HFSS天线设计流程
微波仿真论坛_HFSS设计微带天线
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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。
HFSS天线设计
Prad A Pin
增益：
天线的增益是表征将输入给它的功率按特定的方向辐射的能力。 定义在相同输入功率、相同距离的条件下，天线在最大辐射方向 上的功率密度与无方向性天线在此方向上的辐射功率密度的比值， 其表达式为：
也可定义交叉极化电平的增加增益的起伏方向图主瓣宽度的变化旁瓣电平的变化或回波损耗的变化等超过某一范围时所对应的频率变化范围为该天线的带带宽的定义方法没有最好的方法只有较为恰当的方法应该在特定的应用场合下对所需的天线特性参数加以同等重要的考虑用同时满足多项指标的频率范围来确定天线带宽
天线设计与优化 — 天线基础
E j E 0
内容提要
电基本振子的辐射场 天线的主要性能参数
方向图 辐射强度 方向性系数 效率 增益 输入阻抗 回波损耗
基本天线结构
方向图：
天线的辐射场在固定距离上 随球坐标系的角坐标（θ，ϕ） 分布的图形称为天线的辐射 方向图或辐射波瓣图，简称 方向图。 完整的天线方向图应该用如 所示的三维立体方向图表示， 但是由于三维空间立体方向 图绘制复杂，工程上常用主 瓣轴的剖面图来表示。
G AD
效率：
天线效率是表征天线将输入高频能量转换为无线电波能量的有效 程度，定义为天线的辐射功率与输入功率之比：
Prad A Pin
增益：
天线的增益是表征将输入给它的功率按特定的方向辐射的能力。 定义在相同输入功率、相同距离的条件下，天线在最大辐射方向 上的功率密度与无方向性天线在此方向上的辐射功率密度的比值， 其表达式为：
导线，导线上的电流处处等幅同相。 根据电流连续性原理，在电基本振子两端将同时积存大小相等、符号
利用HFSS设计平面等角螺旋天线
利用HFSS设计平面等角螺旋天线HFSS（高频结构模拟器）是一种电磁场仿真软件，广泛应用于无线通信、射频电子、天线设计等领域。
在设计平面等角螺旋天线时，可以使用HFSS来进行仿真、优化和分析。
下面将介绍利用HFSS设计平面等角螺旋天线的步骤和注意事项。
1.定义天线的几何结构：在HFSS中，首先需要定义天线的几何形状。
对于平面等角螺旋天线，可以使用直线段和弧段来描述螺旋的几何结构。
可以选择合适的参数，如螺旋半径、线宽和线距等，来定义螺旋天线的几何形状。
2. 设置边界条件和材料属性：在进行仿真之前，需要设置适当的边界条件和材料属性。
对于平面等角螺旋天线，一般使用PEC（Perfect Electric Conductor）作为边界条件，以确保电磁波在螺旋天线表面的反射和吸收很小。
此外，还需要为天线材料设置合适的电磁参数，如相对介电常数和损耗正切等。
3.设定频率范围和场激励：在HFSS中，可以设置所需的频率范围和场激励方式。
一般来说，平面等角螺旋天线用于宽频工作，因此可以选择一个合理的工作频率范围。
对于激励方式，可以选择点源激励，即在螺旋天线的发射端施加一个适当的电流源。
4. 进行电磁波分析：在设置好几何结构、边界条件、材料属性、频率范围和场激励之后，可以进行电磁波分析。
HFSS使用有限元方法来求解Maxwell方程组，得到电磁场分布、辐射特性等结果。
5.优化和调整参数：根据仿真结果，可以对平面等角螺旋天线的几何参数进行优化和调整。
例如，可以改变螺旋半径、线宽和线距，以优化天线的电磁性能，如增益、辐射方向性等。
6.分析和评估性能：经过优化和调整之后，可以再次进行电磁波分析，得到优化后的天线性能。
可以对比不同参数设置下的性能，如频率响应、辐射图案等，进行评估和选择最佳设计。
在设计平面等角螺旋天线时1.准确地定义几何参数：几何参数的准确定义对于仿真结果的准确性至关重要。
要仔细测量几何参数，并正确输入到HFSS中。
HFSS新功能改善天线仿真设计全流程
快速精简、修复、简化模型，实现更快、更成 功的仿真
可兼容各类CAD工具及数据格式，导入与导出 直接生成用于加工的标准化2D、3D标注图纸
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© 2016 ANSYS, Inc.
