HFSS的天线课程设计(20201005041508).docx
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和损耗正切
tan、介质层的长度LG和宽度
WG。图 1 所示的微带贴片天线是图 1：微带天线的结构
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，
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
g / 2
矩
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
L e ，则有
L e
g / 2
（1-1 ）
式中，
g 表示波导波长，有
g
0 /
e
（1-2 ）
式中， 0 表示自由空间波长，
e 表示有效介电常数，且
1
1 h
1
r
r
（1-3 ）
e
2
(1
12 )
2
2
W
式中， r 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。由此，可计算出矩形贴片的实际长度
L ，有
L L e 2 L
2 L
c 2 L （1-4 ）
2 f 0 e
2
e
式中， c 表示真空中的光速，
f 0 表示天线的工作频率， L 表示图 2（ a ）
中所示的等效辐射缝隙的长度，且有
( L 0.412h
(
e
e
0.3)(W / h 0.264) （1-5 ）
0.258)(W / h 0.8)
矩形贴片的宽度 W 可以由下式计算：
c11
r2 W
2（1-6 ）
2 f0
对于同轴线馈电的微带贴片天线，在确定了贴片长度L 和宽度 W之后，还需要确定同轴线馈点的位置，馈点的位置会影响天线的输入阻抗，在微波应用中通常是使用50的标准阻抗，因此炫耀确定馈点的位置是天线的输入阻抗等于
50。对于图 3 所示的同轴线馈电的微带贴片天线，坐标原点位于贴片的中心，以（ x f , y f）表示馈点的位置坐标。
图 3 同轴线馈电的微带天线
对于TM10模式，在W方向上电场强度不变，因此理论上W方向上的任一点都可以作为馈点，为了避免激发 TM1n模式，在 W方向上馈点的位置一般取在中心点，即
y f 0（1-7 ）在 L 方向上电场有g / 2 的改变，因此在长度L 方向上，从中心到两侧，阻抗逐渐变大，输入阻抗等于50的馈点位置可由下式计算：
x f L
（1-8 ）
2re ( L)
式中，
re (L)
r
1
r
1
h
22
(1 12 )
L
1
2（1-9 ）
上述分析都是基于参考地平面是无限大的基础上的，然而实际设计中，参考地都是有限面积的，理论分析证明了当参考地平面比微带贴片大出6h 的距离时。计算结果就可以达到足够的准确，因此设计中参考地的长度L GND和宽度 W GND 只需满足以下两式即可，即
L
GND L6h（1-10 ）
W GND W6h（1-11 ）
三、实验步骤
1、设计指标和天线几何结构参数计算
本实验的矩形微带天线的中心频率为，选用的介质板材为Rogers RO4003，其相对介电常数r 3.55 ，厚度h =5mm，天线使用同轴线馈电。根据上面的推导
公式来计算微带天线的几何尺寸，包括贴片的长度L 和宽度 W、同轴线馈点的位置坐标（ x f , y f），以及参考地的长度L GND和宽度W GND。
(1)、矩形贴片的宽度 W
把
c 3.0 108/ , 2.5,
r
3.55代入式
（
1-6
），可以计算出微带天m s f 0GHz
线矩形贴片的宽度，即
W 0.03978m39.78mm
(2)、有效介电常数e
把 h 5mm,W 39.78mm, r 3.55 代入式（1-3），可以计算出有效介电常数，即
e 3.08
(3) 、辐射缝隙的长度L
把h 5mm,W 39.78mm, e 3.08 代入式（1-5），可以计算出微带天线辐射
缝隙的长度，即
L 2.32mm
(4)、矩形贴片的长度 L
把 c
3.08 m s f
GHz
3.08,
L
2.32
mm代入式
（
1-4
），可以10 / , 2.5, e
计算出微带天线矩形贴片的长度，即
L29.55mm
(5)、参考地的长度 L GND和宽度 W GND
把 h 5mm,W 39.78mm, L29.55mm 分别代入式（1-10）和（1-11），可
以计算出微带天线参考地的长度和宽度，即
L GND59.55mm W GND69.78mm (6)、同轴线馈点的位置坐标（ x f , y f）
把r 3.55, h 5mm,W39.78mm, L 29.55mm分别代入式（1-7）、式（1-8）
和式（ 1-9 ），可以计算出微带天线同轴线馈点的位置坐标（x f , y f），即
x f8.52mm y f 0mm
2、HFSS设计和建模概述
(1) 、建模概述
本设计天线是使用同轴线馈电的微带结构，HFSS工程可以选择模式驱动求解类型。在 HFSS中如果需要计算远区辐射场，必须设置辐射边界表面或者PML
边界表面，这里使用辐射边界条件，为了保证计算得准确性，辐射边界表面距离
辐射源通常需要大于1/4 个波长。因为使用了辐射边界表面，所以同轴线馈线的
信号输入 / 输出端口位于模型内部，因此端口激励方式需要定义集总端口激励。
参考地和微带贴片使用理想导体来代替，在HFSS中可以通过给一个二维平面模型分配理想导体边界条件的方式模拟理想薄导体。参考地放置于坐标系中
z 0 的xOy平面上，由之前计算出的参考地长度L GND59.55mm，宽度
W GND 69.78mm ，这里参考地长度和宽度都取90mm。介质层位于参考地的正上方，其高度为 5mm，长度和宽度都取80mm。微带贴片放置于 z 5 的xOy平面
上，根据之前计算出的其长度和宽度的初始值分别为长度L29.55mm ，宽度
W39.78mm ，设置其长度沿着x轴方向，宽度沿着y轴方向.使用半径为0.5mm
的圆柱体模拟同轴线的内芯，圆柱体与 z 轴平行放置，圆柱体的底面圆心坐标为
（ 8.52mm,0,0 ）。设置圆柱体材质为理想导体（pec），圆柱体顶部与微带贴片相
接，底部与参考地相接，在与圆柱体相接的参考地面上需要挖出一个半径 1.5mm
的圆孔，作为信号输入输出端口，该端口的激励方式设置为集总端口激励，使用
HFSS分析设计天线一类的辐射问题，在模型建好之后，用户还必须设置辐射边
界条件。辐射边界表面距离辐射源通常需要大于1/4 个波长，时自由空间中1/4
个波长约为 30mm, 所以在这里设置辐射边界表面距离微带天线30mm ，整个微带天线模型（包括参考地、介质层和微带贴片）的长宽高为90mm 90mm 5mm，所以辐射边界表面的长宽高可以设置为160mm 160mm 60mm。
