HFSS_半波偶极子天线设计解析

微波技术与天线实验报告
3.创建天线的一个臂
将天线的臂命名为yuanzhu，并设置天线的材料为pec，透明度为0.6，位置用La
4.创建天线的另一个臂
将第一个臂进行复制，即可生成第二个臂。

Edit--Duplicate--Around Axis，Axis选
6.设置端口激励
将长方形贴片设置为激励端口，半波偶极子的输入阻抗为73.2Ω。

设置完成后进行辐射边界的设置，选中圆柱体后右键选择Assign Boundary--Radiation。

三：求解设置
检查设计的正确性，正确无误后进行下一项。

从图中可以看出，当频率为3.0GHz时，S11的值最小，为-24.07dB。

从圆图中可以看出，在3.0GHz时，天线的归一化阻值为0.8905+0.0449i 2.查看天线的电压驻波比。

从图中可以看出，当频率为2.7GHz-3.3GHz之间，电压驻波比小于2.
3.查看E场的增益图。

在Radiation节点设置E平面。

此图为电场的切面图。

从此图可以看出增益最大为z轴方向，值为2.44dB。

实验三：基于HFSS勺偶极子天线设计与仿真、实验目的1、熟悉HFSS仿真环境及仿真过程；2、掌握天线相关参数，相关概念；3、掌握偶极子天线结构,建模方法；4、根据仿真结果，进行相关分析研究。

、实验内容设计一个中心频率为3GH的半波偶极子天线,其HFSS设计模型如图所示。

天线沿Z轴方向放置，中心位于坐标原点，天线材质使用理想导体，总长度为0∙48 λ半径为”200。

天线馈电采用集总端口激励方式，端口距离为0∙24mm ，辐射边界和天线的距离为λ4.根据仿真结果求天线的回波损耗、驻波比、Smith圆图、输入阻抗和方向图。

变量含义变量名变量初值(mm)工作波长Iambda100天线总长度Ien gth0.48XIambda端口距离gap0.24单个极子长度dip_le ngth Ien gth/2—gap/2天线半径dip radius Iambda/200辐射边界圆柱体半径rad radius dip radius+lambda/ 4辐射边界圆柱体高度/2rad height dip le ngth+gap/ 2+Iambda/10学号：201524124228 姓名：陈文观、实验步骤新建工程设计建模，按上表数据进行建模求解设置设计检查和运行仿真计算看运行结果进行截图ArrSoft HF＊ dipolt * HFSSD⅞⅞igπ1 — 3D MOdder ^ ［dipole — HFSSDeSjgnI — Modeler］〈,File Edit VJeW Projeet DraW Modelelr HFSS TOOIS WindoW HelP⅛¾⅛回“苗I ⅛国I區⅛h？? ∣eee∆θ^s^i⅛i j© o jχγ Zl l≡—^3 ∣ ¾ E ⅛ E□ Q U!倉⅛s ！妝巒气也＆1解PrOieCt Manager 丄X E IflZl dipole＊申融HFSSMsignI+s —! I DefinitiOnS did§DiPOle CJ CrtatKyE ；■““[J f JDUPliCatle lI— LJ DUPIiC^eIPrOigr t JName Val,.。

实验四半波偶极子天线设计
（一）实验目的
1.对半波偶极子天线有个大概的了解
2.对HFSS软件的参数设计认识。

（二）实验内容
1.通过学习HFSS软件以及天线PPT的课件知识，对半波偶极子天线有了初步的了解，建立的半波偶极子天线模型如下：
SH的扫频分析图如下：
该天线的回波损耗SH<=-10dB时BW=（3.25-2.775）/3=0.15833
电压驻波比VSWR
Smith圆图
输入阻抗
半波偶极子天线XZ面增益方向图
XY面增益方向图
三维增益方向图
三．实验总结
1.根据天线的课件以及老师学教的知识，我学会了对半波偶极子天线的设计。

