微波技术与天线实验10利用HFSS仿真对称振子阵列天线

【案例分析】经典HFSS仿真实例详解新朋友请点击上⽅RFsister关注我们关于仿真软件HFSS相信⼤家多少都有听过，这是⼀款⾮常强⼤好⽤的仿真软件，已经被应⽤于多个领域，当然，天线设计也离不开仿真软件。

本期⼩编为⼤家带来的是经典天线——对称振⼦天线仿真。

下⾯我们先来看看软件的简介。

HFSS – High Frequency Structure Simulator，Ansoft公司推出的三维电磁仿真软件，⽬前已被ANSYS公司收购；是世界上第⼀个商业化的三维结构电磁场仿真软件，业界公认的三维电磁场设计和分析的⼯业标准。

HFSS提供了⼀简洁直观的⽤户设计界⾯、精确⾃适应的场解器、拥有空前电性能分析能⼒的功能强⼤后处理器，能计算任意形状三维⽆源结构的S参数和全波电磁场。

HFSS软件拥有强⼤的天线设计功能，它可以计算天线参量，如增益、⽅向性、远场⽅向图剖⾯、远场3D图和3dB带宽；绘制极化特性，包括球形场分量、圆极化场分量、Ludwig第三定义场分量和轴⽐。

使⽤HFSS，可以计算：①基本电磁场数值解和开边界问题，近远场辐射问题；②端⼝特征阻抗和传输常数；③ S参数和相应端⼝阻抗的归⼀化S参数；④结构的本征模或谐振解。

⽽且，由Ansoft HFSS和Ansoft Designer构成的Ansoft⾼频解决⽅案，是⽬前唯⼀以物理原型为基础的⾼频设计解决⽅案，提供了从系统到电路直⾄部件级的快速⽽精确的设计⼿段，覆盖了⾼频设计的所有环节。

下⾯我们先来看看建⽴HFSS⼯程的⼀般过程。

（1）⾸先第⼀步是运⾏Ansoft HFSS：（2）然后单击下图红框处图标，在当前⼯程中插⼊⼀个设计：（3）选择求解类型，如下图：（4）为建⽴模型设置合适的单位，如下图：（5）在3D窗⼝中建⽴模型。