为了方便后续参数扫描分析和优化设计，在建模时分别定义设计变量
Length 、Width 和 Xf 来表示微带贴片的长度、宽度和同轴线的馈点位置。
(2)、 HFSS设计环境概述
● 求解类型：模式驱动求解
● 建模操作：
◆ 模型原型：长方体、圆柱体、矩形面、圆面
◆ 模型操作：相减操作
● 边界条件和激励
◆ 边界条件：理想导体边界、辐射边界
◆ 端口激励：集总端口激励
● 求解设置
◆ 求解频率：
◆ 扫频设置：快速扫描，扫频范围为～
●Optimetric s
◆参数扫面分析
◆优化设计
●数据后处理： S 参数扫频曲线，天线方向图， Smith 圆图等。
3、创建微带天线模型
(1)、设置求解类型为 Driven Model 和默认的长度单位为 mm。
(2)、创建参考地
在z 0 的 xOy 平面上创建一
个顶点位于 ( 45mm, 45mm) ，大小
为90mm 90mm 的矩形面作为参考
地，命名为 GND，并为其分配理想
导体边界条件。
(3)、创建介质板层
创建一个长宽高为80mm 80mm 5mm的长方体作为介质板层，介质板层的
底部位于参考地上（即 z 0 的 xOy 平面上），其顶点坐标为( 40mm, 40mm,0)，介质板的材料为 Rogers RO4003，介质板层命名为 Substrate 。
(4)、创建微带贴片
在 z 5 的 xOy 平面上创建一个顶点坐标为( 14.775mm, 19.890mm,0) ，大小为 29.55mm 39.78mm 的矩形图作为
微带贴片，命名为 Patch ，并为其分配
理想导体边界条件。
(5)、创建同轴馈线的内芯
创建一个圆柱体作为同轴馈线的
内芯，圆柱体的半径为0.5mm，长度
为 5mm ，圆柱体底部圆心坐标为，材
料为理想导体，同轴馈线命名为
Feedline 。
(6)、创建信号传输端口面
同轴馈线需要穿过参考地面，传
输信号能量。因此，需要在参考地面
GND 上开一个圆孔允许传输能量。圆孔的半径为 1.5mm ，圆心坐标为(8.52mm,0,0) ，并将其命名为Port。在
执行Modeler → Boolean → Substrate
命令时，打开如下图所示的Subtract
对话框，确认对话框的Blank Parts
栏显示的是 GND，Tools Parts栏显示
的是 Port ，表明使用参考地模型GND
减去圆面 Port ，并且为了保留圆面Port 本身，需要选中对话框的Clone tool objects before subtracting复选框。
(7)、创建辐射边界条件
创建一个长方体，其顶点坐标为
( 80mm, 80mm, 30 mm) ，长方体的长宽高为160mm 160mm 60mm。长方体模拟自由空间，因此材质是真空，长方体命名为Air 。创建好这样的一个长方
体之后，设置其四周表面为辐射边界条件。
4、设置激励端口
设置同轴线信号端口面（即圆面
Port ）的激励方式为集总端口激励。起
点坐标为 (9.02mm,0,0) ，dX , dY , dZ 分别
为1、0、0。
5、求解设置
天线的中心频率为，因此设置HFSS
的求解频率（即自适应网络部分频率）为，同时添加～的扫频设置，分析天线
在～频段内的回波损耗或者电压驻波比。如果天线的回波损耗或者电压驻波比扫频结果显示频率没有落在上，还需要添加参数扫描分析，并进行优化设计，改变微带贴片的尺寸和同轴线馈点的位置，以达到良好的天线性能。
6、设计检查和运行仿真分析
通过前面的操作，已经完成了模型创建和求解设置等 HFSS设计的前期工作，接下来就可以运行仿真
计算，并查看分析结果
了。在运行仿真计算之
前，通常需要进行设计
检查，检查设计的完整
性和正确性。通过HFSS
→ Validation Check命令，进行设计检查，弹出的“检查结果显示”对话框中
的每一项都显示图标，表示当前的 HFSS设计正确、完整。下面就可以运行相关
的仿真计算了。
7、查看天线谐振点
查看天线信号端口回波损耗（即 S11）的扫频分析结果，给出天线的谐振点。
生成如图所示的 S11在～频段内的扫频曲线报告。从图中可以看出，当 S11最小
时，频率是。
四、优化设计及结果
由上图所示的 S11扫频曲线报告可知，根据计算的尺寸设计出的微带天线谐振
频率点在，与期望的中心频率相比，存在一定的误差，所以需要进行优化设计，使
天线的谐振频率落在上。
根据理论分析可知，矩形微带天线的谐振频率由微带天线的长度和宽度决
定，贴片尺寸越小谐振频率越高。首先使用参数扫描分析功能进行参数扫描分析，
分析谐振频率点分别随着微带贴片长度Length 和宽度Width 的变化关系，然后进
行优化设计，优化微带贴片长度Length 和宽度Width ，使天线的谐振频率落在上，带宽同时也满足设计要求的 5%以上。
1、参数扫描分析
(1)、变量 Length 的扫描分析
在工程树下的 Optimctrics 节点下，添加扫描方式是 LinerStep 的变量 Length ，扫描范围是 28mm～ 31mm，间隔是。运行参数扫描分析，可以生成如下图所示的
一组 S11 曲线报告图，每一条曲线对应不同的 Length 变量值。
从上图的 S11 曲线报告可以看出，当微带贴片的宽度固定时，微带天线的谐振频率随着微带贴片长度Length 的减小而变大。当Length= 时，谐振频率点约为。
(2)、变量 Width 的扫描分析
在工程树下的Optimctrics节点下，添加扫描方式是LinerStep的变量Width ，扫描范围是 39mm～ 42mm，间隔是。运行参数扫描分析，可以生成如下图
所示的一组 S11曲线报告图，每一条曲线对应不同的Width 变量值。
从上图所示的 S11 曲线报告中可以看出，当微带贴片长度 Length 固定时，微
带贴片宽度 Width 的改变对矩形微带天线谐振频率点的影响很小。
2、优化设计
通过上面的参数扫描分析，可以知道微带贴片长度 Length 的变化对矩形微带天线谐振频率的影响显着，而微带贴片宽度 Width 的变化对矩形微带天线谐振频率点的影响很小。当 Length=，Width=时，谐振频率约为。因此进行优化设计时，只需
要优化变量 Length ，并可以设置 Length 的优化范围为 28mm～ 29mm。优化算法
选择 SNLP，目标函数取 S11 的最小值，在 HFSS中即取 dB(S(P1,P1)) 的最
小值。
从显示的优化结果中可以看出，当目标函数值最小的时候，其对应的优化变量。
3、查看优化后的天线性能
由上面的参数扫描分析可知，当 Length= ，Width=时，天线的谐振频率点在。以下将变量设置为上述优化值，查看天线的各种性能。