August 16, 2016
ANSYS UGM2016
并行计算
• 增加的GPU加速技术 • 改善的任务提交系统
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阵列蒙版可定义复杂布阵
基于DDM的有限大阵列求解器: 1. 同样的硬件可求解更大规模阵列 2. 与同在HFSS中直接仿真同样精确 3. 采用 DDM 高效仿真大规模阵列 4. 便捷地由单元转换为有限大阵列
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© 2016 ANSYS, Inc.
August 16, 2016
合成激励大幅加速阵列求解
ANSYS UGM2016
屏蔽壳体内的赫兹偶极子
泄露 vs. 频率
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© 2016 ANSYS, Inc.
August 16, 2016
ANSYS UGM2016
流畅的辐射边界和外部场链接设置New in R17
R16 • 辐射边界需要与场源同步 • 目标的相对方向通过坐标原点和
Euler角度定义 • 不够直观，易出错
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© 2016 ANSYS, Inc.
ANSYS UGM2016
建模、修复
• HFSS 内嵌天线工具箱 ATK • 3D Component 自建模型库 • SpaceClaim 复杂模型处理
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© 2016 ANSYS, Inc.
August 16, 2016
ANSYS UGM2016
有限大阵列天线建模与仿真
端口后处理变量改变激励幅相实现波束扫描
基于HFSS的双频微带天线仿真及设计
基于HFSS的双频微带天线仿真及设计HFSS（High Frequency Structure Simulator）是一款广泛应用于天线设计领域的电磁仿真软件。
本文将基于HFSS进行双频微带天线的仿真和设计，包括仿真模型构建、参数设置、频率扫描、天线设计优化等内容。
以下是对于每个步骤的详细介绍。
首先，在HFSS软件中创建一个新的项目，然后选择"Design Type"为"Antenna"。
接下来，根据双频微带天线的特点，构建天线的几何结构。
双频微带天线通常由一个辐射贴片和一个馈电贴片组成。
辐射贴片的几何结构决定了辐射频率，馈电贴片的几何结构决定了馈电频率。
根据具体的设计要求，可以选择矩形、圆形或其他形状的贴片。
在构建天线的几何结构后，需要设置天线的材料属性。
可以选择常见的介质材料，如FR-4、Rogers等，然后设置其相对介电常数和损耗因子。
这些参数对天线的性能有重要影响，需要根据具体的设计需求进行调整。
完成材料属性设置后，需要定义辐射贴片和馈电贴片的端口。
通常，辐射贴片和馈电贴片的接地为共地，但其余部分分开。
可以通过选择适当的面来定义每个端口。
然后，设置端口的激励类型和激励参数。
常见的激励类型有电流激励和电压激励，而激励参数包括频率、幅度和相位等。
在设置好端口后，可以进行频率扫描，以获取天线的频率响应。
可以选择在一定范围内进行频率扫描，也可以单独指定感兴趣的频率点。
通过分析结果可以得到辐射和馈电贴片的共振频率，以及频率响应的带宽等信息。
如果设计的频率不满足要求，可以对几何结构和材料参数进行调整，然后重新进行频率扫描。
当天线的频率响应满足要求后，可以进行天线设计的优化。
优化的目标通常包括增加天线的增益、改善天线的辐射效率、扩展天线的带宽等。
可以通过对辐射贴片的长度、宽度、形状等进行调整，或者对馈电贴片的长度和宽度进行调整。
优化过程中，可以通过设置参数范围和优化目标，使用HFSS内置的优化算法进行自动优化。
基于HFSS的天线设计流程..
