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hfss在仿微带贴片天线的心得（1）
（1）仿真结果稍有偏差的问题
用hfss仿双频微带天线的时候，
在setup里面设置求解频率，
比如设计的天线是1.5G和2.5G，
那么据仿真的结果和加工出来的天线实测结果来看，
如果把求解频率设置为2.5G，那么通常低频的1.5G算不准（实际上是偏高）
把求解频率设置为1.5G，那么高频又算不准；
这与网上盛传的求解频率不超过3个倍频有点出入；
建议大家在精仿的时候对于多个频率的天线，
最好还是一个一个的仿，不要设置好一个频率就不再变动了。
对于粗仿倒是无所谓。
hfss在仿微带贴片天线的心得（2）
（2）设置多端口实现圆极化问题
hfss10中设置多个端口，以两个端口为例，展开HFSSDesign1，在其子目录下找到field overlays，右键f ield overlays，选择edit sources，出现一个选择表如图1，
图1
这样就可以实现两个端口相差90度馈电了，依次类推，要实现4端口90相差馈电可参照图2，图2
也可以设置各个端口任意相差馈电；
这在仿双端口馈电圆极化天线和四端口馈电圆极化很有用。
微波仿真论坛_HFSS设计微带天线
一、前言
微带天线，即微带感应力天线，是一种先进的电磁发射天线，它采用微细空心管及其他微带元件，广泛应用于宽带、多址无线通信、脉冲定位系统、脉冲探测系统等许多应用中。
以HFSS为工具，设计微带感应力天线，能够更加直观地分析微带天线的性能，从而帮助我们了解微带天线的传输特性，并根据实际应用需求实现天线高效性能设计。
二、微波仿真HFSS的设计步骤：
1、首先，选择好所采用的HFSS软件，确定需要分析的微带感应力天线的构型，并建立计算模型。
2、根据相关理论，计算出微带天线的基本参数，如振子长度、空心管半径和微带宽度等，以及天线的振荡频率、相位阶跃和频带宽等。
3、设置相应的仿真网格，根据天线实际的构形，划分仿真区域，确定网格大小和步长，以达到较高的空间分辨率，从而获得更准确的仿真结果。
4、设置仿真参考电路，根据计算出的微带天线振子长度、空心管半径和微带宽度等，及其传输特性，利用HFSS软件设置好参考模型，以及仿真频率。
5、开启仿真计算，间接计算和直接计算，从而获得微带感应力天线的S参数，用于评估微带天线的性能。
平面等角螺旋天线及巴伦的设计随着无线通信技术的飞速发展，天线作为无线通信系统的重要组成部分，其性能和设计受到了广泛。
其中，平面等角螺旋天线（Planar Inverted-F Antenna，简称PIFA）以及巴伦（Balun）是两种常用的天线和平衡转换器设计。
本文将介绍这两种天线的特点、设计原理和参数，旨在帮助读者深入了解其优势和应用场景。
平面等角螺旋天线是一种常见的宽带天线，具有体积小、易共形、易集成等优点。
它由一个平面的辐射元和一个螺旋状的地面构成，通过调整辐射元和地面的尺寸以及螺旋的匝数，可以实现在宽频带内的良好辐射性能。
平面等角螺旋天线的辐射原理主要依赖于螺旋的电流分布。
当高频电流在螺旋上流动时，会产生一个向外扩散的磁场，从而形成辐射。
由于螺旋的等角特性，电流在整个螺旋上均匀分布，使得天线在宽频带内具有稳定的辐射方向图和阻抗特性。
平面等角螺旋天线的特点在于其宽频带性能和易共形性。
通过改变螺旋的匝数和辐射元的尺寸，可以覆盖较宽的频率范围，同时保持稳定的阻抗特性和辐射方向图。
在设计时，需要考虑的主要参数包括辐射元的尺寸、螺旋的匝数、介质基板的厚度和相对介电常数等。
巴伦是一种用于将不平衡的信号转换为平衡的信号，或反之亦然的平衡转换器。
在天线设计中，巴伦被广泛应用于将天线的不平衡信号转换为平衡信号，以实现更好的辐射性能。
下面以常见的威尔金森巴伦为例，介绍其设计原理和特点。
威尔金森巴伦是一种经典的巴伦设计，它利用两个对称的线绕线圈来实现不平衡到平衡的转换。
在线绕线圈的中心连接不平衡信号源，在线绕线圈的两侧连接平衡信号端口。
通过调整线圈的匝数和半径，以及源阻抗和负载阻抗的匹配，可以实现信号的高效传输。
威尔金森巴伦的特点在于其宽带性能和高效传输。
通过调整线圈的匝数和半径，可以覆盖较宽的频率范围，同时保持高效传输。
在设计时，需要考虑的主要参数包括线圈的匝数和半径、源阻抗和负载阻抗的匹配等。