(1) 、查看 S11 参数
在 S11扫描曲线报告里标注出最小值点，
当Length=,Width=时，天线的谐振频率点在，此时。
Length=28.69mm,Width=时 S11 的扫描曲线
(2)、查看 S11 参数的 Smith 圆图结果
在报告图中标记处的位置，标记处显示在时，天线的归一化输入阻抗为（）。
S11 的 Smith 圆图结果
(3)、查看天线的三维增益方向图
从三维增益方向图中可以看出该微带贴片最大辐射方向是微带贴片的法向
方向，即 z 轴方向，最大增益约为。
三维增益方向图
(4)、查看平面方向图
查看天线 E 平面的方向图，该微带天线的 E 平面位于xOz平面上。生成的曲线报告为：
E平面增益方向图
(5)、查看电压驻波比
电压驻波比报告图
在 VSWR的报告图的和位置做标记，可见在～频段，VSWR<。
五、实验分析
通过之前的计算和仿真，可以发现由原理公式推导出来的Length 和Width 的参数并不能达到实验设计要求。但通过参数优化设计和参数扫描处理后，得到的参数使得设计的天线达到了实验设计要求：工作频为，带宽(回波损耗S11<-10dB)为%（ 143MHz），大于 5%（ 125GHz）。
六、实验心得体会
说实话，在此次设计实验之前，我对HFSS这个软件的认知几乎是一片空白，而对天线的设计也只是停留在简单的想法上，并不确切知道与天线相关的参数有
哪些，各个参数又是怎样影响天线性能的，而要想设计一个天线又要经过一个怎
样的过程。
不过，经过此次天线设计实验后，首先我对 HFSS这个软件的功能和操作有了较好的掌握，知道了怎样利用该软件完成天线的设计和优化工作。而在设计和仿真过程当中，也对天线的各个参数有了更加详尽的了解，对其是如何影响天线的
性能有了深刻和直观的认识。在设计之初，我首先根据一个教程设计一款天线 ( 见附图 1) ，但是经过优化后，工作频率是达到了要求，可带宽却只有设计要求的一半左右（结果见附图 2，带宽为 60MHz），虽然也想了其他方法来优化，但在带宽变宽的过程中工作频率也发生了较大的变化，最后实在没办法了（这是一个较大的遗憾），就重新根据另外一个教程做了上面的这个天线，该天线满足了所有的
设计要求。失败的原因，我感觉首先还是对这个软件的使用不是很熟悉，另外对天线性能的优化没有一个明确的思路，对设计出来的天线结构细节也不是很清
楚，所以不能在带宽和频率之间的调节中找到平衡点，即可以让双方都满足要求
的天线尺寸。
但是在此次的设计实验当中，我也得到了一些经验和认识，首先端口的激励是如何设置的，如何添加积分线等。在仿真的过程中，对参数扫描的设置也很重要，首先需要一个粗略的扫描找到参数能够满足设计要求所在的一个较小区间，
这样做，一方面节省扫描时间，另外也为下面的优化设计提供了方便。进行参数扫描时，要知道需要扫描哪些参数，通过扫描的结果来分析不同的天线参数分别是怎样影响天线性能的，这也为后面的优化设计做好了准备。例如在此次设计试验中，我们知道天线的长度对谐振频率的影响很大，但是天线的宽度对谐振频率的影响很小并且对带宽的影响也较小，所以在优化设计的过程中，只需对天线的长度优化即可。
通过实验验证还发现，由理论公式推导出来的参数并不能满足实验的设计要求，所以需要后续的参数扫描和参数的优化设计，但是计算出来的参数可以作为我们天线设计的初始值，首先让我们对参数的范围有了一个大概定量的认识，而不是在设计过程中，随便设定参数，这样既浪费时间，也很难设计出满足实验设计要求的天线来。天线设计完成后，需要通过一些参数扫描报告图来验证天线设计的正确性，所以优化设计后，先后查看了 S11参数， S11参数的 Smith 圆图，电压驻波比，天线的三维增益方向图、平面方向图等。
此次天线设计是基于微波技术与天线这门课程和软件 HFSS实现的，该实验既是对我们自己专业知识的一次检验，也锻炼了我们的实践能力，问题处理能力。
同时，通过这个设计实验，理论与实践相结合，使得我们对所学知识有了一个形象化的认识和理解。虽然在设计仿真的过程中遇到了一些小的问题，但是在与同学讨论或者问过老师后都得到了较好的解决。最后感谢王老师、郭老师在此期间，给予我们的耐心指导和宝贵意见。
附图 1原始设计天线结构图
附图 2原始设计天线S11的扫描曲线
基于HFSS矩形微带贴片天线的仿真设计报告
.. .. .. 矩形微带贴片天线的仿真设计 实验目的：运用HFSS的仿真能力对矩形微带天线进行仿真 实验容：矩形微带天线仿真：工作频率7.55GHz 天线结构尺寸如表所示： 名称起点尺寸类型材料 Sub -14.05，-16，0 28.1，32，0.794 Box Rogers 5880 （tm）GND -14.05，-16，-0.05 28.1，32，0.05 Box pec Patch -6.225，-8，0.794 12.45 , 16, 0.05 Box pec MSLine -3.1125，-8，0.794 2.49 , -8 , 0.05 Box pec Port -3.1125，-16，-0.05 2.49 ,0, 0.894 Rectangle Air -40，-40，-20 80，80，40 Box Vacumn 一、新建文件、重命名、保存、环境设置。 （1）、菜单栏File>>save as,输入0841，点击保存。 （2）. 设置激励终端求解方式：菜单栏HFSS>Solution type>Driven Termin ，点击OK。
（3）、设置模型单位：3D Modeler>Units选择mm ，点击OK。 （4）、菜单栏Tools>>Options>>Modeler Options,勾选”Edit properties of new pri”, 点击OK。 二、建立微带天线模型 (1)、插入模型设计 （2）、重命名
输入0841 (3)点击创建GND,起始点：x:-14.05，y:-16，z:-0.05，dx:28.1,dy:32,dz:0.05 修改名称为GND, 修改材料属性为 pec， (4)介质基片：点击，：x:-14.05，y:-16，z:0。dx: 28.1，dy: 32，dz: 0.794， 修 改名称为Sub，修改材料属性为Rogers RT/Duriod 5880，修改颜色为绿色，透明度0.4。
HFSS天线仿真实验报告
HFSS天线仿真实验报告 半波偶极子天线设计 通信0905 杨巨 U200913892 2012-3-7