（6）设置需要的辐射边界。

（7）如果选择激励求解或激励终端求解，则需要为模型设置激励。

（8）设置求解频率及扫频操作等。

（9）点击下图按钮，检查当前⼯程的有效性。

用HFSS仿真微波传输线和元件第一章用HFSS仿真微波传输线和元件 01.1 Ansoft HFSS概述 01.1.1 HFSS简介 01.1.2 HFSS的应用领域 (1)1.2 HFSS软件的求解原理 (1)1.3 HFSS的基本操作介绍 (3)1.3.1 HFSS的操作界面和菜单功能介绍 (3)1.3.2 HFSS仿真分析基本步骤 (4)1.3.3 HFSS的建模操作 (5)1.4 HFSS设计实例1——矩形波导的设计 (10)1.4.1 工程设置 (10)1.4.2 建立矩形波导模型 (11)1.4.3 设置边界条件 (12)1.4.4 设置激励源wave port (14)1.4.5 设置求解频率 (15)1.4.6 计算及后处理 (15)1.4.7 添加电抗膜片 (17)1.5 HFSS设计实例2——E-T型波导的设计 (23)1.5.1 初始设置 (23)1.5.2 建立三维模型 (24)1.5.3 分析设置 (27)1.5.4 保存工程 (27)1.5.5 分析 (27)1.5.6 生成报告 (28)1.6 HFSS设计实例3——H-T型波导的设计 (31)1.6.1 创建工程 (31)1.6.2 创建模型 (32)1.6.3 仿真求解设置 (36)1.6.4 比较结果 (37)1.7 HFSS设计实例4——双T型波导的设计 (39)1.7.1 初始设置 (39)1.7.2 建立三维模型 (40)1.7.3 分析设置 (43)1.7.4 保存工程 (44)1.7.5 分析 (44)1.7.6 生成报告 (45)1.8 HFSS设计实例5——魔T型波导的设计 (47)1.8.1 建立匹配膜片与金属杆 (48)1.8.2 分析设置 (48)1.9 HFSS设计实例6——圆波导的设计 (52)1.9.1 初始设置 (52)1.9.2 建立三维模型 (53)1.9.3 分析设置 (55)1.9.4 保存工程 (56)1.9.5 分析 (56)1.9.6 生成报告 (57)1.10 HFSS设计实例7——同轴线的设计 (64)1.10.1 初始设置 (64)1.10.2 建立三维模型 (65)1.10.3 分析设置 (68)1.10.4 保存工程 (69)1.10.5 分析 (69)1.10.6 生成报告 (70)1.11 HFSS设计实例8——微带线的设计 (77)1.11.1 初始设置 (77)1.11.2 建立三维模型 (78)1.11.3 建立波导端口激励 (79)1.11.4 分析设置 (80)1.11.5 保存工程 (80)1.11.6 分析 (81)1.11.7 生成报告 (82)1.11.8 产生场覆盖图 (82)1.12 HFSS设计实例9——单极子天线的设计 (85)1.12.1 创建工程 (85)1.12.2 创建模型 (85)1.12.3 设置变量 (89)1.12.4 设置模型材料和边界参数 (90)1.12.5 设置求解频率和扫描范围 (93)1.12.6 设置辐射场 (93)1.12.7 确认设置并分析 (93)1.12.8 显示结果 (94)1.13 HFSS设计实例10——方形切角圆极化贴片天线的设计 (98)1.13.1 设计原理及基本公式 (99)1.13.2 创建工程和运行环境设定 (99)1.13.3 创建模型 (99)1.13.4 求解设置 (100)1.13.5 有效性验证和仿真 (100)1.13.6 输出结果 (100)1.13.7 设置变量与参数建模 (102)1.13.8 创建参数分析并求解 (102)1.13.9 优化求解 (104)1.13.10 输出优化后的结果 (105)1.14 参考文献 (108)第一章用HFSS仿真微波传输线和元件1.1 Ansoft HFSS概述1.1.1 HFSS简介Ansoft HFSS （全称High Frequency Structure Simulator, 高频结构仿真器）是Ansoft公司推出的基于电磁场有限元方法（FEM）的分析微波工程问题的三维电磁仿真软件，可以对任意的三维模型进行全波分析求解，先进的材料类型，边界条件及求解技术，使其以无以伦比的仿真精度和可靠性，快捷的仿真速度，方便易用的操作界面，稳定成熟的自适应网格剖分技术使其成为高频结构设计的首选工具和行业标准，已经广泛地应用于航空、航天、电子、半导体、计算机、通信等多个领域，帮助工程师们高效地设计各种高频结构，包括：射频和微波部件、天线和天线阵及天线罩，高速互连结构、电真空器件，研究目标特性和系统/部件的电磁兼容/电磁干扰特性，从而降低设计成本，减少设计周期，增强竞争力。

HFSS天线仿真实验报告半波偶极子天线设计通信0905杨巨U2009138922012-3-7半波偶极子天线仿真实验报告一、实验目的1、学会简单搭建天线仿真环境的方法，主要是熟悉HFSS软件的使用方法2、了解利用HFSS仿真软件设计和仿真天线的原理、过程和方法3、通过天线的仿真，了解天线的主要性能参数，如驻波比特性、smith圆图特性、方向图特性等4、通过对半波偶极子天线的仿真，学会对其他类型天线仿真的方法二、实验仪器1、装有windows系统的PC一台2、HFSS13.0软件3、截图软件三、实验原理1、首先明白一点：半波偶极子天线就是对称阵子天线。

2、对称振子是中间馈电，其两臂由两段等长导线构成的振子天线。

一臂的导线半径为a，长度为l。

两臂之间的间隙很小，理论上可以忽略不计，所以振子的总长度L=2l。

对称振子的长度与波长相比拟，本身已可以构成实用天线。

3、在计算天线的辐射场时，经过实践证实天线上的电流可以近似认为是按正弦律分布。

取图1的坐标，并忽略振子损耗，则其电流分布可以表示为：式中，Im为天线上波腹点的电流；k=w/c为相移常数、根据正弦分布的特点，对称振子的末端为电流的波节点；电流分布关于振子的中心店对称；超过半波长就会出现反相电流。

4、在分析计算对称振子的辐射场时，可以把对称振子看成是由无数个电流I(z)、长度为dz的电流元件串联而成。

利用线性媒介中电磁场的叠加原理，对称振子的辐射场是这些电流元辐射场之矢量和。

电流元I(z)dz所产生的辐射场为图2 对称振子辐射场的计算如图2 所示，电流元I(z)所产生的辐射场为其中5、方向函数四、实验步骤1、设计变量设置求解类型为Driven Model 类型，并设置长度单位为毫米。

