利用HFSS电磁软件仿真设计准八木天线

时候，半波有源振子的输入阻抗由 73 Ω 下降到 15 ～
20 Ω 左右，很难与常用同轴线（ 特性阻抗为 50 或 75 Ω） 直接匹配，为此须设法提高有源振子的输入阻抗； ②工作频带变窄。对称振子本身的工作频带较窄，再 加上若干个无源振子的影响，使其频率特性更差。
（ 4） 引向器间距。可从方向性和阻抗特性 2 方面 考虑。在振子数一定的情况下，间距增加，可在一定程 度上提高增益，但当 d ＞ 0． 4λ 后，增益开始下降，但第 一引向器和主振子的间距应略小于其它间距，增益将 会有所提高； 若要降低天线旁瓣电平，振子距离可取得 小一些，但间距过小，有源振子的输入阻抗会变得很小 且随频率变化剧烈，不便于和馈线匹配，从而减小工作 带宽，一般间距不要小于 0． 1λ。综上所述，各引向器 之间的距离 d = （ 0． 1 ～ 0． 4） λ。
由于八木天线涉及较多的参数，为了使天线几何 尺寸的确定更加快捷，方便，根据天线的工作频率与天 线振子长度和间距的关系，利用 Visual Basic 软件编写 设计了 1 个八木天线交互计算软件［12 ～ 13］。当输入天 线的中心工作频率后，该软件可以立刻计算出各个振 子的长度和振子的间距范围等几何参数，为后面的仿 真优化及参数的确定提供参考。这里选择 2． 4 GHz 为 天线的中心工作频率，得到的天线参数范围见图 2 所 示。按清零按钮后可以清除当前的数据，重新输入天 线的中心工作频率进行设计。
Langfang 065201； 2． School of Electronic Engineering，Beijing University of Posts and Telecommunications，Beijing 100876，China）
Abstract： To increase the flexibility and the bandwidth，this paper presents a parameter tunable 18 unit Yagi-Uda antenna that operate at the center frequency of 2． 4 GHz based on the theoretical analysis of traditional Yagi-Uda antennas． First，an antenna calculator was designed with Visual Basic to calculate and adjust the parameters． The antenna model for a kind of scenario was constructed，simulated and optimized as well using the HFSS． The antenna was tested by PNA3621 vector network analyzer． Measured results show that the antenna has a good characteristic with a symmetrical beam width，a broad impedance bandwidth，little side lobes and voltage standing wave ratio． The echo loss is relatively ideal in 2． 3 GHz ～ 2． 5 GHz frequency range，which agrees well with simulated results． Key words： Yagi-Uda antenna； antenna calculator； HFSS simulation； performance testing

Quasi-Yagi 天线跟传统的 Yagi-Uda 有点相似。如图 2，它主要由两部分构成：上半部分为辐射部分，包括印刷偶极 子和引向器，引向器引导着天线的电磁辐射方向，同时它也是一个输入阻抗匹配元件；下半部分是微带线到共面带状线(CPS) 的转换，微带线的两个臂相差半波长，以实现共面带状线的奇模激励，因而起到一个宽带巴仑的作用，微带线背面截断的 接地面起到反射器的作用。
参考文献： [1] Y. Qian ,A.R. Perkons and T. itoh ”Surface wave excitation of a dielectric slab by a Yagi-Uda slot array antenna-FDTD simulation and measurement,” 1997 Topical Symposium on Millimeter Proceedings, New York: IEEE .1998.PP.137-140. [2] Y. Qian et al, “Microstrip-fed Quasi-Yagi Antenna with Broadband Characteristics,” Electronics Letters, Vol. 34, No. 23, Nov. 1998, pp. 2194- 2196. [3] N. Kaneda, Y. Qian, and T. Itoh, “A novel Yagi–Uda dipole array fed by a microstrip-to-CPS transition,” in Proc. 1998 Asia Pacific Microwave Conf. Dig., Yokohama, Japan, Dec. 1998, pp. 1413–1416.