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。 4、设置辐射边界条件 要在HFSS中计算分析天线的辐射场，则必须设置辐射边界条件。这里创建一个沿Z轴放置的圆柱模型，材质为空气。把圆柱体的表面设置为辐射边界条件。 5、外加激励求解设置 分析的半波偶极子天线的中心频率在3G Hz，同时添加2.5 G Hz ~3.5 G Hz频段内的扫频设置，扫频类型为快速扫频。
基于HFSS的天线设计
一、实验目的 ?利用电磁软件An soft HFSS设计一款微带天线。 ?微带天线要求：工作频率为2.5GHz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和 损耗正切tan、介质层的长度LG和宽度WG 图1所示的微带贴片天线是 图1:微带天线的结构 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g/2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。
实验二电磁波发射天线的模拟仿真
实验二电磁波发射天线的模拟仿真电动力学实验报告电磁波发射天线的模拟仿真 学院: 应用科学学院专业班级: 学生姓名: 某某某 学号: 指导教师: 完成时间: 2013年7月2号 一、实验目的 1(熟悉并了解CST 的软件环境。 2(通过实验掌握天线的实际画法及步骤。 3(了解电磁波发射天线的模拟仿真过程，进一步了解电磁波发射现象。 二、实验原理及要求 在CST微波工作室中，通常采用瞬态求解器来计算天线，典型的天线特性，如S参量(S参数)、主瓣方向、增益、效率等，都将被自动计算和显11 示。按照如下图的天线模型形自行设计可接受2GHz左右的电磁波信号的天线并仿真出结果，同时作出一定分析。(碳纳米管的半径为R，轴向方向沿z轴，长度为L，中间馈电端口缝隙为D) 三、实验步骤 1、选择天线模板 启动CST，在弹出的“Welcome”对话框中点击“OK” 按钮，创建一个新项目。然后会看到选择模板对话框，选择 Antenna(Horn,Waveguide)，并点击OK按钮。 2、设置单位
用鼠标左键单击主菜单上的
用Sonnet Agilent HFSS设计微带天线概要
用Sonnet & Agilent HFSS设计微带天线 摘要：以一同轴线底馈微带贴片为题材，分别用Sonnet 软件及Agilent Hfss 软件进行Simulate，分析其特性。并根据结果对这两个软件作一比较。 天线模型： 天线为微带贴片天线，馈电方式为50Ω同轴线底馈，中心频率3GHz ξ=，尺寸56mm*52mm*3.175mm 基片采用Duroid材料 2.33 r Patch ：30mm*30mm 馈电点距Patch中心7mm处。 参见下图。 一.Sonnet 参数设置如下图：
介质层按照天线指标予以设置： 画出Antenna Layout.
Top view Bottom view 其中箭头所指处为via，并在GND层加上via port. 即实现了对Patch的底馈。 至此，Circuit Edit完成。下一步对其进行模拟。Array模拟结果： S11，即反射系数图：
可见中心频率在3G附近，。 进一步分析电流分布： 在中心频率的附近，取3G，3.1G作表面电流分布图：
可见，在中心频率的电流分布较为对称。符合设计的要求。 远区场方向图： 选取了若干个频率点绘制远区场增益图。从中可以看到，中心频率的增益较边缘为大。 符合设计的要求。
二.Agilent Hfss Agilent Hfss (high frequency structure simulator)是AGILENT公司的一个专门模拟高频无源器件的软件。较现在广泛应用的ANSOFT HFSS功能类似，但操作简单明了。能在平面结构上建模天线不同，Agilent Hfss可以精确地定义天线的立体结构。并可将馈电部分考虑在模拟因素内，按要求设定辐射界面，等等。可能在本文的例子中，由于结构比较简单，并不能充分体现这一点，但也应可见一斑。 本例与HFSS HELP中所附带的例子较为类似，因此我参照HELP文件，在HFSS5.6环境下较为顺利的完成了模拟。 用HFSS模拟天线，主要分Draw Model、Assign Material、Define Boundary、Solve、Post Process 五个步骤： ⒈Draw Model： HFSS采用的是相当流行的AUTOCAD的ENGINE，因此绘制方法与AUTOCAD大同小异，这里不在赘述。我先分Air Box、Substrate Box、Coax Line、Patch几个部分画好模型。其中COAX LINE 包括内导体（圆柱）及外层介质及外导体（环柱）；PATCH为一平面矩形，AIR BOX、SUBSTRATE BOX 为长方体。 同时，由于基板，同轴线之间会有重叠，所以应用3D OBJECTS 菜单中的Subtract命令将 重叠部分减去。
电磁兼容天线仿真实验报告
电磁场与电磁兼容 实验报告 学号： 姓名： 院系： 专业： 教师： 05月20日
半波对称振子天线阵最大辐射方向控制 实验工具 ?Expert MININEC Classic电磁场数值仿真软件 实验目的 根据要求的参数，利用仿真软件设计和分析自由空间或地面上的细、直线天线的电磁场数值，并完成以下要求： ?改变每幅天线馈电电流的相位控制最大增益的方向：要求的最大增益方向是：1. 00 ；2. 400；3. 800 （选择与自己学号后2位数最近的度数） ?根据运行结果指出： 1.增益方向性图； 2.最大增益； 3.最大增益方向。 实验参数 ?频率 f = 300MHz，波长λ = 1m ?四分之一波长单极子天线L=0.25λ，四个半波长对称振子排列在一条直线上，相邻两幅天线的间隔是四分之一波长 实验过程 ?建立几何模型：点—> 线，尺寸，环境，坐标等 半波对称振子放在 YOZ 平面内，相邻振子的间距是四分之一波长 0.25m。
图1 问题描述图2 –图4 几何模型 图3 图4 ?定义电特性：频率，电压，当前节点 ZENITH(DEG) 对应球坐标系中的θ， AZIMUTH (DEG) 对应球坐标系中的φ 图5 电特性—频率图6 馈电电流相位设置
图7 球坐标参数θ、ψ以及间隔设置 ?选择模式：辐射模式 ?求解项：近场 ?调试、运行 表格中出现“No detected violations ”表明设置正确 图8 选择运行平面图9 调试结果 ?显示结果 3D display 显示所设计天线的图形 天线增益方向性图中给出了最大增益值和最大增益方向、以及半功率增益带宽的计算结果。
HFSS 天线设计实例