平面等角螺旋天线和巴伦是两种常用的天线和平衡转换器设计，具有广泛的应用场景。
螺旋天线的仿真设计微波课设要点一、背景介绍螺旋天线是一种常用于微波通信和雷达系统中的天线。
它具有频带宽度大、辐射效率高、阻抗匹配良好、天线尺寸小等优点，是目前最为流行的微波天线类型之一。
因此，针对螺旋天线的仿真设计是非常有研究价值的。
在微波课设中，螺旋天线的仿真设计是一个非常重要的环节。
本文将介绍关于螺旋天线仿真设计的一些注意要点，旨在为微波课设中的学生提供帮助和指导。
二、仿真工具的选择对于螺旋天线的仿真设计，目前主要使用的工具有以下几个：1.Ansoft HFSS2.CST Microwave Studio3.FEKO针对这些工具的选择，主要需考虑仿真精度、仿真速度以及使用难度等因素。
以本文为例，我们选择使用 Ansoft HFSS 作为仿真工具。
三、螺旋天线的基本结构螺旋天线具有较为复杂的结构，主要包括螺距、半径、匝数、导线宽度和间距等参数。
其中，螺距和半径是影响天线辐射特性的重要参数。
螺旋天线的形式化表达式为：Z = A * exp(-j * b * p) * cos(p) + A * exp(j * b * p) * sin(p)其中，A 为天线辐射功率，b 为螺距，p 为方位角。
四、天线参数的建模针对螺旋天线的建模，我们可以使用不同的建模方法，如等效电路模型、仿真模型等。
在 Ansoft HFSS 中，我们可以使用 3D 宏模型进行建模。
在建模过程中，需要输入天线参数，并进行优化和调整。
这包括调整半径和螺距等参数，以实现更好的辐射效果和阻抗匹配。
五、天线仿真分析螺旋天线的仿真分析主要包括以下几个方面：1.带宽特性分析2.辐射特性分析3.阻抗匹配分析在分析过程中，需要对仿真结果进行分析和优化，以达到预期的结果。
同时，还需要根据仿真结果进行天线参数调整，使之达到更好的性能。
六、仿真结果分析与优化在仿真分析完成后，需要对仿真结果进行分析和优化。
这包括调整天线参数、优化辐射效果等。
具体来说，我们需要根据分析结果，对螺距和半径等参数进行调整，以实现更好的辐射效果和阻抗匹配。
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。
HFSS 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)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Driven Terminal （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。
HFSS仿真计算平面螺旋电感1，打开HFSS软件（这里用的是ANSYS Electronics Desktop 2015）2，点击菜单栏Project—Insert HFSS Design3，设置求解类型，点击HFSS—Solution Type，在跳出的对话栏中如下图设置4，设置单位，点击菜单栏Modeler—Units设置，如图选择长度单位5，导入几何模型，点击菜单栏Modeler—Import, 在菜单中选择绘制好的电感模型（本例中所用模型为利用Solid works 2016绘制的模型，保存格式为*.IGS, 也可以自己直接在HFSS 中绘制模型，此处不再赘述）6，点击树形图中的相应几何体，可以设置几何体的名字（Name），材料（Material），颜色（Color），透明度（Transparent）等信息，此处将电感材料设为铜（Copper）7，绘制空气域边界，根据需要点击菜单栏中的中的某个图形，此例中选择的时长方体域，在操作界面中绘制相应长方形，点击树形图中相应几何体，可以设置几何体的坐标和长宽高，要求令其完全覆盖电感并尽量对称（图中的数值仅示意用）。
8，设置空气域材料，设置方法同6，材料设为空气（air），透明度设为80% 9，设置边界条件，点击长方体空气域的边界，右击选择Assign Boundary—Radiation，点击OK。
10，设置激励条件，此例中用的是双端口激励，也可设置为单端口激励；如图，在电感两个端口外侧绘制一个参考电极，材料同样设为铜。
