时使用巴枪(数据采集器) 来完成货件揽收及检查点反馈的工作。外勤人员在揽收和派件时，需同时携带巴枪和手机完成作业，这不仅大大降低了外勤人员的操作效率，也增加了物流快递企业的投资和时间成本。因此，结合巴枪及手机的特点，在物流行业推出数据采集解决方案将成为未来的运用趋势。基于GPS/GIS技术和GSM 无线通信技术，移动“物流通”是集全球卫星定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)、无线通信(GSM)、动位置服务(MPS)，以及车辆安全、货物防盗、人员调度等技术于一体的软、硬件综合管理系统，实现对物流配送人员及物流车辆和物流货物的跟踪、调度、监督、历史记录查询、报警等多种用途。在移动物流通的辅助下，企业在核心层面可以实现高效、科学、及时的物流平台的打造。研究发现，在财务方面，移动物流通降低通信设备投资TCO 20—30％，同时收入提高了近10％；在作业层面，移动物流通的应用，让企业作业效率显著提高，大大增强了内部监控力度，提高了用户满意度；在竞争力方面，使用移动物流通让信息反馈效率优于同业竞争者，提升了客户满意度，品牌价值也提升了近10％。
1.1.3RFID技术的优势
RFID技术是从20世纪90年代兴起的一项自动识别技术。它是通过磁场或电磁场，利用无线射频方式进行非接触双向通信，以达到识别目的并交换数据，可识别高速运动物体并可同时识别多个目标。与传统识别方式相比，RFID技术无需直接接触、无需光学可视、无需人工干预即可完成信息输入和处理，操作方便快捷。能广泛用于生产、物流、交通、运输、医疗、防伪、跟踪、设备和资产管理等需要收集和处理数据的应用领域，被认为在某些领域是条码标签的替代品。
它的优势及特点主要表现在：
1.快速扫描条码扫描器一次只能扫描一个条码，而RFID阅读器则可同时
辨识读取数个RFID标签。
2.体积小型化、形状多样化。RFID在读取上并不受尺寸大小与形状限制，
不需为了读取精确度而配合纸张的固定尺寸和印刷品质。此外，RFID标
签更可往小型化与多样形态发展，从而应用于各类产品。
3.抗污染能力和耐久性传统条码的载体是纸张，因此容易受到污染，但
RFID标签对水、油和化学药品等物质具有很强抵抗性。此外，由于条码
是附于塑料袋或外包装纸箱上，特别容易受到折损；而RFID卷标是将
数据存在芯片中，因此可以免受污损。
4.可重复使用。现今的条码印刷上去之后就无法更改，RFID标签则可以重
复地新增、修改、删除。作为载体的RFID卷标内储存的数据可以很方
便的进行更新操作。
5.穿透性和无屏障阅读。在被覆盖的情况下，RFID能穿透纸张、木材和塑
料等非金属或非透明的材质，并能进行穿透性通信。而条码扫描器必须
在近距离而且没有物体阻挡的情况下，才可辨读条码。
6.数据的记忆容量大。一维条码的容量是50Bytes，二维条码最大的容量可
储存2至3000字符，RFID最大的容量则有数Megabytes。随着记忆载
体的发展，数据容量也有不断扩大的趋势。未来物品所需携带的资料量
会越来越大，对卷标所能扩充容量的需求也相应增加。
7.安全性。RFID承载的是电子式信息，其数据内容可经由密码保护，使其
内容不易被伪造及变造。近年来，RFID因其所具备的远距离读取、高储
存量等特性而备受瞩目。它可以帮助企业大幅提高货物、信息管理的效
率；可以让销售企业和制造企业互联，从而更加准确地接收反馈信息，
控制需求信息，优化整个供应链。
在统一的标准平台上，RFID标签在整条供应链内任何时候都可提供产品的流向信息，让每个产品信息有了共同的沟通语言。通过计算机互联网就能实现物品的自动识别和信息交换与共享，进而实现对物品的透明化管理，就能实现真正意义上的“物联网”。
1.2RFID系统组成及工作原理