提前定义对称阵子天线的基本参数并初始化2、创建偶极子天线模型，即圆柱形的天线模型。

其中偶极子天线的另外一个臂是通过坐标轴复制来实现的。

3、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。

微波技术与天线实验报告
实验名称：采用HFSS仿真UWB天线
学生班级：
学生姓名：
学生学号：
一、实验目的
学会使用HFSS仿真图1所示的超宽带天线，理解天线的工作带宽。

z
r0
图1天线结构图
二、实验步骤
1 画模型
表1 天线三维体模型
中心频率为7.5GHz，对应波长lbd=40mm。

z
r0
ycir=s-r0,zcir=zgnd2+h/2
剪切操作：选择gnd1,gnd2,gnd3，点击Modeler>Boolean>subtract ，将blank 下设置为
gnd1，tool 下设置为gnd2,gnd3
(a)剪切前 (b)剪切后
z
r0
xpatch=xsub+dxsub,ypatch=ycir-wf/2, wf=1.5mm,b=1mm,d=8mm,
2 设置源与边界条件
（1）将gnd的边界条件设置为PerfectE。

（2）将patch设置为PerfectE。

（3）将feed设置为lumped port。

（4）将airbox设置为radiation边界条件。

3 设置求解频率及扫频
（1）analysis>add soultion setup中frequency设置为7.5GHz。

（2）在analysis>setup1>add frequency sweep中频率范围为2-13GHz。

肇庆学院 12通信2班杨桐烁 2实验一 T形波导的内场分析和优化设计实验目的1、熟悉并掌握HFSS的工作界面、操作步骤及工作流程。

2、掌握T型波导功分器的设计方法、优化设计方法和工作原理。

实验仪器1、装有windows 系统的PC 一台2、 HFSS13.0 或更高版本软件3、截图软件T形波导的内场分析实验原理本实验所要分析的器件是下图所示的一个带有隔片的T形波导。

其中，波导的端口1是信号输入端口，端口2和端口3是信号输出端口。

正对着端口1一侧的波导壁凹进去一块，相当于在此处放置一个金属隔片。

通过调节隔片的位置可以调节在端口1传输到端口2，从端口1传输到端口3的信号能量大小，以及反射回端口1的信号能量大小。

实验步骤1、新建工程设置：运行HFSS并新建工程、选择求解类型、设置长度单位2、创建T形波导模型：创建长方形模型、设置波端口源励、复制长方体、合并长方体、创建隔片3、分析求解设置：添加求解设置、添加扫频设置、设计检查4、运行仿真分析5、查看仿真分析计算结果内场分析结果1、图形化显示S参数计算结果8.008.258.508.759.009.259.509.7510.00Freq [GHz]0.130.250.380.500.630.75Y1TeeModalXY Plot 1ANSOFTCurve Infomag(S(P ort1,P ort1))Setup1 : Sw eep1mag(S(P ort1,P ort2))Setup1 : Sw eep1mag(S(P ort1,P ort3))Setup1 : Sw eep1图形化显示S参数幅度随频率变化的曲线2、查看表面电场分布表面场分布图3、动态演示场分布图T 形波导的优化设计实验原理利用参数扫描分析功能。

分析在工作频率为10GHz 时，T 形波导3个端口的信号能量大小随着隔片位置变量Offset 的变化关系。

利用HFSS 的优化设计功能，找出隔片的准确位置，使得在10GHz 工作频点，T 形波导商品3的输出功率是端口2输出功率的两倍。

HFSS天线仿真操作步骤画激励面点选矩形框1 设置边界条件1 选择某个需要设成地的面，然后2 设为地平面（打钩）注：辐射单元也需要设置，但不需要在无线地的选项中打钩。

2 设介质选择好某个体，Box1.在下面的菜单中有“Material”项目。

点““Material”，弹出一个菜单。

选“Add Material”，又弹出一个菜单将原介电常数数值1修改为4.5后点“OK”则该处改为2.65点“确定”3 设置金属化孔重新选择某个面：“Edit”“Select”“By Nane”弹出菜单选择金属化通孔，点“OK”点框图中的“vacuum”（真空）弹出一个菜单移动滑动条到出现“copper”双击，确定。