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：的超宽带天线设计实例：一、一、 建立工程建立工程菜单Project->Insert HFSS Design 二、二、 设置求解模式设置求解模式菜单HFSS->Solution Type->天线为Driven Modal 三、三、 天线模型建立天线模型建立 1、 设置模型尺寸长度单位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. 超宽带平面天线结构图图1 超宽带平面天线结构图初步设计的超宽带平面天线尺寸表1 初步设计的超宽带平面天线尺寸w=16mm l=32mm h=0.8mm wd=1.5mm l1=12mm h1=11mm w1=3mm h2=20mm h3=4mm 微带线阻抗验证：1)、采用Agilent AppCAD计算计算2、采用LineCalc计算工具（ADS中的工具）中的工具）、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，详见下图变量，详见下图中全部变量，最终如下图4、建立模型、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。
HFSS双频微带天线设计说明
一设计容简介双频工作是微带天线设计的重要课题之一，相关的设计包括使用多层金属片，具槽孔负载之矩形金属片，具矩形缺口的正方形金属片，具短金负载的金属片，倾斜槽孔耦合馈入的矩形金属片等。
其中，获得双频工作的一种最简单的方法是辐射贴片的长度对应一个频率谐振，其宽度对应另一个频率谐振，然后从对角线的一角馈电，就能使同一个辐射贴片工作于两个频率上。
其结构如图1所示。
图1故在这个设计中，L1是表示馈电点长度方向的x坐标的变量，其值为7mm,表示的中心频率为2.45GHZ，输入阻抗为50欧姆。
L2是表示馈电点的y坐标的变量，其值为10mm,表示的中心频率为1.7GHZ。
输入阻抗为50欧姆。
设计模型的中心在坐标原点上，辐射贴片的长度方向是沿着x轴方向，宽度方向是沿着y方向的。
介质基片的大小是辐射贴片的两倍，参考地面辐射贴片使用理想薄导体。
因为使用50欧姆的同轴线馈电，这里使用半径为0.6mm的材质为pec的圆柱体模型。
而与圆柱体相接的参考地面需挖出一个半径为1.5mm的圆孔，将其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，端口归一化阻抗为50欧姆。
HFSS仿真设计过程1.新建工程文件（1）运行HFSS并新建工程：双击快捷图标，启动HFSS软件。
新建一个工程文件，工程名为Dual_Patch.hfss文件。
（2）设置求解类型：选择hfss→Solution Type,选中Driven Modal,然后点击OK。
（3）设置模型长度：选择Modeler→Units选项设置为mm。
点击OK。
2.添加和定义设计变量在HF SS →Design Propertied 命令，打开设计属性对话框，然后单击对话框。
在Name文本框中输入第一个变量名称H，在value文本框中输入该变量的初始值为1.6mm。
使用相同的方法，分别定义变量L0,W0,L1,length，L2。
其初始值分别为28mm，37.26mm,7mm，30mm，10mm点击确定。
(完整版)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。
02、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。
基于HFSS的天线设计流程
基于HFSS的天线设计流程HFSS（High Frequency Structure Simulator）是一种用于高频电磁场仿真的软件工具，常用于天线设计领域。
以下是基于HFSS的天线设计流程，详述了设计前的准备、模型建立、仿真和优化等关键步骤。
一、设计准备1.需求分析：明确天线设计的要求，如频率范围、增益、方向性等。
2.材料选择：根据设计要求选择合适的材料，如介电常数、磁导率等。