2.其实HFSS软件很有用，以后多学习一下。

HFSS下仿真半波电偶极⼦天线半波电偶极⼦天线就是对称振⼦天线，如图所⽰在HFSS中的模型⾥，天线是由两个圆柱体（pec）组成。

1.在HFSS中建⽴⼀⼯程项⽬，设置基本变量，HFSS->Design properties2.画⼀个圆柱Draw->Cylinder材料选择pec:3.通过镜像复制，画出另⼀个天线选中圆柱模型，Edit->Duplicate->Mirror在右下⾓会出现这个：输⼊0 ，0， 0，如图所⽰，按enter接着出现这个：输⼊0， 0，1，如图所这个就画好了另⼀个圆柱体4.合并两个圆柱体Ctrl+A，选中两个圆柱体，Modeler->Boolean->Unit5.在两个圆柱之间画长⽅形（集总馈电端⼝）选择在XZ⾯画长⽅形设置集总端⼝，选择长⽅形，右击：Assign Excitation->Lumped port点击下⼀步，设置积分线（Inegration Line）在右下⾓出现这个，输⼊：0，0，-0.12（这⾥的0.12就是gap/2的值）如图所⽰，按enter键:出现这个：输⼊：0 ，0， 0.24（这⾥的0.24就是gap的值）如图所⽰，按enter键画好之后如图所⽰6.画辐射边界画⼀个圆柱，透明度设置为0.8设置辐射条件：选中圆柱，右击，Assign Boundary->Radiation模型已经建好了，如图所⽰7.求解设置Analysis->add solution setup右击Setup1->Add Frequency Sweep8.检查模型，如图所⽰，就可以仿真了9,写太累了，不想写了，接下来你就可以看到⼀个红红的⼩苹果。