在参考电极与两个端口之间分别绘一个矩形平面，，矩形的两个相对的边界坐标要完全与参考电极和电感端口吻合；鼠标选定其中一个平面，右击选择Assign Excitation—Lumped port，命名为1，设置阻抗50欧，点击下一步，点击Integration Line—NewLine，在所选平面上画出一条直线，从参考电极侧中点指向电感端口侧中点（鼠标位于矩形边缘中电时回显示一个三角形），点击下一步，点击完成。
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)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Driven Terminal（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。
利用HFSS优化法快速确定天线的相位中心详细教程1.什么是天线相位中心天线所辐射出的电磁波在离开天线一定的距离后，其等相位面会近似为一个球面，该球面的球心即为该天线的等效相位中心，如下图（虚线表示该天线的等相位面，在离开天线一定距离后，虚线近似为圆形（最外面一圈），其圆心即为天线的等效相位中心）：2.HFSS优化法快速确定天线的相位中心（1）用后处理变量定义相对坐标系A.HFSS》Design ProperTIes，打开DesignProperTIes 对话框;B.点击AddVariable，显示定义设计变量的属性对话框，例如定义为PhaseCenterZ，变量类型设定为PostProcessing variable，单位类型Length，本例初值设为1in；C.用Modeler》CoordinateSystem》Create》RelaTIve CS》Offset 命令定义一个相对坐标系，用前面设定的变量作为Z坐标。
后面的优化过程中可以通过变量改变坐标系定义，而无需重新求解模型。
（2）将相对坐标系用于远场设置计算点击HFSS》RadiaTIon》InsertFar Field Setup》Infinite Sphere ，定义合适的角度范围与间隔，在坐标系选项卡中，选择定义好的采用了后处理变量的相对坐标系；当相对坐标系位置改变时（通过改变变量PhaseCenterZ的值），远场量会重新计算，而无需重新仿真模型。
（3）设置优化求解A.添加一个优化（Optimization）设置B.点击SetupCalculations按钮，打开计算表达式定义的对话框，定义优化目标用于寻找相位中心，这里将优化的是场量rEPhi的峰峰连续角度。
Geometry选择前面定义的InfiniteSphere。
计算表达式为cang_deg（rEPhi），本例中的天线在Phi=0平面是Phi极化（电场沿着y轴）C.点击RangeFunction，选择Math，函数选择pk2pk，应用于整个Theta角度扫描；D.Oversweep定义了扫描的范围，本例中从-40deg到+40deg。
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。
图1：微带天线的结构一、 实验目的●利用电磁软件Ansoft HFSS 设计一款微带天线。
◆微带天线要求：工作频率为，带宽 (回波损耗S11<-10dB)大于5%。
●在仿真实验的帮助下对各种微波元件有个具体形象的了解。
二、 实验原理1、微带天线简介微带天线的概念首先是由Deschamps 于1953年提出来的，经过20年左右的发展，Munson 和Howell 于20世纪70年代初期制造出了实际的微带天线。
微带天线由于具有质量轻、体积小、易于制造等优点，现今已经广泛应用于个人无线通信中。
图1是一个简单的微带贴片天线的结构，由辐射源、介质层和参考地三部分组成。
与天线性能相关的参数包括辐射源的长度L 、辐射源的宽度W 、介质层的厚度h 、介质的相对介电常数r ε和损耗正切δtan 、介质层的长度LG 和宽度WG 。
图1所示的微带贴片天线是采用微带天线来馈电的，本次将要设计的矩形微带贴片天线采用的是同轴线馈电，也就是将同轴线街头的内心线穿过参考地和介质层与辐射源相连接。