4设置激励端口选“Wave Port”，弹出一个菜单。

选“下一步”点“None”，弹出下拉菜单，选“New Line”出现下面菜单设电场方向从下底板拉到上底板，但方向必须是垂直的为保证是垂直的，dx必须为0. 回车后弹出菜单点“下一步”出现下面菜单选择选完成。

5 创建辐射边界1 选2 输入合适数值3 输入合适数值4 回车确定5 辐射边界的一个面必须和激励面是一个面。

选“HFSS”“Boundaries(边界)”“Assign（分配）”“Radiation（辐射）”弹出一个菜单点“OK”。

让辐射边界不显示出来。

点右键，选“View”“Hide Selection”6 选择步进值点“放大镜”符号弹出一个菜单设置步进值点，弹出下面菜单：点“确定”，弹出下面菜单：修改几个数值：8 运行中心频率选“4G”打开“Setup1”下面的“Sweep1”修改步进值为“0.01”10输出曲线1 用左键点击“Results”弹出下拉菜单：选第一个“Create Report”(创建报告)弹出一个菜单点“OK”,弹出一个菜单：选“Done”即可输出曲线12 表面电流分布的输出1 选择要分析电流的那个面点右键，选“Fields”，“E”“Mag_E”,弹出一个菜单选“Done”，即可显示结果。

关于HFSS使用说明：1、按照实际器件的几何结构画图。

画完后三维体在solidsl列表下，二维面在sheets列表下。

2、对solids列表下的三维体进行设置：（1）设置内部材料（material），默认材料为vaccum，如果不是vaccum需要更改材料。

（2）设置外表面三维体的外表面默认为boundary >perfect E，如果不是perfect E则需要设置为源（excitation）或者边界条件（boundary）。

（比如波导的两个端口设置为waveport）。

（3）多个三维体之间的交界面不需要设置，软件自行设置。

3、sheets列表下的二维面要设置为excitation或者boundary，不能为Unassigned。

（1）一个面只设置一次；（2）集总类型的源excitation>lumped port或者集总边界Boundary>Lumped RLC需要先画一个面（这个面在实际器件中并不存在，而是为了设置集总源或者集总元件而需要画），然后在面上设置；（3）为设置集总源或者集总元件而画的面需要连接两个导体，否则在设置时会出错。

4、对于放置于无限大空间的天线，需要画airbox，软件只对airbox内部区域进行数值方法计算，外部区域不需计算。

（1）airbox的外表面距离天线的边界为λ/4~λ/2（airbox尺寸越大计算区域越大需要内存越大）；（2）airbox的表面设置为boundary>radiation。

5、对于excitation与boundary的设置顺序需遵循：（1）如果有peferct E类型的boundary，应在assign excitation前设置；（2）radiation边界条件要在所有的excitation与boundary设置完毕之后进行。

6、扫频计算如果要计算一个频段范围（f1-f2），需要设置frequency sweep，在frequency sweep设置之前需要先设置一个点频f0=(f1+f2)/2，然后通过fast或interpolating方式进行扫频计算。

《微波技术与天线》HFSS 仿真实验报告实验二印刷偶极子天线设计专业通信工程年级2011 级姓名毛佳雯学号42指导老师评分一、仿真实验内容和目的使用 HFSS 设计一个中心频率为的采用微带巴伦馈线的印刷偶极子天线，并通过HFSS 软件 Opitmetrics 模块的参数扫描分析功能对印刷偶极子天线的一些重要结构参数进行参数扫描分析，分析这些参数对天线性能的影响。