二、模型建立1.创建天线几何体：使用HFSS的建模工具，绘制天线的几何形状，如导线、片状、贴片等。
2.导入材料参数：为天线几何体设置材料参数，指定介电常数和磁导率等参数。
3.锁定边界条件：确定边界条件，如天线周围是否存在接地平面或闭合结构等。
三、仿真设置1.电磁辐射频率范围：设定天线的工作频率范围。
2.网格划分：对天线模型进行网格划分，使得模型细节得到准确表达。
3.求解器设置：选择合适的求解器类型和参数，如自适应网格细化程度、计算精度等。
4.激励方式：选择天线的激励方式，如电流激励、电压激励等，设定激励位置和幅度。
四、仿真分析1.获取S参数：运行仿真分析，获得天线的S参数，即反射系数和传输系数。
2.方向图：计算天线的方向图，分析天线的辐射花样和辐射功率密度。
3.阻抗匹配：根据S参数结果，优化天线的匹配网络，以提高天线的输入阻抗匹配度。
五、优化设计1.参数化：对天线的关键参数进行参数化设置，方便后续的优化建模。
2.参数扫描分析：对参数进行范围扫描分析，观察参数变化对天线性能的影响。
3.优化算法：根据优化目标，选择合适的优化算法，如遗传算法、粒子群算法等。
4.优化迭代：根据优化算法计算出新的参数组合，重新运行仿真，比较新的性能结果。
5.反馈分析：根据优化结果进行反馈分析，调整参数范围，直至达到设计要求。
六、仿真验证1.原型制作：根据优化结果，制作实际天线样机。
2.测量验证：通过测试设备对样机进行测量，比较测量结果与仿真结果的一致性。
基于HFSS矩形微带天线仿真与设计
基于HFSS矩形微带天线仿真与设计HFSS（高频结构模拟软件）是一种专业的电磁场仿真软件，可以用于电磁场分析和天线设计。
在通信领域，天线设计是非常重要的工作，而微带天线是一种常用的天线结构之一。
本文将基于HFSS软件对矩形微带天线进行仿真与设计，以探讨其性能和特点。
矩形微带天线是一种常见的微带天线结构，其结构简单、制作方便，并且在通信系统中有着广泛的应用。
矩形微带天线的主要结构是由金属贴片和衬底组成，金属贴片通常被设计成矩形或正方形，可以直接在PCB（Printed Circuit Board）板上加工制作。
由于其结构简单并且性能良好，所以矩形微带天线备受研究者的关注。
在HFSS软件中进行微带天线的仿真与设计，需要按照以下步骤进行：1. 建立仿真模型：首先需要建立微带天线的三维模型，包括金属贴片和衬底。
在HFSS软件中，可以通过绘制结构、设置材料参数、定义边界条件等步骤来完成模型的建立。
2. 定义仿真参数：在建立好仿真模型后，需要定义仿真的频率范围、激励方式、网格密度等参数，以确保仿真的准确性和有效性。
3. 进行仿真分析：在设置好仿真参数后，可以进行频域分析或时域分析，得到微带天线的S参数、辐射场分布等重要信息，从而评估微带天线的性能。
4. 优化设计：根据仿真结果，可以对微带天线的结构参数进行调整和优化，以获得更好的性能指标，比如增益、带宽、驻波比等。
通过以上步骤，可以在HFSS软件中对矩形微带天线进行全面的仿真与设计，为微带天线的工程应用提供良好的设计基础和技术支持。
接下来，将从两个方面对基于HFSS的矩形微带天线仿真与设计进行详细介绍。
第一、HFSS仿真分析在HFSS软件中对矩形微带天线进行仿真分析，主要是评估其性能指标和辐射特性。
常见的性能指标包括带宽、增益、辐射方向图、驻波比等。
对于微带天线的带宽来说，是一个很重要的性能指标。
带宽的宽窄直接关系到天线的频率覆盖范围，在通信系统中有着重要的应用。
基于HFSS矩形微带天线仿真与设计
基于HFSS矩形微带天线仿真与设计HFSS（High Frequency Structure Simulator）是一种基于有限元法的高频电磁场仿真软件，常用于微带天线的仿真与设计。
微带天线是一种常见的高频天线，广泛应用于通信系统、雷达系统、航天航空领域等。
HFSS软件可以通过电磁场分析和仿真，帮助工程师进行微带天线的设计和优化。
以下是基于HFSS矩形微带天线仿真与设计的一般流程：1. 几何设计：确定微带天线的基本结构和尺寸。
对于矩形微带天线，需要确定矩形天线的长度和宽度。
2. 设置材料参数：选择合适的材料参数，包括介电常数和损耗 tangent。