射频识别技术(RFID)作为一种快速、实时、准确采集与处理信息的高新技术和信息标准化的基础。其原理是利用射频信号及其空间藕合、传输特性，实现对静止的、移动的待识别物品的自动识别。
射频识别系统主要由两部分组成，电子标签和阅读器(图1-1)。电子标签附着在待识别的物品上，阅读器用于当带有标签的物品通过其读取范围时，自动以非接触方式将标签中的约定识别信息读出，从而实现自动识别物品或收集物品标识信息的功能，电子标签是射频系统真正的数据载体。
图1-1 RFID工作原理图
目前，RFID电子标签工作主要集中在LF、HF、UHF和微波频段。射频识别系统中，无线信号(能量)的传输方式主要有两种：
近场的磁感应耦合方式(如图1-2 所示)，这种方式主要应用在中短波频率，此时的天线主要为磁感应线圈。在本文中我们不作研究。
图1-2 近场的磁感应耦合方式
远场的电磁波传播方式(如图1-3 所示)，在微波频段工作的射频识别系统均是通过这种方式工作。本文将主要研究微波频段工作在无源方式的RFID标签天线技术。
图1-3 远场的电磁传播方式
场区的划分主要跟天线的尺寸和工作频率有关，微波频段工作在无源方式的RFID标签天线在远场区。
射频识别系统中基带的编码方式通常有以下几种：
反向不归零(NRZ)编码、满切斯特(Manchester)编码、单极归零(Umpolar RZ) 码、差动双相(DBP) 编码、米勒码等。
射频识别系统中调制方法主要有：振幅键控(ASK)、频率键控(FSK)、相移键控(PSK)三种数字调制方式。在无源标签技术中，这些数字调制方式的实现与标签天线的雷达散射截面有一定的关系。
1.2.1UHF以及微波频段阅读器工作原理
对于UHF频段的RFID系统，阅读器的性能要求是十分苛刻的。从工作原理上来讲，阅读器根据系统的需要，通过天线向空间发送一定频率的载波，并根据协议规定，在载波上附加调制信号传送到进入有效阅读区域内的应答器内，应答器根据需要，通过反向发射方式向阅读器返回信号完成通讯。由于超高频RFID 系统要求实现远距离读写，而应答器又是无源芯片，只能反射能量，这就要求读写器具有很高的接受灵敏度，一般要能接收-90dBm的信号。
接收和发射分两路进行，中间依靠环形器隔离，事实上，环形器的隔离度十分重要，在一定程度上决定了系统的整体性能。下行信号通过天线接收进来，通过混频器与本地振荡器进行混频，得到的中频信号经过VGA（可控增益放大器）和ADC（模拟数字转换器）变换到基带部分可以处理的数字信号，而基带部分一般是用DSP实现的。上行信号由基带产生，经由DAC（数字模拟转换器）得到低频模拟信号，调制到高频信号后再由功率放大器输出至天线，完成发射。该
电路结构同一般的射频收发系统没有本质上的区别，只是在设计指标上对于动态范围的要求和线性度的要求比较苛刻，因此无论是功耗还是成本都要高于HF频段的设备。
1.2.2UHF以及微波频段应答器（电子标签）工作原理
工作在UHF或者更高频段的被动式应答器利用的是与LF、HF相同的调制原理，同样也是从读写器获得能量和信息。所不同的是，它们的能量转移方式即应答器获得能量的方式不同。在UHF这种工作模式下，就没有利用类似于HF频段电感耦合的可能性，因为应答器天线已经不在近场的作用范围内了。远区场中这种电磁波的传输是基于电波传输理论的。当电磁波遇到应答器的天线时，一部分能量被应答器吸收用来对内部芯片进行供电，另一部分能量通过电磁反向散射的方式被反射回读写器。在远场情形中，应答器天线一般为偶极子天线，理论计算
，在UHF 表明，为了达到最大的能量传输效率，偶极子的长度必须等于2
（915MHz）频段大约为16cm。在实际中，一般偶极子天线是由两个对称长度的天线构成的。如果背离这一尺寸就将会对性能产生巨大的影响。