二、设计模型简介整个天线分为 5 个部分，即介质层，偶极子天线臂，微带巴伦线，微带传输线，见图 1。

天线各部分结构尺寸的初始值见表 1。

手动编制，不允许直接截图。

图 1 印刷偶极子天线结构图（顶视图）。

表 1 印刷偶极子天线关键结构尺寸初始值。

三、建模和仿真步骤1、新建 HFSS 工程，添加新设计，设置求解类型：Driven Modal。

2、创建介质层。

创建长方体，名称设为 Substrate，材质为 FR4_epoxy,颜色为深绿色，透明度为。

3、创建上层金属部分1）创建上层金属片，建立矩形面，名称 Top_Patch,颜色铜黄色。

2）创建偶极子位于介质层上表面的一个臂。

画矩形面，名称 Dip_Patch,颜色铜黄色。

3）创建三角形斜切角，创建一个三角形面，把由矩形面 Top_Patch 和 Dip_Patch 组成的90 折线连接起来。

4）合并生成完整的金属片模型。

4、创建下表面金属片1）创建下表面传输线 Top_patch_1。

2）创建矩形面 Rectangle1。

3）创建三角形 polyline2。

4）镜像复制生成左侧的三角形和矩形面此步完成后得到即得到印刷偶极子天线三维仿真模型如图 2 所示。

5、设置边界条件1）分配理想导体。

2）设置辐射边界条件，材质设为 air。

6、设置激励方式：在天线的输入端口创建一个矩形面最为馈电面，设置该馈电面的激励方式为集总端口激励，端口阻抗为 50 欧姆。

7、求解设置：求解频率（Solution Frequency）为，自适应网格最大迭代次数（Maximum Number of Passes）：20，收敛误差（Maximum Delta S）为。

对称振子天线的hfss仿真对称振子天线的HFSS仿真摘要：对称振子天线不仅是一种结构简单的天线，而且是一经典的，迄今为止使用最广泛的天线。

每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子，称为半波对称振子，单个半波对称振子可简单地独立使用或用作抛物面天线的馈源，也可采用多个半波对称振子组成的天线阵。

其上电流呈驻波分布，如果两线末端张开，辐射将逐渐增强。

本文用hfss仿真了一个简单的对称振子天线，得出了反射系数曲线和远场增益图，熟悉了hfss仿真软件的使用，学习了对称振子天线的原理。

关键词：对称振子，hfss, 反射系数，远场增益Abstract: Dipole antenna is not only an antenna of simple structure, but also is the most widely used antenna till now. The length of every arm is 1/2 wavelength and the whole length equal to a wavelength is defined dipole antenna. Single half-wave dipole antenna can be simply independently used or worked as feed of parabolic antenna, several half-wave dipole antennas can also constitute antenna array. The current on it distribute as a standing wave. If two ends of the lines open,the radiation will gradually increased. This article simulated a simple dipole antenna with hfss,reflection coefficient curve and far field gain graph are given, had a basic knowledge of hfss software, and the theory of dipole antenna is studied.Key words: Dipole, hfss, reflection coefficient, far field gain0.引言两部分长度相等而中心断开并接以馈电的导线，可用作发射和接收天线，这样构成的天线叫做对称天线。

《HFSS软件设计与仿真实验》的实验指导书1.HFSS软件入门：实验目的：熟悉hfss软件的工作界面及工作界面各个部分的作用作用与使用方法实验内容：菜单栏、工具栏、状态栏、工程管理窗口、属性窗口、进度窗口、信息管理窗口、3D模型窗口。

熟悉hfss软件的应用及其设计步骤：通过T型波导内场分析与优化设计的HFSS仿真实例，让学生对hfss操作步骤及设计流程有整体直观的了解及掌握，对每一个设计环节有一个初步定位。

Hfss的设计步骤如下：创建新的hfss工程设计，设置求解类型；创建T型波导模型（几何模型、设置边界条件、设置激励）；定义和添加变量；求解设置及扫频设置；运行仿真设计；仿真查看结果。

参考文献：ansoft hfss 磁场分析与应用实例Hfss原理与工程应用2.HFSS软件设计应用：实验目的：熟悉hfss软件的设计流程及操作步骤实验内容：（a）hfss软件的几何模型的创建:一维线模型（直线、曲线、圆弧）二维平面模型（矩形、圆形、椭圆、多边形）；三维模型（立方体、棱柱体、圆柱、球、圆锥）等的建立。

（b）边界条件的设置：理想导体边界、理想磁边界、辐射边界、理想匹配层、有限导体边界、阻抗边界、对称边界、主从边界、集总RLC边界，分层阻抗边界，无限大地平面边界等的设置。

（c）激励的设置:波端口激励、集总端口激励、磁偏置激励、照射波激励等的设置。

（d）材料属性的设置：相对电导率、相对磁导率、电导率、介质损耗角正切、磁损耗角正切、各向异性材料等的设置。

（e）求解的设置：求解类型、扫频、电场矢量、特性阻抗、阻抗乘法器等的设置及使用。

(f)优化设计的设置：优化方法、优化变量、目标函数、目标权值等的设置及其功能(g)结果查看的设置：阻抗、电磁场分布、谐振频率等的查看方法。

参考文献：ansoft hfss 磁场分析与应用实例Hfss原理与工程应用3.HFSS软件与天线设计实验一：对称振子天线的hfss软件仿真实验实验目的：掌握hfss工作界面、操作步骤及设计流程实验内容：T型波导内场分析与优化设计的HFSS仿真实例。