对于矩形贴片微带天线，理论分析时可以采用传输线模型来分析其性能，矩形贴片微带天线的工作主模式是TM10模，意味着电场在长度L 方向上有2/g λ的改变，而在宽度W 方向上保持不变，如图2（a ）所示，在长度L 方向上可以看做成有两个终端开路的缝隙辐射出电磁能量，在宽度W 方向的边缘处由于终端开路，所以电压值最大电流值最小。
从图2（b ）可以看出，微带线边缘的电场可以分解成垂直于参考地的分量和平行于参考地的分量两部分，两个边缘的垂直电场分量大小相等、方向相反，平行电场分量大小相等，方向相反；因此，远区辐射电场垂直分量相互抵消，辐射电场平行于天线表面。
（a ）俯视图 （b ）侧视图图2 矩形微带贴片天线的俯视图和侧视图2、天线几何结构参数推导计算公式假设矩形贴片的有效长度设为e L ，则有2/g e L λ=式中，g λ表示波导波长，有eg ελλ/0=式中，0λ表示自由空间波长，e ε表示有效介电常数，且21)121(2121-+-++=W h r r e εεε式中，r ε表示介质的相对介电常数，h 表示介质层厚度，W 表示微带贴片的宽度。
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)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Driven Terminal（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。
利用HFSS优化法快速确定天线的相位中心详细教程1.什么是天线相位中心天线所辐射出的电磁波在离开天线一定的距离后，其等相位面会近似为一个球面，该球面的球心即为该天线的等效相位中心，如下图（虚线表示该天线的等相位面，在离开天线一定距离后，虚线近似为圆形（最外面一圈），其圆心即为天线的等效相位中心）：2.HFSS优化法快速确定天线的相位中心（1）用后处理变量定义相对坐标系A.HFSS》Design ProperTIes，打开DesignProperTIes 对话框;B.点击AddVariable，显示定义设计变量的属性对话框，例如定义为PhaseCenterZ，变量类型设定为PostProcessing variable，单位类型Length，本例初值设为1in；C.用Modeler》CoordinateSystem》Create》RelaTIve CS》Offset 命令定义一个相对坐标系，用前面设定的变量作为Z坐标。
后面的优化过程中可以通过变量改变坐标系定义，而无需重新求解模型。
（2）将相对坐标系用于远场设置计算点击HFSS》RadiaTIon》InsertFar Field Setup》Infinite Sphere ，定义合适的角度范围与间隔，在坐标系选项卡中，选择定义好的采用了后处理变量的相对坐标系；当相对坐标系位置改变时（通过改变变量PhaseCenterZ的值），远场量会重新计算，而无需重新仿真模型。
（3）设置优化求解A.添加一个优化（Optimization）设置B.点击SetupCalculations按钮，打开计算表达式定义的对话框，定义优化目标用于寻找相位中心，这里将优化的是场量rEPhi的峰峰连续角度。
Geometry选择前面定义的InfiniteSphere。
计算表达式为cang_deg（rEPhi），本例中的天线在Phi=0平面是Phi极化（电场沿着y轴）。
HFSS仿真计算平面螺旋电感1，打开HFSS软件（这里用的是ANSYS Electronics Desktop 2015）2，点击菜单栏Project—Insert HFSS Design3，设置求解类型，点击HFSS—Solution Type，在跳出的对话栏中如下图设置4，设置单位，点击菜单栏Modeler—Units设置，如图选择长度单位5，导入几何模型，点击菜单栏Modeler—Import, 在菜单中选择绘制好的电感模型（本例中所用模型为利用Solid works 2016绘制的模型，保存格式为*.IGS, 也可以自己直接在HFSS中绘制模型，此处不再赘述）6，点击树形图中的相应几何体，可以设置几何体的名字（Name），材料（Material），颜色（Color），透明度（Transparent）等信息，此处将电感材料设为铜（Copper）7，绘制空气域边界，根据需要点击菜单栏中的中的某个图形，此例中选择的时长方体域，在操作界面中绘制相应长方形，点击树形图中相应几何体，可以设置几何体的坐标和长宽高，要求令其完全覆盖电感并尽量对称（图中的数值仅示意用）。