HFSS 天线设计实例 这是一种采用同轴线馈电的圆极化微带天线 切角实现圆极化 设计目标!(具体参数可能不精确，望大家谅解)主要讲解HFSS操作步骤! GPS微带天线:介质板:厚度:2mm,介电常数:2.2,大小:100mm*100mm 工作频率:1.59GHz,圆极化(左旋还是右旋这里不讲了哈),天线辐射在上半平面覆盖! 50欧同轴线馈电, 1、计算参数 首先根据经验公式计算出天线的基本参数，便于下一步建立模型。 贴片单元长度、宽度（正方形贴片长宽相等）、馈电点位置，分离单元长度.下表是经HFSS分析后选择的一组参数：
2、建立模型 首先画出基板50mm*50mm*2mm 的基板 起名为substrate 介电常数设置为如图2.2的，可以调整color颜色和transparent透明度便于观察 按Ctrl+D可以快速的使模型全可见！按住Ctrl+Alt键，拖动鼠标可以使3D模型自由旋转同理，我们画贴片：
1、在基板上画出边长65mm（假设用公式算出的是这么多）的正方形 2、起名为patch,颜色选绿色，透明度设为0。5 画切角是比较麻烦的 1、用画线条工具，画三线段，坐标分别是0.5.0, 5.0.0, 0.0.0 2、移动三角形，选中polyline1,选菜旦里edit\Arrange\move,先确定坐标原点或任一点为基准点，将三角形移动到左上角和贴片边沿齐平。 3、复制三角形，选中polyline1,选菜单里edit\arrange\duplicate\around axis,相对坐标轴复制，角度换成180，然后在右下角就出现了相对称的另一个三角形。 4、从patch上切掉对角上的分离单元polyline1和polyline1_1: 选中patch、polyline1和polyline1_1，选菜单里3D modeler\Boolean\Subtract 把polyline1和polyline1_1从patch上切掉最后剩下 先在介质板底面画一个100mm*100mm的正方形作为导电地板。起名为 ground 下面就是画馈源了：我们采用同轴线馈电，有两种建模方法： 1、在馈电点画一0.5mm的铜柱代表同轴线内导体，起名为feed 2、在介质板底面馈电点处画一1.5mm的圆，起名为port 3、复制port为port1,复制feed为feed1 4、复选port和feed1，执行菜单里3D Modeler\Boolean\Subtract，使port成为一个内径0.5mm外径1.5mm
HFSS天线仿真实验报告
[键入公司名称] [键入文档标题] 通信0905 杨巨 U2 2012-3-7 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。
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。 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。 4、设置辐射边界条件 要在HFSS中计算分析天线的辐射场，则必须设置辐射边界条件。这里创建一个沿Z轴放置的圆柱模型，材质为空气。把圆柱体的表面设置为辐射边界条件。 5、外加激励求解设置 分析的半波偶极子天线的中心频率在3G Hz，同时添加2.5 G Hz ~3.5 G Hz频段内的扫频设置，扫频类型为快速扫频。 6、设计检查和运行仿真计算 7、HFSS天线问题的数据后处理 具体在实验结果中阐释。 五、实验结果 1、回波损耗S11 回波损耗回波损耗是电缆链路由于阻抗不匹配所产生的反射，是一对线自身的反射，是天线设计需要关注的参数之一。 图中所示是在2.5 G Hz ~3.5 G Hz频段内的回波损耗，设计的偶极子天线中心频率约为3 G Hz，S11<-10dBd的相对带宽BW=（3.25-2.775）/3*100%=15.83%
综合实验报告LTE仿真实验
综合实验报告—LTE 学号： 姓名： 日期： 2016/2017学年第一学期
实验1 LTE无线接入网设备配置 实验目的： 1. 掌握LTE无线接入网的网元名称及其作用。 2. 掌握实验中各网元的线缆名称及其作用。 实验内容： 1. 完成一个LTE无线接入网站点机房的设备配置。 实验要求： 1. 完成大型城市万绿市A站点机房的设备配置。 实验步骤： 设备配置步骤如下： 1.单击仿真平台中的“设备配置”按钮，然后选择仿真场景中的某站点机房。 2.添加设备：包括BBU、RRU、ANT、PTN、ODF、GPS。 3.连接RRU和ANT。ANT1连接到RRU1，使用“天线跳线”，将ANT1左边1脚和 RRU的1脚，同理将对应的4脚连接起来。因为默认使用的是2×2的天线模式。 注意相互对应，不能连串。 4.连接RRU和BBU。使用“成对LC-LC光纤”，把TX0-RX0~TX2-RX2与RRU1~RRU3 对应连接起来。 5.连接BBU和GPS。使用“GPS馈线”，一端将馈线与GPS连接，另一端连接到BBU的IN 口。 6.连接BBU与PTN。使用“成对LC-LC光纤”，点击设备指示图里的BBU，将光纤接到BBU 的TXRX端口上，另一端连接到设备指示图里的PTN设备槽位1的GE1端口上。 7.连接ODF和PTN。单击ODF进入到ODF架内部，使用“成对LC-FC光纤”，将某市站 点机房和该市汇聚机房连接起来。这里要使用两对LC-FC线，分别连接到PTN的端口3和4口上。 至此，该市某站点机房的设备配置就完成了，从“设备指示图”中可观察到设备间的连接情况。 设备之间连接关系表 图3-1 万绿市核心网设备配置接口使用情况
基于HFSS的天线设计教材
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2.5GHz ，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。
双极天线方向图仿真实验报告(B5)
天线与电波传播实验报告级队区队学员姓名学号实验组别3同组人无实验日期实验成绩实验项目：双极天线方向图仿真实验 实验目的： 1.熟悉matlab 的使用。 2．加深对双极天线工作原理的理解； 3．理解双极天线的方向性及天线臂长、架设高度对 天线方向性的影响； 实验器材：计算机一台、matlab 软件。 实验原理阐述、实验方案： 双极天线可以理解成架设在地面上的对称振子，因此，研究双级天线的性质（这里主要指方向性）可以分两步进行。 1．对称振子的方向性 （1）电基本振子的远区辐射场 如果对称振子的电流分布已知，则由电基本振子的远区辐射场表达式沿对称振子几分，就可以得到对称振子的辐射场表达式。 电基本振子的远区（满足kr>>1，即πλ<<2r ）辐射场表达式如下：