基于HFSS 的对称阵子天线仿真一、对称阵子天线概述 对称阵子天线是最基本也是最常用的天线形式。

对于中心点馈电的对称振子天线，其结构可看做是一段开路传输线张开而成。

馈电时，在对称振子两臂产生高频电流，此电流将产生辐射场。

可以将对称振子分成无数小段，每一小段都可以看成电基本振子，则对称振子辐射场就是这些无数小段电基本振子辐射场的总和。

由于结构简单，对称振子广泛应用于雷达、通信、电视和广播等无线电技术设备中。

对称振子的工作频率从短波波段到微波波段。

它既可作为独立的天线使用，也可以作为天线阵基本单元组成线阵或平面阵，还可以作为反射面天线的馈源。

二、天线参数对称阵子天线主要有输入阻抗，反射系数，回波损耗这几个重要参数。

图1为用MATLAB 仿真得出的半波对称阵子的E 面方向图。

输入阻抗in in in jX R Z +=，反射系数00Z Z Z Z in in +-=Γ，回波损耗Γ=lg 20RL 。

图1 理论E面方向图三、仿真过程对称阵子天线模型由几部分组成：两臂、馈电、辐射箱。

对称阵子的两臂为圆柱体，材料为理想导体，半径为变量r，臂长为变量l。

对称阵子一般通过同轴馈电，可以看作在振子的两臂之间施加了及总电压。

在用HFSS仿真时通过一个平面连接两臂，在平面上设置激励源来实现。

通过建立辐射箱，表面设置吸收边界条件来模拟无界空间。

依据这些要点建立了对阵振子天线模型，如图2。

图2 对称阵子天线模型四、结果分析图3为阻抗曲线图，深色为实部，浅色为虚部，模拟情况与理论值接近。

图4为端口2匹配时端口1的反射系数。

条件设定为r=1mm，l=25mm，即半波对称阵子。

比较图3和图4，可以得出在2.6GHz处反射系数最低，端口阻抗值约为50Ω，此为半波对称阵子天线的谐振频率。

图3 阻抗曲线图4 S11曲线图5为对称阵子天线的三维方向图，可以得出对称阵子的辐射场关于天线轴向对称。

图5 三维方向图图6是对称阵子的E面方向图，此方向图画出的是天线总增益的绝对值，与理论值接近。

《微波技术与天线》HFSS仿真实验报告实验二印刷偶极子天线设计专业通信工程年级2011 级姓名毛佳雯学号1116428042指导老师评分一、仿真实验内容和目的使用HFSS设计一个中心频率为 2.45GHz的采用微带巴伦馈线的印刷偶极子天线，并通过HFSS软件Opitmetrics模块的参数扫描分析功能对印刷偶极子天线的一些重要结构参数进行参数扫描分析，分析这些参数对天线性能的影响。

二、设计模型简介整个天线分为5个部分，即介质层，偶极子天线臂，微带巴伦线，微带传输线，见图1。

天线各部分结构尺寸的初始值见表1。

图1印刷偶极子天线结构图（顶视图）。

表1印刷偶极子天线关键结构尺寸初始值。

批注[y1]:实际报告撰写中，表格应手动编制，不允许直接截图。

三、建模和仿真步骤1、新建 HFSS 工程，添加新设计，设置求解类型：Driven Modal。

2、创建介质层。

创建长方体，名称设为 Substrate，材质为 FR4_epoxy,颜色为深绿色，透明度为0.6。

3、创建上层金属部分1）创建上层金属片，建立矩形面，名称 Top_Patch,颜色铜黄色。

2）创建偶极子位于介质层上表面的一个臂。

画矩形面，名称 Dip_Patch,颜色铜黄色。

3）创建三角形斜切角，创建一个三角形面，把由矩形面 Top_Patch 和 Dip_Patch 组成的90 折线连接起来。

4）合并生成完整的金属片模型。

4、创建下表面金属片1）创建下表面传输线 Top_patch_1。

2）创建矩形面 Rectangle1。

3）创建三角形 polyline2。

4）镜像复制生成左侧的三角形和矩形面此步完成后得到即得到印刷偶极子天线三维仿真模型如图2所示。

5、设置边界条件1）分配理想导体。

2）设置辐射边界条件，材质设为 air。

6、设置激励方式：在天线的输入端口创建一个矩形面最为馈电面，设置该馈电面的激励方式为集总端口激励，端口阻抗为50欧姆。

7、求解设置：求解频率（Solution Frequency）为 2.45GHz，自适应网格最大迭代次数（Maximum Number of Passes）：20，收敛误差（Maximum Delta S）为 0.02。