八木天线的仿真设计一、八木天线简介：上个世纪二十年代，日本东北大学的八木秀次和宇田太郞两人发明了这种天线，被称为“八木宇田天线”，简称“八木天线”。

八木天线（YaGi Antenna）也叫引向天线或波导天线，它是由HF，到VHF，UHF波段中最常用的方向性天线。

八木天线是由一个有源激励振子和若干无源振子组成，所有振子都平行装制在同一平面上。

有源振子可以是半波振子，也可以是折合振子，一般常用折合振子，以提高八木天线的输入阻抗，便于和馈电线匹配。

主要作用是提高辐射能量。

至于无源振子根据它的功能可以分为反射器和引向器两种。

通常反射器的长度比有源振子长4～5%，而引向器可以有多个，第1～4个导向器的长度通常比有源振子顺序递减2～5%。

二、工作原理：有源振子被馈电后，向空间辐射电磁波，使无源振子中产生感应电流，从而也产生辐射。

引向器略短于二分之一波长，主振子等于二分之一波长，反射器略长于二分之一波长，两振子间距四分之一波长。

此时，引向器对感应信号呈“容性”，电流超前电压90°；引向器感应的电磁波会向主振子辐射，辐射信号经过四分之一波长的路程使其滞后于从空中直接到达主振子的信号90°，恰好抵消了前面引起的“超前”，两者相位相同，于是信号迭加，得到加强。

反射器略长于二分之一波长，呈感性，电流滞后90°，再加上辐射到主振子过程中又滞后90°，与从反射器方向直接加到主振子上的信号正好相差了180°，起到了抵消作用。

一个方向加强，一个方向削弱，便有了强方向性。

发射状态作用过程亦然。

三、设计要求：1、引向器的间距选择引向器间距的选择有两种方案：一种是引向器间距不相等，随着引向器数量序号的增加，相邻引向器的间距加大；另一种是引向器间距相等。

前一种方案调整麻烦，后一种方案调整简便，因此一般都采用等间距方案。

引向器间距一般在0.15-0.4波长范围内选择。

间距较大时，方向图主瓣较窄，输入阻抗的频率响应较平稳，但副瓣较大；间距选得小时，副瓣较低，抗干扰性能较好，但是增益和方向性差些。

H F S S V天线仿真基本操作指南HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】HFSS v13.0高频仿真软件操作指南目录第一章创建工程 Project一、前期准备第二章创建模型 3DModeler一、绘制常见规则形状二、常用操作三、几种常见天线第三章参数及条件设置(材料参数、边界条件和激励源等) Setting一、设置材料参数二、设置辐射边界条件三、设置端口激励源四、特定边界设置第四章设置求解项并分析 Analyze一、设置分析Add Solution Setup二、确认设置并分析Validation Check Analyze All第五章查看结果 Results一、3D极化图（3D Polar Plot）二、3D直角图（3D Rectangular Plot）三、辐射方向图（Radiation Pattern）四、驻波比(VSWR)五、矩阵数据(Matrix Date)第一章创建工程一、前期准备1、运行HFSS后，左侧工程管理栏会自动创建一个新工程：Project n 。

由主菜单选File > Save as,保存到一个方便安全的文件夹，并命名。

(命名可包括下划线、字母和数字，也可以在Validation Check之前、设置分析和辐射场之后保存并命名)2、插入HFSS设计由主菜单选Project > Insert HFSS Design 或点击图标，(大口径的由主菜单选Project > Insert HFSS-IE Design)则一个新的项目自动加入到工程列表中，同时会出现3D画图窗口，上侧出现很多画图快捷图标。

3、选择求解类型由主菜单选HFSS > Solution Type（求解类型），选择Driven Model或DrivenTerminal（常用）。

注：若模型中有类似于耦合传输线求耦合问题的模型一定要用Driven Terminal，Driven Model适于其他模型，不过一般TEM模式（同轴、微带）传输的单终端模型一般用Driven Terminal分析。

微波技术与天线仿真实验报告.docx《微波技术与天线》HFSS仿真实验报告实验⼆H⾯T型波导分⽀器设计⼀．仿真实验内容和⽬的使⽤HFSS设计⼀个带有隔⽚的H⾯T型波导分⽀器,⾸先分析隔⽚位于T型波导正中央,在8~10GHz的⼯作频段内,波导输⼊输出端⼝的S参数随频率变化的关系曲线以及10GHz时波导表⾯的电场分布；然后通过参数扫描分析以及优化设计效⽤分析在10GHz处输⼊输出端⼝的S参数随着隔⽚位置变化⽽变化的关系曲线；最后利⽤HFSS优化设计效⽤找出端⼝三输出功率是端⼝⼆输出功率两倍时隔⽚所在位置。

⼆．设计模型简介整个H⾯T型波导分为两个部分：T型波导模型,隔⽚。

见图1。

图1三．建模和仿真步骤1.运⾏HFSS并新建⼯程,把⼯程另存为Tee.hfss。

2.选择求解类型：主菜单HFSS→solution type→driven modal,设置求解类型为模式驱动。

3.设置长度单位：主菜单modeler→units→in,设置默认长度单位为英⼨。

4.创建长⽅体模型1）从主菜单选择draw→box,进⼊创建长⽅体模型的⼯作状态,移动⿏标到HFSS⼯作界⾯的右下⾓状态栏,在状态栏输⼊长⽅体的起始点坐标为（0,-0.45,0）,按下回车键确认之后在状态栏输⼊长⽅体的长宽⾼分别为2,0.9,0.4。