3. 建立模型：使用HFSS软件中的设计工具，绘制微带天线的三维几何模型。
4. 设置边界条件：为模型设置适当的边界条件，包括射频端口（端口的位置和大小）和地面端口。
5. 网格划分：根据模型的尺寸和几何形状，进行网格划分。
合理的网格划分可以提高仿真结果的准确性和仿真速度。
6. 应用激励：给模型应用合适的电磁激励条件，电源电流或电压。
7. 运行仿真：通过HFSS软件运行电磁场仿真，得到微带天线的频率响应、辐射图案等关键参数。
8. 优化设计：根据仿真结果，对微带天线的参数进行优化。
可以通过调整天线的尺寸或形状，改变天线的工作频率和增益。
9. 评估性能：通过仿真结果评估微带天线的性能，包括工作频率带宽、谐振频率、辐射效率和辐射模式等。
10. 进行实验验证：对设计好的微带天线进行实际制造和测试，验证仿真结果的准确性。
HFSS矩形微带天线的仿真与设计流程主要包括几何设计、设置材料参数、建立模型、设置边界条件、网格划分、应用激励、运行仿真、优化设计、评估性能和实验验证。
通过HFSS软件的仿真和优化，可以帮助工程师设计出高性能的矩形微带天线。
HFSS天线设计流程
2. 设置求解类型
模式驱动求解—— Driven Modal • 以模式为基础计算S参数，根据各模式场的入射功率和反射功率来计算S参数矩阵的解，多数情况都可以使用模式驱动求解类型。
终端驱动求解—— Driven Terminal • 以终端为基础计算多导体传输线端口的S参数；此时，根据传输线终端的电压和电流来计算S参数矩阵的解。eγ1l1Biblioteka ,0,0 [eγl]
=
0,
e
γ
2l2
,0
0,0,
eγ 3l3
[Sdeembed ] = [eγl ][S ][eγl ]
5.设置激励方式——波端口激励（5）
波端口大小
• 波端口四周默认的边界条件是理想导体边界 • 对于波导或同轴线这类横截面闭合的器件，端口截面四周
理想匹配层 VS 辐射边界条件 • 理想匹配层因为能够完全吸收入射的电磁波，零反射，因此计算结果更精确。 • 理想匹配层表面可以距离辐射体更近，差不多λ/8即可，而辐射边界表面和辐射体之间的距离一般需要大于λ/4 • 同一个问题，使用理想匹配层仿真速度要比辐射边界条件慢
4. 设置边界条件—天线设计中常用边界条件(3)
有限导体边界——Finite Conductivity • 实际天线结构的导体部分，通常都是使用良导体，如金属铜。使用有限导体边界，可以 实现把一个平面的边界条件设置为金属铝、金属铜等良导体。
4. 设置边界条件—天线设计中常用边界条件(2)
辐射边界条件——Radiation • 在使用HFSS进行天线设计时，必须定义辐射边界条件或者理想匹配层用以模拟开放的自由空间；设计中只有定义了辐射边 界条件或者理想匹配层之后，软件才会分析计算天线的远区场。 • 辐射边界条件也称为吸收边界条件（Absorbing Boundary Condition，简称ABC），用于模拟开放的自由空间；系统在辐射边界 处吸收了电磁波，本质上可以把边界看成是延伸到空间无限远处。 • 辐射边界条件是自由空间的近似，这种近似的准确程度取决于波的传播方向与辐射边界之间的角度，以及辐射源与边界之间 的距离。辐射边界和辐射物体表面的距离一般不小于λ/4
HFSS天线设计有限元方法2
[例8] 如果甲的功率为46dBm，乙的功率为40dBm， 则可以说，甲比乙大6 dB。
[例9] 如果甲天线为12dBd，乙天线为14dBd，可以说 甲比乙小2 dB。
34
35
求解频率：2.25GHz
最大迭代处理阶段数：20
（即hfss完成仿真的最大迭代次数，如果 在这个次数之内达到了delta S的收敛值， 就可以认为达到计算要求，否则会要求修 正收敛精度和迭代次数）
每个阶段的最大delta S: 0.02
（即收敛精度，这个与端口设计有关，是 两个连续迭代求解S参数的数量变化的收 敛值即如果两次迭代过程的S参数的数 量变化和相位变化均小于这个设定值，那 么自适应分析求解就会停止，否则将继续 修改网格，直到在规定的迭代次数内达到 精度要求为止，否者结果是发散的，不能 用）
[例4] 0dBd=2.15dBi。