与UHF和微波频段系统不同，LF、HF系统的射频场不会被水和人体生物组织等吸收，因为它的鲁棒性更强，水和潮湿空气等对其的影响可以忽略。电磁反向散射耦合这种方式，现在还存在很多问题需要解决。所以它的应用远不如HF 中的电感耦合那么广。对于UHF频段，从读写器发出的读写信号，不仅仅会被应答器天线反射，而且还会被任意波长和波长满足一定尺寸关系的物体反射。这些反射信号，会减弱甚至抵消远场的电磁信号。
第二章 天线介绍
2.1 天线基本概念
天线是一个接收和发射微波功率的器件，它本质是一种换能器，提供了传输
系统的导行波到自由空间辐射波的转换。由于天线是处在电路和自由空间的接口
界面上，因此它既具有电路的特性，又具有辐射特性。从电路的观点，天线可以
看作一个单端口的网络，在各个频率上它显示出单端口网络的阻抗特性。天线的
基本指标介绍如下：
1．a.发射天线方向性系数，方向性系数是表征天线辐射的能量在空间分布的集
中能力的量，定义为在相同辐射功率情况下，天线在给定方向的辐射强度
()φθ,Φ，与平均辐射强度0Φ之比，即：
()()0
,,ΦΦ=φ?φ?D （2-1） b.接收天线的方向性系数对接收天线而言，方向性系数是表征天线从空间接
收电磁能量的能力，定义为在相同柬波场强的隋况下，该天线在某方向接收
时向负载输出的功率与点源天线在同方向接收时向负载输出的功率之比，即：
()()r
r P P D 0,,?φ?φ= （2-2） 方向性系数通常用分贝表示，有时又称方向增益。
2．方向性系数是以辐射功率为基点的，没有考虑天线的能量转换效率。为了更
完整地描述天线的性能，改用天线输入功率为基点束定义天线增益，即在输
入功率相同的条件下，天线在空间某方向某点产生的场强平方与点源天线在
同方向同点产生场强平方的比值，于是天线的增益为：
i
r P P G = （2-3） 式中，r P 为被测天线距离R 处所接收到的功率密度，单位为W/m 2；i p 为全
向性天线距离R 处所接收到的功率密度，单位为W/m 2。增益为G 的天线距
离R 处的功率密度应为接收功率密度，即
24R
GP P t r π= （2-4） 3．a.天线输入阻抗in Z 定义为
I
U Z in = （2-5） 式中，U 为在馈入点上的射频电压；I 为在馈入点上的射频电流。当输入电
压与输入电流同相时，输入阻抗呈纯阻性。一般情况下，输入阻抗具有电阻和电
抗两个部分：
i i in jX R Z += （2-6）
接到发射机或接收机的天线，其输入阻抗则等效为发射机或接收机的负载，
输入阻抗的大小表征了天线与发射机或者接收机匹配的情况，表征了导行波和辐
射波能量转换的好坏，所以输入阻抗是天线的一个重要参数。
b.辐射电阻
将天线所辐射的功率看成被一个等效电阻所吸收的功率时，这个假想的等效
电阻就称为天线的辐射电阻。辐射电阻与辐射功率的关系为：
2I
P R t r = （2-7） 式中I 是天线上某参考点处电流的有效值。当天线辐射功率已知时，辐射电
阻R ，的大小就与电流I 参考点的取值有关，辐射电阻的大小说明了天线辐射能
力或接收能力的强弱。
c ．损耗电阻
如果把天线中的损耗功率(如导体热损耗、介质损耗)等效成电阻所吸收的功
率，则损耗电阻为：
2I
P R l l = （2-8） 天线输入电阻置、辐射电阻B 及损耗电阻有如下关系：
l r i R R R += （2-9）
d. 阻抗概念对中、低频天线特别有用，因为中、低频天线中，易于确定一
对输入点，阻抗是单值的且测量不难。阻抗的概念在高频上仍然有效，但直接确
定和测量阻抗值较困难，因而也采用测量驻波系数或反射损耗的办法来计算出天
线的输入阻抗。工程上常用电压驻波系数VSWR 来表征天线与馈线的匹配情况：
???????Γ
-Γ+
=Γ-Γ+=11110Z Z VSWR in （2-10） 4．辐射方向图：用极坐标图来表示天线的辐射场强度与辐射功率的分布,如图
2-1所示。