2）再次按下回车键之后,在新建长⽅体的属性对话框修改物体的位置,尺⼨,名称,材料和透明度等属性。

在attribute选项卡中将长⽅体名称项（name）修改为Tee,材料属性（material）保持为真空（vacuum）不变,透明度（transparent）设置为0.4。

3）设置端⼝激励4）复制长⽅体第⼆个和第三个臂5）合并长⽅体5.创建隔⽚1）创建⼀个长⽅体并设置位置和尺⼨2）执⾏相减操作上诉步骤完成后即可得到H⾯T型波导的三维仿真模型图如图2所⽰图26.分析求解设置1）添加求解设置：在⼯程管理窗⼝中展开⼯程并选中analyse节点,单击右键,在弹出的快捷菜单中选择add solution type并设置相关参数,完成后⼯程管理窗⼝的analyse节点下会添加⼀个名称为setup1的求解设置项2）添加扫频设置：在⼯程管理窗⼝中展开analysis节点,右键单击前⾯添加的setup1求解设置项,在弹出菜单中单击add frequency sweep,并设置sweep name,sweep type,等参数。

基于开槽型接地板的新型双频准八木天线设计作者：黄文静孙俊胡耀文王行来源：《现代电子技术》2019年第15期摘 ;要：利用电磁仿真软件ANSYS HFSS设计一种基于开槽型接地板的新型双频准八木天线。

首先，设计一种新型巴伦结构的准八木天线，该天线的馈电由微带线实现，阻抗匹配通过一段[λ4]阻抗变换器实现，这不仅实现了微带线到共面带状线的转换，也改良了典型八木天线复杂的巴伦结构;然后，在此天线的基础上将矩形的引向振子改进为菱形的引向振子，改进后的天线中心频率处回波损耗降低为-73.5 dB，相比改进前降低了10 dB;最后，在此天线的反射地板非延长部分的中心两侧开两个矩形槽，改进后的天线具有在5.5 GHz和9.5 GHz两个频段内进行双频工作的特征。

关键词：准八木天线; 微带线; 菱形引向振子; 矩形槽; 回波损耗; 双频工作中图分类号： TN823+.24⁃34 ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; 文献标识码： A ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;文章编号：1004⁃373X（2019）15⁃0008⁃05Design of dual⁃band quasi⁃Yagi antenna based on slotted earth plateHUANG Wenjing， SUN Jun， HU Yaowen， WANG Xing（College of Information Engineering and Automation， Kunming University of Science and Technology， Kunming 650504， China）Abstract： A new type of dual⁃band quasi⁃Yagi antenna based on slotted ground floor is designed with the electromagnetic simulation software ANSYS HFSS in this paper. First， aquasi⁃Yagi antenna with a new Balun structure is designed， whose feed is realized by a microstrip line， and impedance matching is realized by a 1/4 impedance converter. It not only realizes the transformation of the microstrip line to the coplanar stripline， but also improves the complex Balun structure of the typical Yagi antenna. And then， the rectangle leading oscillator is improved to the rhombus leading oscillator on the basis of this antenna. The return loss at central frequency of the improved antenna is reduced to -73.5 dB， which means that the return loss is decreased by 10 dB in comparison with that of the antenna before the improvement. Finally， two rectangular grooves are made on both sides of the non⁃extended portion of the reflective plate of the antenna. The improved antenna has the characteristic of dual frequency operation in the two frequency bands of 5.5 GHz and 9.5 GHz.Keywords： quasi?Yagi antenna; microstrip line; rhombus leading oscillator; rectangular groove; return loss; dual⁃band operation0 ;引 ;言自从八木天线被发明以来，因为它设计简单、定向辐射能力强、增益高而倍受重视。