半波偶极子天线的HFSS仿真设计在开始仿真设计之前，首先需要进行天线的三维建模。

打开HFSS软件，并选择新建工程，设定仿真频率范围和单位。

然后点击导航栏的“模型创建”按钮，选择“3D模型”。

在新建的3D模型中，选择“导入”按钮，导入天线的CAD模型，或者手动绘制天线的几何结构。

根据具体的设计要求，设置天线的尺寸和材料等参数。

接下来，需要定义天线的材料特性。

点击导航栏的“材料”按钮，选择“创建材料”。

根据具体的天线材料属性，设置材料的介电常数、磁导率等参数。

点击“应用”按钮，完成材料属性的定义。

然后，进行边界条件的设置。

点击导航栏的“边界条件”按钮，选择“终止条件”。

选择边界条件的类型，如正常边界条件、电磁边界条件等。

根据具体的设计要求，设置边界条件的参数。

点击“应用”按钮，完成边界条件的设置。

接下来，需要设定仿真的激励模式。

点击导航栏的“激励”按钮，选择“微带激励端口”。

设置仿真的频率、激励电压等参数。

根据具体的设计要求，设置激励的位置和方向等参数。

然后，进行网格划分。

点击导航栏的“网格划分”按钮，选择“全局网格划分”。

根据具体的仿真要求，设置网格划分的密度、精度等参数。

点击“划分”按钮，生成网格。

完成网格划分后，需要进行仿真求解。

点击导航栏的“求解器设置”按钮，选择合适的求解器，如频域求解器或时域求解器等。

根据具体的仿真要求，设置求解器的参数。

然后点击“求解”按钮，进行仿真求解。

仿真求解完成后，可以进行结果的分析和优化。

点击导航栏的“结果”按钮，选择合适的结果显示方式，如3D图像、功率图等。

根据具体的设计要求，分析天线的辐射图案、增益等性能指标。

根据需要，进行参数的优化，如改变天线的尺寸、位置等。

再次进行仿真求解，直至达到预期的性能指标。

本文介绍了使用HFSS软件进行半波偶极子天线的仿真设计的步骤和方法。

通过三维建模、材料定义、边界条件设置、激励模式设定、网格划分、仿真求解和结果分析等步骤，可以实现对半波偶极子天线性能的仿真和优化。

半波偶极子天线原理半波偶极子天线是一种常用的无线通信天线，其工作原理是根据麦克斯韦方程组的推导，利用电场和磁场之间的相互耦合关系实现的。

半波偶极子天线的主要原理是：当天线中通以高频电流时，电流会在天线的两个部分上产生反向的电荷分布，这个分布产生的电势差形成天线上下两个部分之间的电场。

与此同时，电场与通过电流产生的磁场相互作用，形成一个闭合的电磁场传播出去，从而实现无线信号的发射或接收。

半波偶极子天线的电场分布呈现出一个半波长的特点，这就是天线被称为半波偶极子天线的原因。

在天线的中心位置，电场的幅值最大，而在两端位置，电场的幅值逐渐减小。

同时，天线的磁场分布与电场分布相互垂直，形成一个相位差为90度的电磁波。

半波偶极子天线具有许多显著的特点，使得它被广泛应用于无线通信领域。

首先，半波偶极子天线的辐射效果良好，能够实现较远的传输距离和较强的信号强度。

其次，由于天线的结构简单，制作成本相对较低，容易进行安装和调试。

此外，半波偶极子天线具有较宽的工作频带范围，适合用于不同频段的无线通信系统。

最后，半波偶极子天线还具有高效率、抗干扰能力强等优点。

在实际应用中，半波偶极子天线的设计和布局需要根据具体应用需求进行调整。

首先，天线的长度应为波长的一半，以保证天线的辐射效果。

其次，天线的位置和方向应根据通信区域和传输距离进行选择，以实现最佳的信号覆盖。

此外，天线的高度和水平位置的调整也可以对天线的辐射方向和范围进行调控。

总之，半波偶极子天线是一种重要的无线通信天线，其工作基于电场和磁场的相互作用关系。

通过合理的设计和布局，半波偶极子天线能够实现有效的无线信号传输和接收，为无线通信系统的可靠性和性能提供了有力的支持。

希望本文能够帮助读者更好地理解和应用半波偶极子天线。

半波偶极子天线课程设计一、教学目标本课程旨在通过学习半波偶极子天线的相关知识，让学生掌握半波偶极子天线的基本原理、设计与应用。

具体目标如下：1.了解半波偶极子天线的定义和工作原理；2.掌握半波偶极子天线的设计方法和使用条件；3.熟悉半波偶极子天线在不同场景下的应用。

4.能够运用所学知识分析和解决半波偶极子天线相关问题；5.具备半波偶极子天线的设计和调试能力；6.能够运用半波偶极子天线进行无线通信系统的设计。

情感态度价值观目标：1.培养学生对无线通信技术的兴趣和热情；2.培养学生勇于探索、创新的精神，提高学生解决实际问题的能力；3.培养学生团队协作意识和沟通能力，提升学生的职业素养。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.半波偶极子天线的定义和工作原理；2.半波偶极子天线的设计方法和使用条件；3.半波偶极子天线在不同场景下的应用；4.半波偶极子天线的性能评估和优化。

教学大纲安排如下：第1课时：半波偶极子天线的定义和工作原理；第2课时：半波偶极子天线的设计方法和使用条件；第3课时：半波偶极子天线在不同场景下的应用；第4课时：半波偶极子天线的性能评估和优化。

三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法，如讲授法、讨论法、案例分析法、实验法等。

具体方法如下：1.讲授法：用于讲解半波偶极子天线的基本原理、设计方法和应用；2.讨论法：引导学生针对半波偶极子天线的设计和使用条件展开讨论，提高学生的思考和分析能力；3.案例分析法：分析实际案例，使学生更好地理解半波偶极子天线在不同场景下的应用；4.实验法：让学生动手实践，培养学生的实际操作能力和解决问题的能力。

四、教学资源为了支持本课程的教学，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的教材，如《无线通信原理与应用》等；2.参考书：提供相关领域的参考书籍，如《半波偶极子天线设计手册》等；3.多媒体资料：制作精美的PPT、教学视频等，以直观展示半波偶极子天线的原理和应用；4.实验设备：准备半波偶极子天线实验套件，让学生进行实际操作和调试。