一实验目的1 学会使用Ansoft软件hfss工具包分析阵列天线的基本步骤。

2 计算四元阵的方向图，并观察馈电电压相位改变时方向图的变化。

图0 对称振子四元阵二实验原理及步骤1、建立天线模型按照教材P199图5.2-17给出的四元阵的示意图，计算出天线各单元的尺寸和坐标位置，建立模型进行仿真（如图0）。

工作频率为3GHz，波长lbd=100mm。

四分之一波长振子单臂长度l0=lbd/4=25mm, 阵列单元间距d=lbd/250mm，各振子臂为以z轴各为轴的圆柱体，模型如表1。

其中r0=1mm，l0= 25mm，d=50mm。

表1 振子模型各振子的激励加在矩形平面上（平行于yz面），模型如表2。

表2 激励源模型Airbox为立方体，顶点坐标为(-lbd/4-r0, -lbd/4-r0, -lbd/4- l0-0.5mm)，尺寸为xsize=2*(lbd/4+r0), ysize=2*lbd/4+4*r0+3*d，zsize=2*(lbd/4+l0+0.5mm)。

其中lbd=100 mm，材料为vaccum，边界条件为radiation。

2、设置频率3GHz，运行计算。

3、设置立体角度在Project Manager窗口中，选择dipole>HFSSDesign1>Radiation，点击鼠标右键，选择Inser Farm Field Setup>Infinite Sphere，出现远场辐射球设置界面“Far Field Radiation Sphere”，设置如图1，点击确定。

图1 远场辐射球设置界面4、仿真结果（1）等幅同相激励选择project manger窗口中的Field Overlays，点击鼠标右键Edit Source，按照图2所示设置各端口的激励源，等幅同相激励。