?????????====θλπ=θλ=?θ-θ-?0E E H H e sin r Il 60j E e sin r 2Il j H r r jkr jkr （1-1） 式中： I——电基本振子的电流； l——电基本振子的长度； r——远区中一点到电基本振子的距离。 根据远区辐射场的性质可知，Eθ和Hφ的比值为常数（称为媒质的波阻抗），所以，在研究天线的辐射场时，只需要讨论其中的一个量即可。通常总是采用电场强度作为分析的主体。 （2）对称振子的电流分布 如果将细对称振子看成是末端开路的传输线张开形成，则细对称振子的电流分布与末端开路线上的电流分布相似，即非常接近于正弦驻波分布。 以振子中心为原点，忽略振子损耗，则细对称振子的电流分布为： ???≤+≥-=-=0 z )z l (k sin I 0z )z l (k sin I )z l (k sin I )z (I m m m （1-2） （3）对称振子的辐射场及方向函数
hfss设计天线范例
第二章创建项目 本章中你的目标是： √保存一个新项目。 √把一个新的HFSS设计加到已建的项目 √为项目选择一种求解方式 √设置设计使用的长度单位 时间：完成这章的内容总共大约要5分钟。 一.打开HFSS并保存一个新项目 1.双击桌面上的HFSS9图标，这样就可以启动HFSS。启动后的程序工作环境如图：
图2－1 HFSS工作界面 1．打开File选项(alt+F),单击Save as。2．找到合适的目录，键入项目名hfopt_ismantenna。 图2－2 保存HFSS项目 二.加入一个新的HFSS设计 1．在Project菜单，点击insert HFSS Design选项。( 或直接点击图标。)一个新的工程被加入到hfopt_ismantenna项目中，默认名为HFSSModel n。
图2－3 加入新的HFSS设计 2．为设计重命名。在项目树中选中HFSSModel1,单击鼠标右键，再点击Rename项，将设计重命名为hfopt_ismantenna。 图2－4 更改设计名
三.选择一种求解方式 1．在HFSS菜单上，点击Solution Type选项. 2．选择源激励方式，在Solution Type 对话框中选中Driven Mode项。 图2－5 选择求解类型图2－6 选择源激励方式 四.设置设计使用的长度单位
1.在3D Modeler菜单上，点击Units选项. 2.选择长度单位，在Set Model Units 对话框中选中mm项。 图2－5 选择长度单位图2－6 选择mm作为长度单位 第三章构造模型 本章中你的目标是： √建立物理模型。 √设置变量。 √设置模型材料参数 √设置边界条件和激励源 √设置求解条件 时间：完成这章的内容总共大约要35分钟。
行波天线方向图仿真实验报告(B5)
天线与电波传播实验报告 08 级队区队学员姓名学号 实验组别 3 同组人实验日期2011.12.22 实验成绩 实验项目：行波天线方向图仿真实验 实验目的： 1．加深对行波天线工作原理的理解； 2．理解行波单导线的长度对天线方向性的影响； 3．了解菱形天线的参数选取。 实验器材： 1．计算机 2．MATLAB软件 实验原理阐述、实验方案： 一、实验原理 1．行波单导线的方向性 行波单导线是指天线上电流按行波分布的单导线天线。设长度为l 的导线沿z轴放置，如图2所示，导线上电流按行波分布，即天线沿线各点电流振幅相等，相位连续滞后，其馈电点置于坐标原点。设输入端电流为I0，忽略沿线电流的衰减，则线上电流分布为
'jk z 0e I )'z (I -= （2-1） z o R r kz cos θ??l dz ′ θ 图2 行波单导线及其坐标 行波单导线辐射场的分析方子相似法与对称振，即首先把天线分割成许多个电基本振子，而后取所有电基本振子辐射场的总和，故 ?θ-θθλ =l 0)cos 'z r (jk 'jk z 0 'dz e e sin r I 60j E )cos 1(2 k l j jk r 0e )]cos 1(2 kl sin[cos 1sin e r I 60j θ--θ-θ-θλ= （2-2） 式中，r 为原点至场点的距离;θ为射线与z 轴之间的夹角。由上式可得行波单导线的方向函数为 ) cos 1()]cos 1(2 kl sin[ sin )(f θ-θ-θ =θ （2-3） 根据上式可画出行波单导线的方向图如图3所示，由图可以看出行波单导线的方向性具有如下特点：
天线实验报告
实验一 半波振子天线的制作与测试 一、实验目的 1、掌握50欧姆同轴电缆与SMA 连接器的连接方法。 2、掌握半波振子天线的制作方法。 3、掌握使用“天馈线测试仪”测试天线VSWR 和回波损耗的方法。 4、掌握采用“天馈线测试仪” 测试电缆损耗的方法。 二、实验原理 （1）天线阻抗带宽的测试 测试天线的反射系数（S 11），需要用到公式（1-1）： )ex p(||0 11θj Z Z Z Z S A A Γ=+-= （1-1） 根据公式（1-1），只要测试出来的|Γ|值低于某个特定的值，就可以说明在此条件下天线的阻抗Z A 接近于所要求的阻抗Z 0（匹配），在天线工程上，Z 0通常被规定为75Ω或者50Ω，本实验中取Z 0=50Ω。天线工程中通常使用电压驻波比（VSWR ）ρ以及回波损耗（Return Loss ，RL ）来描述天线的阻抗特性，它们和|Γ|的关系可以用公式（1-2）和（1-3）描述： | |1| |1Γ-Γ+= ρ （1-2） |)lg(|20Γ-=RL [dB] （1-3） 对于不同要求的天线，对阻抗匹配的要求也不一样，该要求列于表1-1中。 表1-1 工程上对天线的不同要求（供参考） 天线带宽 驻波系数ρ的要求 反射系数|Γ|的要求 反射损耗RL 的要求 窄带（相对带宽5%以下） ρ≤1.2或1.5 |Γ|≤0.09或0.2 ≥21dB 或14dB 宽带（相对带宽20%以下） ρ≤1.5或2 |Γ|≤0.2或0.33 ≥14dB 或10dB 超宽带 ρ≤2或2.5，甚至更大 |Γ|≤0.33或0.43 ≥10dB （2）同轴电缆的特性阻抗 本实验采用50欧姆同轴电缆，其外皮和内芯为金属，中间填充聚四氟乙烯介质（相对介电常数 2.2r ε=）。其特性阻抗计算公式如下： 060ln r b Z a ε?? = ??? （1-4） 式中 a ——内芯直径； b ——外皮内直径。
HFSS的天线课程设计(20201005041508).docx
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和损耗正切 tan、介质层的长度LG和宽度 WG。图 1 所示的微带贴片天线是图 1：微带天线的结构 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， 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 g / 2 矩 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。