5．半功率角的定义如图 2-2 所示。
图2-1 辐射方向图
（a ）按电场定义 （b ）按功率定义
图2-2 半功率波束宽度
6．旁瓣：在主辐射波瓣旁，还有许多副瓣，沿角度方向展开如图2-3 所示。其
中，HPBW 为半功率波束宽度，辐射最大功率下降3dB 时的角度；FNBW 为
第一零点波束宽度； SLL 为旁瓣高度，辐射最大功率与最大旁瓣的差。
图2-3 主瓣与旁瓣
7．方向系数D 定义为：
av P P D max = （2-11）
式中，Pmax 为最大功率密度，单位为W/m 2；Pav 为平均辐射功率密度，单
位为W/m 2。
常见的天线方向系数如下：
偶极天线 D=1.5 或 1.76dB
单极天线 D=1.5 或 1.76 dB
抛物面天线 ()2
2λπd D ≈
式中，d 为抛物面半径，λ为信号波长。
2.2 远区场分析
通常，天线看作是辐射点源，近区是球面波，远区为平面波，如图2-4 所示。
辐射方向图是在远区测量。下面给出远、近场的分界点。
图2-4 远场区概念
在图2-4 中，有以下几何关系：
2
222)(??? ??+?-=D l R R （2-12） 通常，R<<Δl 时，有
l
D R ?≈82
（2-13） 如果016
1λ=?l ，相位误差为22.5°，远区场为 02
2λD R ≥ （2-14） 如果032
1λ=?l ，相位误差为11.25°，远区场为 02
4λD R ≥ （2-15）
第三章HFSS（High Frequency Structure Simulator）简介3.1HFSS功能概述
Ansoft HFSS 是世界上第一个商业化的三维结构电磁场仿真软件，可分析仿真任意三维无源结构的高频电磁场，可直接得到特征阻抗、传播常数、S参数及电磁场、辐射场、天线方向图等结果。该软件广泛应用于无线和有线通信、计算机、卫星、雷达、半导体和微波集成电路、航空航天等领域，以帮助客户设计世界一流的产品。Ansoft重新定义高频及高速数位设计标准。基于三维电磁场的自动化设计流程，进一步缩短高频设计的周期。HFSS可为天线及其系统设计提供全面的仿真功能，精确方针计算天线的各种性能，包括二维、三维远场/近场辐射方向图、天线增益、轴比、半功率波瓣宽度、内部电磁场分布、天线阻抗、电压驻波比、S参数等。
在HFSS的桌面上，你能找到HFSS的全套功能，这是一个可以完全支持基于三维电磁场设计的界面。除了直观的视窗特性外，图形项目树提供了广为熟知的HFSS设计流程的传统风格。利用Ansoftlinks接口设计师可将HFSS和现有的EDA和MCAD设计流结合起来。利用与 Cadence、Mentor Graphics，Synopsys 以及Zuken的接口，还可链接到外部的设计流，从而支持Hspice、Pspice及Maxwell SPICE 实现精确的宽带电路仿真。全参数化的电路模型还可支持在 Ansoft Designer和其它电路与系统设计工具中进行精确的高频电路设计。
1.自动化
HFSS能进行全面的全参数化设计，从几何结构、材料特性到分析、控制及所有后处理。该软体强大的参数化三维建模能力，和高性能的图形能力，大大节省了工程师的设计时间。直观的分析设置和高级的分析控制确保在全自动化方式下获得设计师所希望的设计结果。利用 Optimetrics可自动实现最优化和参数化扫瞄设计，且很容易在桌面上同一项目树中直接访问进入。在优化设计分析技术中增强了敏感性分析和统计分析功能，其利用HFSS参数化分析能力自动设计分析制造公差带来的性能变化。
2.用户化
HFSS有多个机制允许工程师们根据自己的需要去制作用户特定的设计流程。视窗、对话方块、工具栏、甚至菜单均可被用户通过配量缺省来支持个性化参数定义。使用者可通过主菜单、工具栏、项目树和文本栏来灵活操作界面命令。