此时H面方向图如图3，立体方向图如图4。

图3 α=0时的H面方向图（theta=90deg）图4 α=0的立体方向图（2）等幅α=90。

基于HFSS的微带天线线阵仿真本文将介绍基于HFSS（High Frequency Simulation Software）的微带天线线阵仿真。

我们将确定文章类型为议论文，围绕HFSS技术和微带天线线阵仿真展开论述。

在无线通信领域，微带天线作为一种常见的天线类型，具有体积小、易于集成、易于共形等特点，被广泛应用于各种无线设备中。

为了优化微带天线的性能，常常需要对天线进行仿真和设计。

其中，HFSS是一款广泛使用的三维电磁仿真软件，可以用于微带天线的设计和仿真。

我们来了解一下HFSS的基本原理。

HFSS是一款基于有限元方法的电磁仿真软件，通过建立三维模型，对电磁场进行数值计算和仿真。

使用HFSS进行微带天线线阵仿真时，我们需要建立天线的三维模型，设置材料属性、边界条件和激励源等参数，然后进行计算和后处理。

在微带天线线阵仿真中，选用HFSS技术的原因主要有以下几点。

HFSS 可以精确地模拟电磁场分布和天线性能。

HFSS具有强大的网格划分功能，可以对复杂的微带天线结构进行精确的建模和仿真。

HFSS还提供了丰富的数据处理和可视化工具，方便用户对仿真结果进行分析和优化。

在进行微带天线线阵仿真时，需要注意以下几点。

需要对微带天线线阵的结构进行仔细设计，确保天线的性能符合要求。

在设置材料属性和边界条件时，需要充分考虑天线的实际情况，保证仿真的准确性。

在仿真过程中，需要对计算时间和计算精度进行合理控制，以获得最佳的仿真效果。

通过使用HFSS进行微带天线线阵仿真，我们可以获得以下成果。

我们可以得到天线的辐射特性和阻抗特性等关键性能参数。

我们可以观察到电磁场的分布情况，以及天线在不同频率和不同方向上的性能表现。

我们可以根据仿真结果对天线进行优化设计，提高天线的性能指标，例如增益、波束宽度、交叉极化等。

基于HFSS的微带天线线阵仿真是一种有效的天线设计和优化方法。

通过使用HFSS进行仿真和分析，我们可以快速地获得天线的性能参数和电磁场分布情况，从而更好地理解微带天线的性能和设计要点。

该天线的设计思路是: 用于野外设台的天线,方便携带,天线合拢以后,最长单节不超过1.5米,共5个单位组件.天线为两个单元,通过装卸振子的单节改变振子长度,使得天线能分别工作在6M,10M,15M,17M,20M../forum/viewthread.php?tid=2628表1 对称振子天线三维体模型名称 形状 顶点(x,y,z) (mm)尺寸(mm) 材料 arm1 圆柱体 (0,0,0.5) radius=$r ，height=$l Pec arm2 圆柱体 (0,0,-0.5)radius =$r ，height=-$l Pec airbox长方体(-$lbd/3-$r,-$lbd/3-$r, -$lbd/3-$l-$r)xsize=2*$lbd/3+2*$r ysize=2*$lbd/3+2*$r zsize=2*$lbd/3+$l+2*$rvacuum表2 对称振子天线二维面模型名称 所在面 形状 顶点(mm) 尺寸(mm) 边界/源 feedxz矩形(-$r,$r,-0.5) dx=2*$r1, dz=1Lumped port表3 变量表变量名 变量初始值（mm ）变量变化范围（mm ）步长（mm ）$lbd 300 $l 25 [25,200] 25 $r1[1,5]11 新建工程并命名新建工程并命名。

打开HFSS ，新建工程，点击工具，将工程保存为dipole 。

2 设置求解类型设置求解类型。

点击HFSS>Solution Type ，选择Driven Terminal 。

3 设置单位设置单位。

点击Modeler>Units ，选择mm 。

4 画对称振子对称振子的一的一的一支支臂，形状为圆柱体形状为圆柱体，，命名为 arm1，材料设置为理想导体材料设置为理想导体，，半径设置为变量$r ，臂长设置为变量$l 。

将鼠标指向工具，出现文字“Draw cylinder ”，点击，在画图窗口中拖动鼠标画出一个圆柱。

HFSS天线仿真实验报告半波偶极子天线设计通信0905杨巨U2009138922012-3-7半波偶极子天线仿真实验报告一、实验目的1、学会简单搭建天线仿真环境的方法，主要是熟悉HFSS软件的使用方法2、了解利用HFSS仿真软件设计和仿真天线的原理、过程和方法3、通过天线的仿真，了解天线的主要性能参数，如驻波比特性、smith圆图特性、方向图特性等4、通过对半波偶极子天线的仿真，学会对其他类型天线仿真的方法二、实验仪器1、装有windows系统的PC一台2、HFSS13.0软件3、截图软件三、实验原理1、首先明白一点：半波偶极子天线就是对称阵子天线。

2、对称振子是中间馈电，其两臂由两段等长导线构成的振子天线。

一臂的导线半径为a，长度为l。

两臂之间的间隙很小，理论上可以忽略不计，所以振子的总长度L=2l。

对称振子的长度与波长相比拟，本身已可以构成实用天线。

3、在计算天线的辐射场时，经过实践证实天线上的电流可以近似认为是按正弦律分布。

取图1的坐标，并忽略振子损耗，则其电流分布可以表示为：式中，Im为天线上波腹点的电流；k=w/c为相移常数、根据正弦分布的特点，对称振子的末端为电流的波节点；电流分布关于振子的中心店对称；超过半波长就会出现反相电流。

4、在分析计算对称振子的辐射场时，可以把对称振子看成是由无数个电流I(z)、长度为dz的电流元件串联而成。

利用线性媒介中电磁场的叠加原理，对称振子的辐射场是这些电流元辐射场之矢量和。

电流元I(z)dz所产生的辐射场为图2 对称振子辐射场的计算如图2 所示，电流元I(z)所产生的辐射场为其中5、方向函数四、实验步骤1、设计变量设置求解类型为Driven Model 类型，并设置长度单位为毫米。

提前定义对称阵子天线的基本参数并初始化2、创建偶极子天线模型，即圆柱形的天线模型。

其中偶极子天线的另外一个臂是通过坐标轴复制来实现的。

3、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。