HFSS天线设计实例
HFSS 天线设计实例这是一种采用同轴线馈电的圆极化微带天线 切角实现圆极化
设计目标!(具体参数可能不精确，望大家谅解)主要讲解HFSS操作步骤! GPS微带天线:介质板:厚度:2mm,介电常数:2.2,大小:100mm*100mm 工作频率:1.59GHz,圆极化(左旋还是右旋这里不讲了哈),天线辐射在上半平面覆盖! 50欧同轴线馈电, 1、计算参数 首先根据经验公式计算出天线的基本参数，便于下一步建立模型。 贴片单元长度、宽度（正方形贴片长宽相等）、馈电点位置，分离单元长度.下表是经HFSS分析后选择的一组参数： 2、建立模型 首先画出基板50mm*50mm*2mm 的基板 起名为substrate
介电常数设置为如图2.2的，可以调整color颜色和transparent透明度便于观察 按Ctrl+D可以快速的使模型全可见！按住Ctrl+Alt键，拖动鼠标可以使3D模型自由旋转 同理，我们画贴片： 1、在基板上画出边长65mm（假设用公式算出的是这么多）的正方形 2、起名为patch,颜色选绿色，透明度设为0。5 画切角是比较麻烦的 1、用画线条工具，画三线段，坐标分别是0.5.0, 5.0.0, 0.0.0 2、移动三角形，选中polyline1,选菜旦里edit\Arrange\move,先确定坐标原点或任一点为基准点，将
三角形移动到左上角和贴片边沿齐平。 3、复制三角形，选中polyline1,选菜单里edit\arrange\duplicate\around axis,相对坐标轴复制，角度换成180，然后在右下角就出现了相对称的另一个三角形。 4、从patch上切掉对角上的分离单元polyline1和polyline1_1: 选中patch、polyline1和polyline1_1，选菜单里3D modeler\Boolean\Subtract 把polyline1和polyline1_1从patch上切掉最后剩下 先在介质板底面画一个100mm*100mm的正方形作为导电地板。起名为ground 下面就是画馈源了：我们采用同轴线馈电，有两种建模方法： 1、在馈电点画一0.5mm的铜柱代表同轴线内导体，起名为feed 2、在介质板底面馈电点处画一1.5mm的圆，起名为port 3、复制port为port1,复制feed为feed1 4、复选port和feed1，执行菜单里3D Modeler\Boolean\Subtract，使port成为一个内径0.5mm外径1.5mm的圆环
半波偶极子实验报告
邢台学院 实验报告 课程名称电磁波与天线技术 实验项目2 偶极子和单极子天线设计授课教师 专业班级 实验时间 学号 学生姓名 系部数学与信息技术学院2015～2016学年度第1学期
●实验学时：4 ●实验目的及要求： 1、掌握偶极子和单极子天线的几个基本参数； 2、使用HFSS设计半波偶极子天线。 3、使用HFSS设计单极子天线。 ●实验环境： 1、Windows操作系统 2、PC连接到Internet 实验容及步骤： 1、新建设计工程。 2、添加和定义设计变量。 3、设计建模。 4、求解设置。 5、设计检查和运行仿真计算。 6、HFSS天线问题的数据后处理。 ●实验结果及体会： 1、建立工程 菜单Project->Insert HFSS Design 2、设置求解模式 菜单HFSS->Solution Type->天线为Driven Modal
3、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。 4、添加和定义设计变量。 5、设计建模 1）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2）通过沿着坐标轴复制，生成偶极子天线的另一个臂。 3)设置端口激励。 4)设置边界条件。
6、求解设置。 7、设计检查和运行仿真计算。
8、HFSS天线问题的数据后处理 1）S11扫频分析： 2）电压驻波比： 3）Smith圆图查看归一化输入阻抗： 4）输入阻抗： m1：
m2： 5）方向图： 6）三维方向图： 体会：通过仿真软件对半波偶极子设计仿真，得到符合要求的半波偶极子天线。通过仿真得到了天线的回波损耗，电压驻波比，3D方向增益图等参数。
(完整版)基于HFSS的微带天线设计毕业设计论文
烟台大学 毕业论文（设计） 基于HFSS的微带天线设计 Microstrip antenna design based on HFSS 申请学位：工学学士学位 院系：光电科学技术与信息学院
烟台大学毕业论文（设计）任务书院（系）：光电信息科学技术学院
[摘要]天线作为无线收发系统的一部分，其性能对一个系统的整体性能有着重要影响。近年来内置天线在移动终端数量日益庞大的同时功能也日益强大，对天线的网络覆盖及小型化也有了更高的要求。由于不同的通信网络间的频段差异较大，所以怎样使天线能够覆盖多波段并且同时拥有足够小的尺寸是设计内置天线的主要问题。微带天线具有体积小，重量轻，剖面薄，易于加工等诸多优点，得到广泛的研究与应用。微带天线的带宽通常小于3％，在无线通信技术中，对天线的带宽有了更高的要求；而电路集成度提高，系统对天线的体积有了更高的要求。 随着技术的进步，在不同领域对于天线的各个要求越来越高，所以对微带天线的尺寸与性能的分析有着重要的作用。对此，本文使用HFSS 软件研究了微带天线的设计方法，论文介绍及分析了天线的基本概念和相关性能参数，重点对微带天线进行了研究。 本文介绍了微带天线的分析方法，并使用HFSS 软件的天线仿真功能，对简单的微带天线进行了仿真和分析。 [关键词] 微带天线设计分析HFSS [Abstract]Antenna as part of the wireless transceiver system, its performance important impact on the overall performance of a system. Internal antenna in recent years an increasingly large number of mobile terminals while also increasingly powerful, and also network coverage and miniaturization of the antenna Band differences between the different communication networks, cover band and also problem of the design built-in antenna. Microstrip antenna with small size, light weight, thin profile, easy to process many advantages, extensive research and application. Microstrip antenna bandwidth is typically less than 3% the bandwidth of the antenna in wireless communication technology; improve the integration of the circuit the size of the antenna. As technology advances in different areas for various requirements of the antenna important role. Article uses HFSS microstrip antenna design, the paper introduces and analyzes the basic concepts and performance parameters of the antenna, with emphasis on the microstrip antenna. This article describes the analysis of the microstrip antenna and antenna simulation in HFSS simulation and analysis functions, simple microstrip antenna. [Key Words]Microstrip antenna design analysis HFSS
实验一半波振子天线仿真设计
实验一 半波振子天线仿真设计 一、实验目的： 1、 熟悉HFSS 软件设计天线的基本方法； 2、 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； 3、 通过仿真设计掌握天线的基本参数：频率、方向图、增益等。 二、预习要求 1、 熟悉天线的理论知识。 2、 熟悉天线设计的理论知识。 三、实验原理与参考电路 天线介绍 天线的定义：用来辐射和接收无线电波的装置。天线的作用：将电磁波能量转换为导波能量，或将导波能量转换为电磁波能量。 天线的基本功能 天线应尽可能多的将导波能量转变为电磁波能量，要求天线是一个良好的开放系统，其次要与发射机(或接收机)良好匹配; （1）、 天线应使电磁波能量尽量集中于需要的方向， （2）、 对来波有最大的接收; （3）、 天线应有适当的极化，以便于发射或接收规定极化的电磁波; （4）、 天线应有只够的工作带宽; 天线的分类 （1）、 按用途分：通信天线、广播电视天线、雷达天线等; （2）、 按工作波长分：长波天线、中波天线、短波天线、超短波天线、微波天线等; （3）、 按辐射元分：线天线和面天线; 天线的技术指标 大多数天线电参数是针对发射状态规定的，以衡量天线把高频电流能量转变成空间电波能量以及 定向辐射的能力。 （1） 天线方向图及其有关参数 所谓方向图，是指在离天线一定距离处，辐射场的相对场强 (归一化模值)随方向变化的曲线图。如图1所示。若天线辐射的电场 强度为E (r ,θ,φ)，把电场强度（绝对值）写成 60(,,(,) I E r f r θ?θ?=式式中I 为归算电流，对于驻波天线，通常取波腹电流I m 作为归算电流； f (θ,φ)为场强方向函数。因此，方向函数可定义为 (,,) (,)260/E r f I r θ?θ?= 式 为了便于比较不同天线的方向性，常采用归一化方向函数， 用F (θ,φ)表示，即 max max (,)(,)(,)3 (,)E f F f E θ?θ?θ?θ?== 式图1 方向图球坐标系
微带天线实验报告
微波与天线实验报告 实验名称：微带天线（Microstrip Antenna）实验指导：黎鹏老师 学院：信息学院 专业：通信国防 一、实验目的： 1.了解天线之基原理与微带天线的设计方法。 2.利用实验模组的实际测量得以了解微带天线的特性。
二、预习内容： 1．熟悉天线的理论知识。 2．熟悉天线设计的理论知识。 三、实验设备： 四、理论分析： 天线基本原理： 天线的主要功能是将电磁波发射至空气中或从空气中接收电磁波。所以天线亦可视为射频发收电路与空气的信号耦合器。在射频应用上，天线的类型与结构有许多种类。就波长特性分有八分之一波长、四分之一波长、半波天线；就结构分，常见有单极型（Monopole ）、双极型（Dipole ）、喇叭型（Horn ）、抛物型（Parabolic Disc ）、角型（Corrner ）、螺旋型（Helix ）、介电质平面型（Dielectric Patch ）及阵列型（Array ）天线。 （一）天线特性参数 1. 天线增益（Antenna Gain ’G ）： 其中 G ——天线增益 P ——与测量天线距离R 处所接收到的功率密度，Watt / m 2 Pisotropic —— 与全向性天线距离R 处所接收到的功率密度,Watt / m 2 2. 天线输入阻抗（Antenna Input Impedance ’Zin ）： 其中 Z in ——天线输入阻抗 V ——在馈入点上的射频电压 I ——在馈入点上的射频电流
以偶极天线为例，其阻抗由中心处73Ω变化到末端为2500Ω。 3. 辐射阻抗（Radiation Resistance ’Rrad ）： 2i P R av rad = 其中Pav ——天线平均辐射功率，W i ——馈入天线的有效电流，A I ——在馈入点上的射频电流 对一半波长天线而言，其辐射阻抗为73Ω。 4. 辐射效率（Radiation Efficiency ’ ηr ）： input radiated r P P = η 其中P radiated ——由天线幅射出的功率，W P input ——由馈入天线的功率，W 5. 辐射场型（Radiation Pattern ） 天线的电场强度与辐射功率的分布可利用一极坐标图来表示。 6. 半功率角（Radiation Beam Width ） 7. 方向系数（ av P P D m ax = 其中P max ——最大功率密度，W/m 2 P input ——平均幅射功率密度，W/m 2 五、实验结果分析 1. 版图设计