一种使用新型巴伦的双频宽带准八木天线赵廷辉;熊阳;余贤【摘要】准八木天线具有较好的方向性,但其带宽还不能满足实际应用需要.为解决双频带准八木天线带宽较低的问题,提出了一种新型双频准八木天线,其具有相对带宽较大的两个工作频带,并可以应用于定向WLAN/Wimax通信系统.该天线采用喇叭形巴伦来增加带宽,采用多支节结构的两对辐射偶极子来激发两个不同的频率.低频辐射偶极子采用阶梯阻抗来减小物理尺寸,通过合理配置两对辐射偶极子和反射器可以获得良好的辐射特性.使用Ansoft HFSS对天线进行优化,并制作了实物.实验测量结果显示该天线S11＜-10 dB的频段为2.36～2.8 GHz和3.3～3.8 GHz,前后比均在10 dB以上,带内增益分别在6 dB和8 dB以上.【期刊名称】《电声技术》【年(卷),期】2017(041)006【总页数】5页(P47-51)【关键词】双频天线;准八木天线;喇叭形连接结构【作者】赵廷辉;熊阳;余贤【作者单位】南开大学,天津300350;南开大学,天津300350;南开大学,天津300350【正文语种】中文【中图分类】TN82近年来，随着无线通信的快速发展，尤其是无线局域网络(WLAN) 和全球微波互联接入(WiMAX)的持续发展,对拥有大的阻抗带宽和良好辐射特性的双频或多频天线的需求急剧上升[1-3]。

平面印刷准八木天线具有结构紧凑、低剖面、重量轻、增益高和轴向辐射模式等特点而得到广泛的应用[4-12]。

一些研究人员引入开口环双模谐振器来实现双频,该天线的性能与谐振器的特性有关[4]。

一些研究者将低频偶极子作为高频的反射器，用高频偶极子作为低频引向器[5],这类天线增加了电容来调节阻抗匹配，虽然节省了空间，但大大增加了设计难度。

另外一些研究将偶极子上开了两个L形槽来激发不同的频率,并且使用双模谐振器来实现对双频的引向[6]。

然而，这些天线的共同特点就是它们的频带都很窄，这也是八木天线的特点之一。

课设报告课程名称：微波技术与天线课设题目：八木天线的仿真设计课设地点：电机馆跨越机房专业班级：信息1002班学号：学生姓名：指导教师：2013/6/27目录1、设计摘要2、设计原理3、八木天线参数选择及设计要求4、八木天线的HFSS10仿真（1）建立模型（2）确认设计(3) S参数（反射参数）（4）2D辐射远区场方向图（5）3D Polar5、仿真结果分析6、实验中的问题7、心得体会一、设计摘要八木天线又称引向天线，它由一个有源振子及若干无源振子组成的线形端射天线。

其结构示意图如下，在无源振子中较长的一个为反射器，其余的均为引向器，它被广泛应用于米波、分米波波段的通信、雷达、电视、及其它无线电系统中。

六元八木天线示意图八木天线中，有源振子可以是半波振子，也可以是折合振子一般常用折合振子，以提高八木天线的输入阻抗，以便和馈电线匹配。

主要作用是提高辐射能量。

无源振子是若干孤立的金属杆，它与馈线和有源振子不直接相连，作用是使辐射的能量集中到天线的端向。

二、设计原理：八木天线的工作原理是：有源振子被馈电后，向空间辐射电磁波，使无源振子中的产生感应电流，从而也产生辐射。

改变无源振子的长度及其与有源振子之间的距离，无源振子上的感应电流的幅度和相位也随着改变，从而影响有源振子的方向图。

若无源振子与有源振子之间的距离小于λ/4，无源振子比有源振子短时，整个电磁波能量将在无源振子方向增强；无源振子比有源振子长时，将在无源振子方向减弱。

比有源振子稍长一点的称反射器，它在有源振子的一侧，起着消弱从这个方向传来的电波或从本天线发射去的电波的作用；比有源振子略短的称引向器，它位于有源振子的另一侧，它能增强从这一侧方向传来的或向这个方向发射出去的电波。

通常反射器的长度比有源振子长4%～5%,而引向器可以有多个，第1～4个引向器的长度通常比有源振子顺序递减2%～5%。

本设计就是基于八木天线的基本理论的基础上，设计一个六元八木天线。

大线的基本理论幽２－５折合振子示意图图２－４半波偶极子的方向图２．２．２天线主要参数前面已经讲过，天线的基本功能是能量转换和定向辐射，天线的电参数就是能定量表征其能量转换和定向辐射的量。