半波偶极子天线的ＨＦＳＳ仿真设计Xxxxxxxxxxxxxxxxxxx一、实验目的：1.以一个简单的半波偶极子天线设计为例，加深对对称阵子天线的了解；2.熟悉HFSS软件分析和设计天线的基本方法及具体操作；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0.48λ，半径为λ/200。

天线馈电采用集总端口激励方式，端口距离为0.24mm，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Add Property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73.2Ω，为了达到良好的阻抗匹配，将负载阻抗也设置为73.2 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。

实验三 半波偶极子一、【实验目的】1. 以一个简单的半波偶极子天线设计为例，熟悉HFSS 软件分析和设计天线的基本方法及具体操作；2. 利用HFSS 软件仿真设计了解半波振子天线的结构和工作原理；3. 通过仿真设计掌握天线的重要指标：回波损耗S11、3D 方向图二、【实验仪器】计算机一台、HFSS 软件三、【实验内容】1、对半波偶极子进行HFSS 建模2、仿真计算其特性参数四、【实验原理】半波偶极子是工程中常用的一种经典天线，其全长为半个波长。

五、【实验步骤】本次实验设计一个中心频率为915 MHz 的半波偶极子天线。

根据f c /=λ可以计算出915MHz 在真空中对应的波长是328mm ，所以真空中放置的半波偶极子天线的长度为半个波长即164mm 。

故天线的初始尺寸设置如下图所示，两侧82mm 长的矩形条为半波偶极子的两个臂，中间3mm*3mm 的矩形面用于模拟RFID 芯片。

1、初始步骤（1）打开HFSS ，新建一个项目，将project 重命名为较规则的名字，如dipole 。

（2）设置求解类型：点击菜单栏HFSS/SolutionType ，在跳出窗口中选择Driven Modal ，再点击OK 按钮。

（3）为建立的模型设置单位：点击菜单栏3D Modeler/Units，在跳出窗口中选择mm，再点击OK按钮。

2、设计建模1）创建偶极子天线模型首先创建一个沿Y轴方向放置的矩形条作为偶极子天线的一个臂，矩形条线宽为3mm，长度为82mm。

并将其改为铜黄色。

画好后，使用（视图旋转功能）、（放缩到合适大小）和（拖曳放缩）等功能按钮，将矩形面调整到合适的视图。

然后选中刚才画好的上臂，并利用（绕着坐标轴复制）操作生成偶极子天线的另一个臂。

由于天线是金属材质，需将矩形条设置为理想导体，选中两个矩形条，右键→assign boundary→Perfect E。

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XY平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。

实验三：基于HFSS的偶极子天线设计与仿真
学号：201524124228 ：陈文观
一、实验目的
1、熟悉HFSS仿真环境及仿真过程；
2、掌握天线相关参数，相关概念；
3、掌握偶极子天线结构，建模方法；
4、根据仿真结果，进行相关分析研究。

二、实验内容
设计一个中心频率为3GH的半波偶极子天线，其HFSS设计模型如图所示。

天线沿z轴方向放置，中心位于坐标原点，天线材质使用理想导体，总长度为0.48λ，半径为λ/200.天线馈电采用集总端口激励方式，端口距离为0.24mm，辐射边界和天线的距离为λ/4.
根据仿真结果求天线的回波损耗、驻波比、Smith圆图、输入阻抗和方向图。

变量含义变量名变量初值(mm)
工作波长lambda 100
天线总长度length 0.48Xlambda
端口距离gap 0.24
单个极子长度dip_length length/2-gap/2
天线半径dip_radius lambda/200
辐射边界圆柱体半径rad_radius dip_radius+lambda/4
辐射边界圆柱体高度/2 rad_height dip_length+gap/2+lambda/10
三、实验步骤
新建工程
设计建模，按上表数据进行建模求解设置
设计检查和运行仿真计算
看运行结果进行截图
四、结果分析
截图仿真结果，并简单分析结果
五、实验收获与体会
按实验指导进行操作，正常情况下都可以得到预期的实验效果。