[例5] GSM900天线增益可以为13dBd（15dBi）， GSM1800天线增益可以为15dBd（17dBi)。
33
3、dB dB是一个表征相对值的值，当考虑甲的功率相比于乙 功率大或小多少个dB时，按下面计算公式：10lg（甲 功率/乙功率）是说，甲的功率比乙的功率大3 dB。
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9）馈电同轴线建模： 首先设置默认材料为真空 Draw>Cylinder>输入位置坐标 （-0.5, 0, 0）回车， 半径（0.16, 0, 0）回车 同轴线长度（0, 0，-0.5）回车 从properties 窗口中输入名称 coax 按住ctrl+alt,拖动鼠标变换视角
14
选择默认材料为pec， 建立同轴线的轴心 Draw>cylinder>输入 柱位置坐标（-0.5, 0, 0） 柱半径（0.07, 0, 0） 柱长（0, 0, -0.5）确认 输入名称coax_pin ok
基于HFSS矩形微带天线仿真与设计
基于HFSS矩形微带天线仿真与设计【摘要】本文基于HFSS软件，对矩形微带天线进行仿真与设计，通过分析HFSS仿真原理和矩形微带天线设计原理，提出了HFSS仿真与设计流程。
对参数进行优化分析，进行性能评估与实验结果比对。
最后总结了HFSS矩形微带天线的仿真与设计，展望未来研究方向，探讨研究成果的应用前景。
该研究意义重大，可以为微带天线的设计与应用提供重要参考，推动通信领域的发展。
【关键词】矩形微带天线、HFSS仿真、设计、原理、流程、参数优化、性能评估、实验结果、总结、展望、研究成果、应用。
1. 引言1.1 研究背景矩形微带天线是一种常见的微波天线类型，在通信领域有着广泛的应用。
随着通信技术的发展和应用，对天线设计的要求也越来越高。
研究人员对矩形微带天线的性能进行优化和改进，以满足不同应用场景的需求。
在这种背景下，基于HFSS仿真技术的矩形微带天线设计成为了一个热门的研究方向。
HFSS是一种常用的高频电磁场仿真软件，能够较为准确地模拟微波元器件的电磁场分布和特性。
通过HFSS仿真可以快速评估不同设计参数对矩形微带天线性能的影响，为设计优化提供有力支撑。
本研究旨在通过HFSS仿真与设计，对矩形微带天线进行参数优化分析，并对其性能进行评估与实验验证。
通过探究HFSS矩形微带天线的仿真与设计流程，为进一步优化微波天线设计提供参考。
本研究将结合理论分析与实验结果，总结HFSS矩形微带天线的仿真与设计经验，并展望未来对矩形微带天线设计的进一步研究方向。
1.2 研究意义通过对矩形微带天线的仿真与设计研究，可以深入理解天线的工作原理和特性，为设计更加优秀的微带天线提供理论支持。
通过参数优化分析和性能评估，可以提高矩形微带天线的性能，并且在实际工程中实现更好的应用效果。
矩形微带天线的仿真与设计研究也有助于推动天线技术的发展，促进通信技术的进步和应用场景的拓展。
本文研究的矩形微带天线仿真与设计对于推动通信技术和天线技术的发展具有重要的意义，有助于提高微带天线的性能和应用效果，同时也为相关领域的研究和实际应用提供了理论支持和实用价值。
hfss天线课程设计
hfss天线课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解并掌握HFSS软件的基本操作和天线设计原理；2. 学生能描述不同类型天线（如偶极子天线、螺旋天线等）的电磁特性；3. 学生能运用HFSS软件进行天线参数的仿真分析，如阻抗匹配、辐射图等。
技能目标：1. 学生能运用HFSS软件进行天线模型的构建和仿真实验；2. 学生能通过HFSS软件分析并优化天线设计，提高天线性能；3. 学生能运用所学知识解决实际问题，具备一定的创新设计能力。
情感态度价值观目标：1. 学生通过本课程的学习，培养对天线及电磁场领域的好奇心和兴趣；2. 学生能够认识到天线技术在通信、导航等国家重要领域的作用，增强国家使命感；3. 学生通过团队协作完成课程项目，培养沟通、合作和团队精神。
课程性质：本课程为实践性较强的课程，以HFSS软件为工具，结合课本知识，培养学生的实际操作能力和创新能力。