天线的电参数主要有方向图、方向性系数、主瓣宽度、旁瓣电平、增益、天线效率、极化特性、驻波比、频带宽度、和输入阻抗等。

下面根据本文的研究重点对于天线的方向性系数、方向性图、天线增益和驻波比逐一做详细介绍。

一、方向系数Ｈ１。

方向性系数是一个用数字定量的衡量天线辐射电磁能量集中程度的参数，又称方向性增益。

它定义为在相同的辐射功率下，某天线产生于某点的功率通量密度与理想点源天线产生于同一点的功率通量密度的比值。

设某天线与理想点源天线的辐射功率密度分别为最和足。

，此天线在最大辐射方向１的功率通量密度和场强分别为ｓ。

和五＿，理想点源天线的功率密度与场强密度Ｓ。

和￡。

，则天线的方向性系数Ｄ为：ｃＪＦ２ＩＤ一＝卫ｌ一＝引…（２．”）５０ＩＢ．，０￡ｉｋ．是．方向性系数还可以这样来定义：在最大辐射方向的同一接收点电场强度相同的条件下，理想点源的辐射功率与有方向性天线的总辐射功率的比值，称为该天线在该点的方向性系数，即：Ｄ。

鱼ｆ是ＩＬ．岛由定义可知，由于天线在个方向辐射强度不同，Ｄ的值也随方向而异。

在辐射最强的方向上Ｄ的数值最大。

通常所说的某天线的方向系数，如果没有特别指明是哪个方向的，则都是指最大辐射方向的方向系数。

由定义可以看出，所有实际天线的方向性系数都大于１。

下面由式（２．２７）来计算天线的方向性系数的具体表达式。

仍取图２．２，若天线置于原点，取球坐标北京交通人学硕十论文３．１感应电动势法图３—１引向天线及坐标感应电动势法ｆ４】将引向天线看作幅度与相位都不均匀的端射离散直线阵，如图３，１所示的坐标系，对于图中的ｎ元引向天线，振子１为反射振子，振子２为有源振子，振子３到ｎ为引向振子，各振子的总长度分别为２ｆ。

，砬，笤，¨，现，各振子距振子１的距离分别为ｄ：，ｄ，，．．．，ｄ。

基于HFSS缝隙耦合贴片天线的仿真设计报告HFSS（High Frequency Structure Simulator）是一种电磁仿真软件，广泛应用于无线通信、微波电路、天线设计等领域。

其中，扇形缝隙耦合贴片天线是一种常见的天线结构，具有较好的性能和应用潜力。

本报告将基于HFSS对缝隙耦合贴片天线进行仿真设计。

在设计前，我们首先要设置仿真的参数。

通过选择“Analysis”菜单下的“Design Settings”打开仿真参数设置对话框。

在对话框中，我们可以设置模型的频率范围、单位、边界条件等。

根据实际需求，选择合适的参数设置后，可以开始进行仿真设计。

在HFSS软件中，我们可以进行多种类型的仿真分析，如S参数、辐射模式、电场分布等。

在缝隙耦合贴片天线的仿真设计中，我们可以使用S参数分析来研究天线的频率响应。

通过选择“Analysis”菜单下的“S-parameters”选项，进行设置并运行仿真。

仿真完成后，可以得到天线的S参数结果，包括频率响应和射频性能指标。

除了S参数仿真，我们还可以进行辐射模式仿真。

通过选择“Analysis”菜单下的“Radiation”选项，进行设置并运行仿真。

仿真完成后，可以得到天线的辐射模式图，可以直观地观察到天线的辐射特性。

此外，HFSS还提供了电场分布仿真功能，可以用于研究天线的电场分布状况。

通过选择“Analysis”菜单下的“Fields”选项，进行设置并运行仿真。

仿真完成后，可以得到天线的电场分布图，可以观察到天线不同部分的电场强度和分布情况。

通过上述的仿真设计，我们可以对缝隙耦合贴片天线的性能进行评估和优化。

根据仿真结果，可以对天线的尺寸、结构或材料进行调整和优化，以达到更好的性能指标。

综上所述，基于HFSS的缝隙耦合贴片天线仿真设计可以为天线工程师提供一种快速、准确的设计手段。

通过HFSS软件的功能和仿真工具，可以对天线的性能进行全面分析和评估，为天线设计和优化提供有力的支持。

导出报告
将仿真结果和优化过程导出为报告，供后续分析 和参考。
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07
总结与展望
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教程内容回顾
2024/1/29
HFSS天线仿真基本原理
介绍了高频结构仿真（HFSS）的基本原理及其在天线设计中的应用。
天线设计基础
详细阐述了天线设计的基本概念，如辐射、方向性、增益等，以及常 见的天线类型和性能指标。
03
优化设计
根据分析结果，对天线设计进行优 化，如调整振子长度、改变馈电结
构等，以提高天线性能。
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02
结果分析
对仿真结果进行分析，包括S参数 曲线、辐射方向图、增益等性能指
标的评估。
04
再次仿真验证
对优化后的设计进行再次仿真验证， 确保性能达到预期要求。
19
05 微带天线仿真实例
2024/1/29
• 天线参数：描述天线性能的主要参数有方向图、增益、输入阻抗、驻波比、极化等。这些参数可以通过仿真或 测量得到，用于评估天线的性能优劣。
• 仿真模型：在天线仿真中，需要建立天线的三维模型并设置相应的边界条件和激励源。模型的准确性直接影响 到仿真结果的可靠性。因此，在建立模型时需要充分考虑天线的实际结构和工作环境。
求解参数设置
包括频率范围、收敛精度、最大迭代次数 等参数的设置。
B
C
自适应网格划分
根据模型复杂度和求解精度要求，自动调整 网格大小和密度。
并行计算支持
利用多核处理器或集群计算资源，加速求解 过程。
D
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03 天线设计原理及性能指标
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12