8，设置空气域材料，设置方法同6，材料设为空气（air），透明度设为80%9，设置边界条件，点击长方体空气域的边界，右击选择Assign Boundary—Radiation，点击OK。
10，设置激励条件，此例中用的是双端口激励，也可设置为单端口激励；如图，在电感两个端口外侧绘制一个参考电极，材料同样设为铜。
在参考电极与两个端口之间分别绘一个矩形平面，，矩形的两个相对的边界坐标要完全与参考电极和电感端口吻合；鼠标选定其中一个平面，右击选择Assign Excitation—Lumped port，命名为1，设置阻抗50欧，点击下一步，点击Integration Line—New Line，在所选平面上画出一条直线，从参考电极侧中点指向电感端口侧中点（鼠标位于矩形边缘中电时回显示一个三角形），点击下一步，点击完成。
基于HFSS天线去耦仿真的设计HFSS（高频结构模拟软件）是一种广泛应用于微波与射频领域的天线设计和分析工具。
基于HFSS进行天线去耦仿真设计，是一种常见的方法，下文将探讨相关内容。
天线的去耦设计是确保天线的输入阻抗与馈源阻抗相匹配，以最大化功率传输的重要步骤。
在设计过程中，可以使用HFSS软件来模拟和优化天线的性能。
首先，进行去耦设计之前，需要先确定天线的工作频率和所需的增益和方向性。
然后，在HFSS中创建一个天线模型，选择适当的天线形状和材料参数，比如矩形或半径形状、金属导体等。
接下来，进行天线的初始仿真。
通过在HFSS中定义适当的边界条件、设置频率和网格密度等参数，模拟天线的输入阻抗和辐射特性。
然后，通过调整天线的尺寸和形状来优化天线的性能。
可以使用HFSS的参数化设计工具，自动化调整天线的参数，如长度、宽度、高度等。
在进行优化之前，可以在HFSS中设置一些目标函数，如最小化输入阻抗或最大化辐射效率等。
然后，使用HFSS的优化算法，如全局优化或局部优化方法，来自动寻找最佳的参数组合。
完成优化后，可以使用HFSS中的结果分析工具来评估天线的性能。
可以查看输入阻抗曲线、方向图、增益图等，以了解天线的频率响应和辐射特性。
另外，HFSS还可以用于天线辐射场的仿真。
可以将天线放置在所需的环境中，如车辆、建筑物等，通过HFSS进行辐射场分析和评估。
总之，基于HFSS进行天线去耦仿真设计是一种可行的方法。
它可以帮助工程师优化天线的性能，实现最佳的频率响应和辐射特性。
通过HFSS的模拟和优化工具，可以节省设计时间和成本，并提高天线的整体性能。
Ansoft2004年用户通讯 - 73 -
利用HFSS设计平面等角螺旋天线
杜起飞
北京理工大学电子工程系 100081
摘要：本文介绍了一种双臂平面等角螺旋天线的设计过程，利用ANSOFT HFSS对其结构进行了建
模和仿真，工作频率为0.4GHz～3GHz，电压驻波比VSWR<2.0，增益Gain>5.0dB。
关键词：HFSS、等角螺旋天线、宽带匹配
1. 引言
天线的增益、输入阻抗、方向图等电特性参数在一个较宽的频段内保持不变或变化较小的天线称为宽频带天线。一
般情况下，天线性能参数是随频率变化的。有一类天线，它们的方向图和阻抗在相当宽的频带范围内与频率无关，这就
是所谓的非频变天线。
本文所研究的是平面等角螺旋天线，它有很宽的工作频带，具有很好的应用前景，同时也是其它等角螺旋天线研究
的基础。
2. 利用HFSS设计平面等角螺旋天线
平面等角螺旋天线在ANSOFT HFSS中的模型如图1所示。它主要由平面螺旋辐射器、馈电电路板、普通反射腔和异
形反射腔四部分组成。
2.1 平面等角螺旋天线
图1 平面等角螺旋天线在HFSS中的模型
图2 自补形平面等角螺旋天线
平面等角螺旋天线如图2所示，金属臂的四条边缘均为平面等角螺旋线。边缘1的方程为，边缘2相对于
边缘1旋转角φρρae01=δ，故其方程为。天线另一臂的边缘应使结构对称，即一臂旋转半圈将于另一臂重合，因而
有
和。图中的结构是自补形，因而)(02δφρρ−=ae)(03πφρρ−=ae)(04πδφρρ−−=ae2/πδ=。
自补形平面等角螺旋天线两臂的四条边缘曲线为：
⎪
⎪
⎪
⎩
⎪
⎪
⎪
⎨
⎧
=
=
=
=