学生特点：学生具备一定的电磁场理论知识和计算机操作能力，对实际应用有较高的兴趣。
教学要求：教师需引导学生运用所学知识进行实际操作，注重培养学生的动手能力和解决问题的能力。
在教学过程中，关注学生的个体差异，因材施教，确保课程目标的实现。
通过课程学习，使学生能够将理论知识与实际应用相结合，提高综合素养。
二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. HFSS软件基本操作与界面介绍：使学生熟悉软件环境，掌握基本操作方法。
- 教材章节：第1章 HFSS软件概述与安装2. 天线设计原理及分类：介绍天线基本理论，分析各类天线的特点。
- 教材章节：第2章 天线原理与分类3. 天线仿真参数分析：学习天线性能参数，如阻抗匹配、辐射图等。
- 教材章节：第3章 天线性能参数4. HFSS天线建模与仿真：实际操作，构建天线模型，进行仿真实验。
- 教材章节：第4章 HFSS天线建模与仿真5. 天线优化与改进：学习优化方法，提高天线性能。
- 教材章节：第5章 天线优化与改进6. 课程项目实践：分组进行天线设计项目，培养团队协作和创新能力。
HFSS_V13天线仿真基本操作指南设计
HFSS v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、绘制常见规如此形状二、常用操作三、几种常见天线第三章参数与条件设置(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 CheckAnalyze 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：Projectn 。
由主菜单项选择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设计由主菜单项选择Project > Insert HFSS Design 或点击图标，(大口径的由主菜单项选择Project > Insert HFSS-IE Design)如此一个新的项目自动参加到工程列表中，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项选择HFSS > Solution Type〔求解类型〕，选择Driven Model或Driven Terminal〔常用〕。
注：假设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。
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HFSS天线设计流程
新建工程 设置求解类型 创建天线的结构模型 设置边界条件 设置激励方式 设置求解参数
• 包括设定求解频率和扫频参数 运行求解分析 数据后处理，查看求解结果
Optimetrics优化设计
1. 新建工程设计文件
Tools > Options > General Options
WIFI 天 线 和 射 频 电 路 设 计 培 训
HFSS天线设计概述
HFSS简介
HFSS是美国Ansoft 公司开发的全波三维电磁仿真软件，其全称为High Frequency Structure Simulator；该软件 采用有限元法，计算结果准确可靠，是业界公认的三维电磁场设计和分析的工业标准
本征模求解—— Eigenmode • 主要用于腔体的谐振问题分析，计算谐振频率和谐振频率处对应的场分布等
瞬态求解器——Transient • 时域求解器，主要用于分析脉冲激励、TDR等
3. 天线结构建模
HFSS中创建天线结构模型 • HFSS中自带物体建模功能，支持创建各种复杂的物体 模型 • 同时还支持创建参数化的物体模型
• 射频和微波无源器件设计 • 天线、天线阵列设计 • 高速数字信号究和RCS仿真 • 计算SAR • 光电器件仿真设计
HFSS天线设计流程
新建工程 求解类型 天线结构建模 边界条件 激励方式
HFSS
天线设计 流程概述
求解和扫频设置 运行求解分析 数据后处理 参数扫描分析 优化设计
• 理想导体边界 • 有限导体边界 • 辐射边界 • 理想匹配层