天线设计流程：1.确定设计目标2.查阅资料，确定形状，给出结构图（变量形式）3.仿真建模、求解4.优化设计，确定变量值5.版图，加工，测试设计目标：设计并实现一款超宽带天线，天线馈电方式采用50Ohm微带线进行馈电，天线在3.1-10.6GHz频段范围内满足S11<-10dB，天线辐射方向图为全向。

天线介质基板采用选用介质板FR-4，其相对介电常数为4.4，厚度为h=0.8mm。

基于HFSS13.0的超宽带天线设计实例：一、建立工程菜单Project->Insert HFSS Design二、设置求解模式菜单HFSS->Solution Type->天线为Driven Modal三、天线模型建立1、设置模型尺寸长度单位菜单Modeler->Units->mm->OK单位一般设置为毫米mm。

2、天线模型结构本例天线采用的模型如图1所示，其详细结构尺寸见表1.图1超宽带平面天线结构图表1初步设计的超宽带平面天线尺寸微带线阻抗验证：1)、采用Agilent AppCAD计算2、采用LineCalc计算工具（ADS中的工具）3、输入设计参量菜单Project->Project Variables或者HFSS->Design Properties点击Add，输入w=16mm变量，详见下图依次输入表1中全部变量，最终如下图4、建立模型（1）创建介质板FR4（a）在菜单栏中点击Draw>Box，在模型窗口任意创建Box1（b）双击模型窗口左侧的Box1，改名为Substrate，在点击Material后面的按钮，选择Edit，搜索FR4，选择FR4_epoxy点击确定。

（c）双击模型窗口左侧Substrate的子目录Createbox，修改介质板大小及厚度。

介质板长l=32mm，宽w=16mm，厚h=0.8mm，如下图所示，点击确定。

（2）创建微带馈线（a）在菜单栏中点击Draw>Rectangle，在模型窗口任意创建Rectangle1（b）双击模型窗口左侧的Rectangle1，改名为microstrip，点击确定。