另外，通过脚本语言VB和JavaScript全面控制HFSS和专用化定制。脚本也能支持强大的宏记录，可以用来定义参数化几何结构，执行用户分析流程或控制从开始到结束的整个设计流程。
3.2HFSS仿真原理
Ansoft HFSS软件的解法是有限元方法（FEM），是可以求解所有电磁场问题的（见表3-1），满足我们设计天线的要求。
有限元方法（FEM）的基础是变分原理和加权余量法。其基本求解思想是把计算域划分为有限个互不重叠的单元，在每个单元内，选择一些合适的节点作为求解函数的插值点，将微分方程中的变量改写成由各变量或其导数的节点值与所选用的插值函数组成的线性表达式，借助于变分原理或加权余量法，将微分方程离散求解。
采用不同的权函数和插值函数形式，便构成不同的有限元方法。有限元方法最早应用于结构力学，后来随着计算机的发展慢慢用于流体力学的数值模拟。在有限元方法中，把计算域离散剖分为有限个互不重叠且相互连接的单元，在每个单元内选择基函数，用单元基函数的线性组合来逼近单元中的真解，整个计算域
上总体的基函数可以看为由每个单元基函数组成的，则整个计算域内的解可以看作是由所有单元上的近似解构成。根据所采用的权函数和插值函数的不同，有限元方法也分为多种计算格式。从权函数的选择来说，有配置法、矩量法、最小二乘法和伽辽金法，从计算单元网格的形状来划分，有三角形网格、四边形网格和多边形网格，从插值函数的精度来划分，又分为线性插值函数和高次插值函数等。不同的组合同样构成不同的有限元计算格式。对于权函数，伽辽金(Galerkin)法是将权函数取为逼近函数中的基函数；最小二乘法是令权函数等于余量本身，而内积的极小值则为对代求系数的平方误差最小；在配置法中，先在计算域内选取N个配置点。令近似解在选定的N个配置点上严格满足微分方程，即在配置点上令方程余量为零。插值函数一般由不同次幂的多项式组成，但也有采用三角函数或指数函数组成的乘积表示，但最常用的多项式插值函数。
有限元插值函数分为两大类，一类只要求插值多项式本身在插值点取已知值，称为拉格朗日(Lagrange)多项式插值；另一种不仅要求插值多项式本身，还要求它的导数值在插值点取已知值，称为哈密特(Hermite)多项式插值。单元坐标有笛卡尔直角坐标系和无因次自然坐标，有对称和不对称等。常采用的无因次坐标是一种局部坐标系，它的定义取决于单元的几何形状，一维看作长度比，二维看作面积比，三维看作体积比。在二维有限元中，三角形单元应用的最早，近来四边形等参元的应用也越来越广。对于二维三角形和四边形电源单元，常采用的插值函数为有Lagrange插值直角坐标系中的线性插值函数及二阶或更高阶插值函数、面积坐标系中的线性插值函数、二阶或更高阶插值函数等。
对于有限元方法，其基本思路和解题步骤可归纳为
(1)建立积分方程，根据变分原理或方程余量与权函数正交化原理，建立与微分方程初边值问题等价的积分表达式，这是有限元法的出发点。
(2)区域单元剖分，根据求解区域的形状及实际问题的物理特点，将区域剖分为若干相互连接、不重叠的单元。区域单元划分是采用有限元方法的前期准备工作，这部分工作量比较大，除了给计算单元和节点进行编号和确定相互之间的关系之外，还要表示节点的位置坐标，同时还需要列出自然边界和本质边界的节点序号和相应的边界值。
(3)确定单元基函数，根据单元中节点数目及对近似解精度的要求，选择满足一定插值条件的插值函数作为单元基函数。有限元方法中的基函数是在单元中选取的，由于各单元具有规则的几何形状，在选取基函数时可遵循一定的法则。
(4)单元分析：将各个单元中的求解函数用单元基函数的线性组合表达式进行逼近；再将近似函数代入积分方程，并对单元区域进行积分，可获得含有待定系数(即单元中各节点的参数值)的代数方程组，称为单元有限元方程。
(5)总体合成：在得出单元有限元方程之后，将区域中所有单元有限元方程按