−−−−)2(04)(03)2(0201ππφπφπφφρρρρρρρρa
a
a
a
e
e
e
e
(1)
- 74 - Ansoft2004年用户通讯
对于自补形结构，方向图的对称性最好。由于平面等角螺旋天线的表面边缘仅由角度描述，因而满足非频变天线对
形状的所有要求。
2.2 馈电电路板
由于平面等角螺旋天线是平衡对称结构，其馈电系统也应采用平衡馈电方式。同轴线是传统的超宽带馈电线，具有
良好的宽频带特性，但其馈电方式为非平衡馈电，所以需要增加相应的非平衡馈电到平衡馈电转换电路即巴伦的设计。
最常用的匹配方法为指数渐变线匹配。与双曲线渐变线、抛物渐变线、贝塞尔渐变线及切比雪夫渐变线相比较，当
5.0/1<
λ
时，指数线的反射系数是最小的，而且频带极宽。因此，本文选用指数渐变的微带线到平行双线作为平面等
角螺旋天线的馈电电路。如图3所示，巴伦由不平衡的微带结构逐渐过渡到平衡馈电的平行双线结构，其中接地板和微带
线均采用指数渐变方式，在工作频带内由输入端的50]1[Ω变为输出端的140Ω]2[]3[。
指数线阻抗变换器是指传输方向按指数规律变化
的传输线，即
az
eZzZ)0()(00=
(2)
假定渐变线长为L，变阻比为R，即
RZLZ=
)0(
)(
0
0
(3)
图3 指数渐变的微带线-双线结构示意图
则 RLaln1= (4)
当L选定后，随频率增高，波长愈短，反射系数总的趋势是越来越小。反射系数模的最大值为
LRπλ4
ln
)0(=Γ
(5)
因此，当阻抗变换比R为已知，在满足反射系数模不超过某一定值
()
max
0Γ
的条件下，可由上式确定指数线的长度
()
max
04lnΓ
=πλRL
(6)
2.3 反射腔
理论和实践证明，普通反射腔的侧壁对天线轴比和增益的影响较大，因此在设计时，在允许的尺寸范围内，应使腔
体直径尽可能大。对于普通的平面等角螺旋天线，多在腔体内添入微波吸收材料，这样做可显著提高天线的驻波比、带
宽和轴比特性，但是，天线的效率却大大下降，因此决定不加微波吸收材料。但这会使天线方向图带宽变窄。由于天线
的能量主要集中在主辐射区，当频率改变时，它的主辐射区直径也随之改变。如果能够使反射波在任意频率点，它到达
平面螺旋辐射器表面所经过的路径的长度都等于该频率波长的二分之一，那么该天线仍然满足宽频带特性。按照这种
思路，我们设计了如图1所示天线结构中的异形反射腔。
]4[
异形反射腔体设计一般满足以下几点:
⑴ 顶端直径d处的周长等于其所对应频率点的主辐射区的周长。在这里，取为最高工作频率点的波长；
⑵ 顶端直径d处到平面螺旋辐射器表面的距离h等于其所对应频率点波长的四分之一。在这里，取为最高工作频率
点波长的四分之一；
⑶ 底端直径D处的周长的取值同⑴，在这里取为最低工作频率点的波长；
⑷ 底端到平面螺旋辐射器表面的距离的取值H同⑵，在这里取为最低工作频率点波长的四分之一。
Ansoft2004年用户通讯 - 75 -
3. 仿真结果
利用ANSOFT HFSS在0.4GHz～3GHz频率范围内对天线模型进行三维电磁场仿真。在整个频率范围内，增益
Gain>5dB。其中1.5GHz的远场方向图如图4所示。最大增益约为7dB，半功率波瓣宽度为80°。天线的电压驻波比曲
线如图5所示。
=f
⒋ 结论
图4 天线远场方向图=f1.5GHz
利用ANSOFT HFSS软件可以很方便的对天线进行建模仿真。同时HFSS是一套具有高度的精确性和可靠性的微波
CAD软件。借助于它，可以缩短我们的设计时间，提高工作效率。
图5 电压驻波比曲线
参考文献：
[1] 顾瑞龙, 沈民谊. 微波技术与天线[M]. 北京: 国防工业出版社, 1980
[2] Hofer D, Tripp V. K. A low-profile broadband balun feed [J]. Antennas and Propagation Society International Symposium,
AP-S. Digest, 1993, 1 (1): 458-461
[3] 宋朝辉等. 一种平面等角螺旋天线及宽频带巴伦的研究[J]. 制导与引信,2003(6): 36-39
[4] 李连辉. 自补型阿基米德平面螺旋天线的设计与分析[J]. 遥测遥控, 2003(7): 31-36