八木天线的设计仿真与测试一、本文概述本文旨在深入探讨八木天线的设计、仿真与测试。

八木天线，又称作Yagi-Uda天线，是一种广泛应用于无线通信、雷达、卫星通信等领域的定向天线。

其高效、紧凑和易于调整的特性使得它在众多天线类型中脱颖而出。

本文首先将对八木天线的基本原理和结构进行概述，接着详细介绍其设计过程，包括天线元素的选择、尺寸优化以及馈电方式等。

随后，本文将阐述如何利用仿真软件对八木天线进行性能预测和优化，这包括电磁场仿真、S参数分析、辐射方向图计算等关键步骤。

本文将介绍八木天线的实际测试方法，包括测试环境的搭建、测试设备的选择以及测试结果的分析和解读。

通过本文的阐述，读者将对八木天线的设计、仿真与测试有一个全面而深入的理解，为实际工程应用提供有力的技术支持。

二、八木天线设计基础八木天线，也称为Yagi-Uda天线，是一种定向天线，以其高效、紧凑和易于构造的特性而广泛应用于无线通信系统中。

其设计基础主要包括天线振子的排列、相位控制和馈电方式等方面。

八木天线由一根驱动振子（Driven Element）和若干根反射振子（Reflector）与引向振子（Director）组成。

驱动振子负责接收或发射电磁波，而反射振子和引向振子则通过调整与驱动振子的相对位置和相位，来改变天线的辐射特性。

反射振子通常位于驱动振子的后方，用于抑制后向辐射，提高天线的前向增益。

引向振子则位于驱动振子的前方，用于增强前向辐射。

相位控制在八木天线设计中至关重要。

通过调整各振子间的相位关系，可以控制天线的波束指向和宽度。

通常情况下，反射振子与驱动振子之间的相位差为180度，以产生反向电流，抵消后向辐射。

而引向振子与驱动振子之间的相位差则逐渐减小，以产生同向电流，增强前向辐射。

八木天线的馈电方式通常采用同轴电缆或波导。

馈电点的位置对天线的性能有重要影响。

通常，馈电点位于驱动振子的中点，以保证电流的均匀分布。

馈电线的阻抗匹配也是设计的关键，以确保最大功率的传输。

太原理工大学现代科技学院微波技术与天线课程设计设计名称八木天线的仿真设计专业班级学号姓名指导教师太原理工大学现代科技学院课程设计任务书的顺序进行装订上交（大张图纸不必装订）指导教师签名：日期：专业班级信学号姓名成绩八木天线的仿真设计一、八木天线简介作为电磁换能元件，天线在整个无线电通信系统中位置十分重要，质量好坏直接影响着收发信距离的远近和通联效果，可以说没有了天线也就没有了无线电通信。

作为一款经典的定向天线，八木天线在HF、VHF以及UHF波段应用十分广泛，它全称为“八木／宇田天线”，英文名YAGI，是由上世纪二十年代日本东北帝国大学的电机工程学教授八木秀次，在与他的学生宇田新太郎研究短波束时发明的。

相对于基本的半波对称振子或者折合振子天线，八木天线增益高、方向性强、抗干扰、作用距离远，并且构造简单、材料易得、价格低廉、挡风面小、轻巧牢固、架设方便。

通常八木天线由一个激励振子（也称主振子）、一个反射振子（又称反射器）和若干个引向振子（又称引向器）组成，相比之下反射器最长，位于紧邻主振子的一侧，引向器都较短，并悉数位于主振子的另一侧，全部振子加起来的数目即为天线的单元数，譬如一副五单元的八木天线就包括一个主振子、一个反射器和三个引向器，结构如图1所示。

主振子直接与馈电系统相连，属于有源振子，反射器和引向器都属无源振子，所有振子均处于同一个平面内，并按照一定间距平行固定在一根横贯各振子中心的金属横梁上。

八木天线又称引向天线，是上个世纪二十年代，日本东北大学的八木秀次和宇田太郎两人发明的。

八木天线通常由一个有源振子、一个反射器及若干个引向器构成，反射器与引向器都是无源振子，所有振子都排列在一个平面内且相互平行。

它们的中点都固定在一根金属杆上，除了有源振子馈电点必须与金属杆绝缘外，无源振子则都与金属杆短路连接。

因为金属杆与各个振子垂直，所以金属杆上不感应电流，也不参与辐射。

引向器天线的最大辐射方向在垂直于各个振子且由有源振子指向引向器的方向，所以它是一种端射式天线阵。

１．５；另外，也要使其满足移动检测的便携式要求。
八木天线有很多分析方法，本文主要介绍了感应电动势法、行波天线的观点、
矩量法与优化算法相结合的方法及现代仿真技术应用于天线设计方法。本文八木
天线的分析与设计包括天线部分的设计和平衡不平衡转换结构的设计。通过理论
分析和基于矩量法的仿真软件ＦＥＫＯ和基于有限元法的ＨＦｓＳ设计仿真，得到符
本文的第一个主要部分是八木天线的设计仿真，设计基于ＧＳＭ—Ｒ干扰检测定
向用天线的要求。要在ＧｓＭ．Ｒ频段的下行８８５ＭＨｚ．８８９ＭＨｚ频段内和上行
９３０ＭＨｚ．９３４ＭＨｚ频段内有高的方向性系数；方向图主瓣半功率角小于４０。，并
且副瓣电平足够低（＜．９ｄｍ；阻抗带宽要覆盖８８５．９３４ＭＨｚ的频带，驻波比小于
对于定向高增益天线，八木天线是经典的种类之一，它由一根有源振子和多 根无源振子组成，有源振子可以是半波振子，也可以是折合振子。无源振子通常 由～个比有源扳子长的反射器和多个比有源振子短的引向器组成。有源振子被馈 电后向空间辐射电磁波，使无源振子中产生感应电流来产生辐射，辐射方向指向 引向器方向。当改变无源振子的长度及其与有源振子之间的距离时，无源振子上 感应电流的幅度及相位也随之而变化，可以影响有源振子的方向图。它的优点是 结构简单、增益高、方向性强，其次用它来测向、远距离通信效果特别好。如果 再配上仰角和方位旋转控制装置，就能得到良好的干扰检测性能。本文就是选择 八本天线作为设计和研究对象，通过理论分析和数值软件工具仿真得到符合要求 的干扰接收检测定向天线的实例。
ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｍｅａｓｕｆｃｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｓｔｅｐ ｗｅｆｃ ｄｅｓｃｒｉｂｅ ｉｌｌ ｄｅｔａｉｌ ｔ量Ｉｌ＿ｏｕｇｈ ｔｈｅｏｒｙ

