HFSS仿真分析手机PIFA天线

第1节未开槽的手机平面倒F天线（PIFA）
图1 手机PIFA天线的三维图
1.1 建立模型
天线的HFSS模型如表1及表2
表1 手机PIFA天线三维体模型
表2 手机PIFA天线的二维面模型
在HFSS中建立新的工程，在HFSS>Solution Type中选择Driven Modal。

在Modeler>Units中选择mm。

（1）创建手机电路板gnd，设置为perfect E。

（a）由工具栏选择yz平面，点击Draw Rectangle ，输入顶点位置坐标，按回车键之后，输入矩形的尺寸。

选择，点击画图的窗
口，将窗口中的矩形调整到合适大小。

双击中的rectangle1，将name栏的rectangle1改为名字gnd （b）为GroundPlane设置理想导体边界。

点击HFSS>Boundaries>Assign>Perf E在理想边界设置中，将理想边界命名为PerfE_gnd
（2）创建天线底座，材料的相对介电常数为3.3。

（a）点击Box，起始点位置坐标(0mm,0mm,0mm.)，长方体X,Y,Z三个方向的尺寸：dx=8mm，dy=30mm，dz=-28mm，在属性中将长方体改名chassis（如图2）。

图2 chasiss与gnd
（b）将材料的相对介电常数设置为3.3。

双击chassis，进入Attribute界面，点击Material右侧的栏目选择Edit（如图3（a）），进入Self Definition
界面（如图3（b）），点击Add Material进入View/Edit Material界面。

Material name设为plastic，点击确定，回到Self Definition界面，选择plastic，点击确定，回到Attribute界面，此时Material右侧栏目变为“plastic”，点击确定。

（a）
(b)
(c)
图3 设置材料界面
（3）创建Patch，设置为perfect E。

.
（a）选择yz平面,点击Rectangle，起始点位置坐标（8mm,5mm,0mm）,长、宽尺寸分别为：dy=30mm,dz=-28mm，在属性中选择改名为Patch（如图4）。

（b）为Patch设置理想导体边界，点击
HFSS>Boundaries>Assign>Perf E在理想边界设置中，将理
想边界命名为Perf_patch
图4 patch、chasiss与gnd
（4）创建feed，设置为lumped port
（a）选择xy平面，点击Rectangle，起始点位置坐标（0mm,8mm,0mm），长宽尺寸分别
为：dx:8mm,dy:0.8mm,dz:0mm.在属性中选择将其改名为feed.
（b）为feed设置激励 HFSS>Excitation>Assign>Lump port，通过勾选Use Reference下的gnd，将其为参考面（如
图5）。

图5 lumped port界面
（5）创建short，设置为perfect E。

（a）选择xy平面点击Rectangle，起始点位置坐标（0mm,16mm,0mm）长宽的尺寸分别
为:dx=8mm,dy=0.8mm,dz=0mm，在属性中选择将其改名为short。

天线整体如图6。

（b）为short设置理想金属边界，点击
HFSS>Boundaries>Assign>Perf E.在理想边界设置中，将理
想边界命名为PerfE_short。

图6 PIFA整体图（feed、short、feed与chasiss）
（6）创建Airbox，材料为vaccum，边界条件为radiation。

（a）点击Box，起始点位置坐标（-100mm,-100mm,-200mm）,长方体的X,Y,Z三个方向的尺寸分别为：dx:208mm,dy:230mm, dz:300mm，在属性中选择将长方体改名airbox。

Airbox及
天线如图7。

（b）点击HFSS>Boundaries>Radiation，其它步骤采用
缺省值。

图7 airbox及天线
1.2 求解计算
（1）设置单频
点击HFSS>Analysis Setup>Add Solution Setup.在求解设置窗口中，设置：
Solution Frequency：850MHz
Maximum Number of passes：6
Maximum Delta S per Pass：0.02
（2）设置扫频
点击HFSS>Analysis Setup>Add Sweep.选择Setup1.在扫频设置窗口中，设置：
Sweep Type：Fast
Frequency Setup Type: Linear Count
Start：0.5GHz
Stop：2.5GHz
（3）保存工程，检查后运行计算
点击检查，显示无错，然后点击运行。

（4）计算结果
点击HFSS>Results>Creat Termenal Solution Data Report>Rectangular Plot，出现界面如图8，Category列设为缺省值S Parameter，Quantity列设为缺省值，Function 列设为缺省值dB，然后点击New Report画出曲线如图8。

由图可见，此天线的|
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S<-6dB频带为850~950MHz。

11。

图8画曲线窗口
图9 |
S曲线
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11
第2节开槽的PIFA
2.1 建立模型
为增加天线的带宽使之工作于GSM1800，在Patch上开槽，槽的模型见表3。

表3 开槽PIFA的槽模型
（1）画四个槽
在第1节的PIFA模型的基础上，按照表3画出
slot1~slot4。

（2）将四个槽组合在一起
按住ctrl键同时选中slot1、slot2、slot3、slot4（变为粉色），点击Modeler>Boolean>Unite，将这四个槽组合在
一起，成为slot1。

（3）将槽从贴片patch上剪切掉
按住ctrl键同时选中patch与slot1，点击
Modeler>Boolean>Subtract，在窗口中通过及键，将Blank Parts下设置为patch，Tool Parts下设置为slot1（如图10），代表从Blank Parts列中的图形剪去Tool Parts 列中的图形。

剪切后的patch如图11。

图10 剪切界面
图11 patch上开槽
2.2 计算求解
求解频率和扫频范围与第1节相同。

再次点击检查，显示无错后点击运行。

图9为|
S曲线，可以看出，开槽后的PIFA实现了双频，
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11
-6dB频带范围分别为660MHz~820MHz，1.57GHz~1.85GHz。

图9 |
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S曲线
11。