4. 设置边界条件—天线设计中常用边界条件(1)
理想导体边界——Perfect E • 这种边界条件的电场矢量（E-Field）垂直于物体表面。 • HFSS中，有两种边界被自动设为理想导体边界条件: 任何与背景相关联的物体表面以 及材质为理想电导体（pec）的物体表面都会被自动设置为理想导体边界。 • 设计中，为了降低模型的复杂度，经常通过给物体表面分配理想导体边界条件的方式来 实现理想导体面。
有限导体边界——Finite Conductivity • 实际天线结构的导体部分，通常都是使用良导体，如金属铜。使用有限导体边界，可以 实现把一个平面的边界条件设置为金属铝、金属铜等良导体。
4. 设置边界条件—天线设计中常用边界条件(2)
辐射边界条件——Radiation • 在使用HFSS进行天线设计时，必须定义辐射边界条件或者理想匹配层用以模拟开放的自由空间；设计中只有定义了辐射边 界条件或者理想匹配层之后，软件才会分析计算天线的远区场。 • 辐射边界条件也称为吸收边界条件（Absorbing Boundary Condition，简称ABC），用于模拟开放的自由空间；系统在辐射边界 处吸收了电磁波，本质上可以把边界看成是延伸到空间无限远处。 • 辐射边界条件是自由空间的近似，这种近似的准确程度取决于波的传播方向与辐射边界之间的角度，以及辐射源与边界之间 的距离。辐射边界和辐射物体表面的距离一般不小于λ/4
理想匹配层 VS 辐射边界条件 • 理想匹配层因为能够完全吸收入射的电磁波，零反射，因此计算结果更精确。 • 理想匹配层表面可以距离辐射体更近，差不多λ/8即可，而辐射边界表面和辐射体之间的距离一般需要大于λ/4 • 同一个问题，使用理想匹配层仿真速度要比辐射边界条件慢
4. 设置边界条件—天线设计中常用边界条件(3)
4. 设置边界条件—天线设计中常用边界条件(2)
理想匹配层——PML
。
• 天线设计中，除了可以使用辐射边界条件来模拟开放的自由空间之外，也可以选择使用理想匹配层来模拟开放的自由空
间。
• 理想匹配层（Perfectly Matched Layers，简称PML）是能够完全吸收入射电磁波的假想的各项异性材料边界，
• S、Y、Z 等参数矩阵 • 电压驻波比（VSWR） • 端口阻抗和传播常数 • 电磁场分布和电流分布 • 谐振频率、品质因数Q • 天线辐射方向图和各种天线参数，如：增益、方向性、波束宽度等 • 比吸收率（SAR） • 雷达反射截面（RCS）
HFSS简介
经过数十年年的发展，现今HFSS以其无以伦比的仿真精度和可靠性、快捷的仿真速度、方便易用的操作界面、稳定 成熟的自适应网格剖分技术，已经成为三维电磁仿真设计的首选工具和行业标准，被广泛地应用于航空、航天、电子 、半导体、计算机、通信等多个领域，帮助工程师高效地设计各种微波/高频无源器件。借助于HFSS，能够有效地降 低设计成本，缩短设计周期，增强企业的竞争力。HFSS的具体应用包括一下8个方面：
2. 设置求解类型
模式驱动求解—— Driven Modal • 以模式为基础计算S参数，根据各模式场的入射功率和反射功率来计算S参数矩阵的解，多数情况都可以使用模式驱动求解类型。
终端驱动求解—— Driven Terminal • 以终端为基础计算多导体传输线端口的S参数；此时，根据传输线终端的电压和电流来计算S参数矩阵的解。
导入结构模型 • 支持导入第三方工具创建的物体模型，如SolidWorks、
Pro/E 、 AutoCAD等
HFSS > Design Properties
4. 设置边界条件
边界条件确定场，正确地设置边界条件，是正确使用HFSS、仿真计算出准确结果的前提。 边界条件的设置步骤 边界条件的种类 天线设计中常用的边界条件
HFSS采用标准的Windows图形用户界面，简洁直观；自动化的设计流程，易学易用；稳定成熟的自适应网格剖分 技术，结果准确。使用HFSS，用户只需要创建或导入设计模型，指定模型材料属性，正确分配模型的边界条件和激 励，准确定义求解设置，软件便可以计算输出用户需要的设计结果
HFSS具有精确的场仿真器，强大的电性能分析能力和后处理功能，可以用于分析、计算并显示下列参数