课设报告课程名称：微波技术与天线课设题目：八木天线的仿真设计课设地点：专业班级：学号：学生姓名：ALXB指导教师：年月日八木天线的仿真设计一、八木天线的结构及工作原理八木天线也叫做“引向天线”、“八木宇田天线”(Yagi-Uda antenna)、“寄生天线”，是一种定向天线。

这种天线是1928年由日本天线专家八木秀次和宇田太郞两人设计的。

八木天线的结构它由一个有源振子及若干无源振子组成的线形端射天线。

其结构示意图如下，在无源振子中较长的一个为反射器，其余的均为引向器。

八木天线示意图八木天线是基于普通的偶极天线发展而来的。

最简单的三单元八木天线由一位于中间的一根长度为半波长的偶极天线（有源振子）和位于偶极前后的引向器和反射器构成。

其中引向器的长度为略小于半波长，反射器的长度为略大于半波长，具体长度依据实际使用时的情况而定。

反射器与振子、振子与引向器之间的距离为四分之一波长。

增加引向器的数量可以增强天线的方向性和增益，但也会降低带宽、增加天线耦合难度。

引向器间的距离也为四分之一波长，距离振子越远，引向器应在前一引向器基础上再短一些。

也有采用多个有源阵子的八木天线。

工作原理八木天线的工作原理是：引向器略短于二分之一波长，主振子等于二分之一波长，反射器略长于二分之一波长，两振子间距四分之一波长。

此时，引向器对感应信号呈“容性”，电流超前电压90°；引向器感应的电磁波会向主振子辐射，辐射信号经过四分之一波长的路程使其滞后于从空中直接到达主振子的信号90°，恰好抵消了前面引起的“超前”，两者相位相同，于是信号迭加，得到加强。

反射器略长于二分之一波长，呈感性，电流滞后90°，再加上辐射到主振子过程中又滞后90°，与从反射器方向直接加到主振子上的信号正好相差了180°，起到了抵消作用。

一个方向加强，一个方向削弱，便有了强方向性。

发射状态作用过程亦然。

本设计就是基于八木天线的基本理论的基础上，设计一个六元八木天线。

基于HFSS的不同形状微带贴片天线的仿真设计一、本文概述随着无线通信技术的快速发展，天线作为无线通信系统的关键组成部分，其性能对整个系统的性能具有决定性的影响。

微带贴片天线作为一种常见的天线类型，因其体积小、重量轻、易于集成和制造成本低等优点，在无线通信、雷达、卫星通信等领域得到了广泛应用。

微带贴片天线的性能受到其形状、尺寸、介质基板等因素的影响，如何设计出具有优良性能的微带贴片天线成为了研究的热点。

本文旨在利用高频结构仿真器（HFSS）这一强大的电磁仿真工具，对不同形状微带贴片天线的性能进行仿真研究。

我们将对微带贴片天线的基本理论进行简要介绍，包括其工作原理、主要参数和性能评价指标等。

我们将设计并仿真几种不同形状（如圆形、方形、矩形、椭圆形等）的微带贴片天线，分析它们的性能特点，包括回波损耗、带宽、增益、方向性等。

我们将根据仿真结果，对不同形状微带贴片天线的性能进行比较和评价，以期为实际的天线设计提供有益的参考和指导。

通过本文的研究，我们期望能够为微带贴片天线的设计提供新的思路和方法，推动其在无线通信领域的应用和发展。

我们也期望通过本文的研究，能够加深对微带贴片天线性能影响因素的理解，为其他类型天线的设计提供借鉴和启示。

二、软件介绍及其在天线设计中的应用HFSS（High Frequency Structure Simulator）是由美国Ansoft 公司开发的一款三维电磁仿真软件，专门用于模拟分析高频结构中的电磁场问题。

该软件采用有限元法（FEM）进行求解，能够准确模拟包括微带天线在内的各种高频无源器件的三维电磁特性。

HFSS以其强大的仿真能力和广泛的适用性，在天线设计、微波电路、高速互连、电磁兼容等领域得到了广泛应用。

天线性能分析：通过HFSS，设计师可以分析天线的辐射性能，包括方向图、增益、效率等关键指标。

这对于优化天线设计，提高其性能至关重要。

天线结构优化：HFSS允许用户自由定义天线的几何形状和材料属性，通过参数化扫描和优化算法，找到最优的天线结构，从而提高其性能。