1半波偶极子
HFSS_半波偶极子天线设计解析
在主菜单栏中选择HFSS----Solution Type，选中 Driven Model单选按钮，然后单击ok按钮，完 成设置。
（3）设置模型长度单位
在主菜单栏中选择Modeler----units，选择mm。
2.添加和定义设计变量 在HFSS中定义和添加如图1所示的变量。 在HFSS主菜单栏中选择HFSS----Design
▪ 对于半波偶极子天线而言，输入阻抗近似看为辐射电阻 73.2欧姆。
▪ 可见，半波偶极子天线的输入阻抗是纯电阻，易于和馈 线匹配，这也是它被较多采用的原因之一。
3.2 半波偶极子天线设计 变量定义
▪ 这里要求设计一个中心频 率为3GHz的半波偶极子 天线，天线沿z轴放置， 中心位于坐标原点，天线 材质使用理想导体，总长 度为0.48λ，半径为 λ/200.天线的馈电采用 集总端口激励方式，端口 距离为0.24mm，辐射边 界和天线的距离为λ/4。
2.添加和定义设计变量 在HFSS中定义和添加如图1所示的变量。 在HFSS主菜单栏中选择HFSS----Design
Properties命令，打开设计属性对话框，单击 ADD按钮，打开add property对话框，在add property对话框中的name输入lambda，初始值 100mm，然后单击ok。 依次定义变量length，初始值0.48*lambda；定义 变量gap，初始值0.24mm；定义变量 dip_length，初始值length/2-gap/2；定义变量 dip_radius，初始值lambda/200；定义变量 rad_radius，初始值dip_radius+lambda/4；定 义变量rad_height，初始值 dip_length+gap/2+lambda/10。 最后点确定按钮。
半波偶极子天线的垂直隔离度公式证明
该 公式 的严格 出处普 遍感 到 困惑 。就 天线 为短偶 极 子
（ 天线 长度 远 小 于波 长 ） 问题 ， 者 曾从 电磁 波基 本 理 笔
论 出发 给 出了式 （ ） １ 的数 学证 明 （ 见参考 文献 ） 就 详 。 广 泛使用 的半 波长偶 极子 天线 而言 ，可通 过一 系列 复 杂 公式求 得天 线 的互阻抗 ，然后 再基 于 ２端 １ ３微波 网
无线通信 Ｉ 峰， 睿， 周 张 陆冰松， 等
Ｒ ｄ ｏ ａ ｉ Ｃ ｍｍｕｉ ｔｎｆ ｏ ｎ ａｏ 半波偶极子天线的垂直隔离度公式证明 ｃｉ
半波偶极子天线 的垂直隔离度 公 式证 明
Ｔｈ ｏ ｅ ｉａ ｒ ａ ｉ ｎｆ ｒ ｈ ｏ ｍｕａ ｏ ｒ ｃ ｌ ｅ ｒｔ Ｉ ｃ Ｄｅ ｉ ｔ ｅ Ｆ ｒ ｌ ｆ ｖ ｏ ｏ ｔ Ｖｅ ｔ ａ ｉ
Ｋｅ ｗｏ ｄ ｙ ｒ ｓ：
Ａｎ ｅ ｎ ； ｒ ｃ Ｉｓ ｌ ｉｎ Ｔｈ ｏ ｅ ｉａ ｄ ｒ ａ ｉ ｔ ｎ ａ Ｖｅ ｔ ａ ｏａ ｏ ； ｅ ｒ ｔ ｌ ｅ ｉ ｔ ｉ ｉ ｔ ｃ ｖ ｏｎ
１ 概 述
在蜂 窝 移动 通信 系 统 的共存 分 析 和干 扰估 算 中 ．
需 计算 ２支 天线 的隔离 度 。天线 垂直 放置 是 ２个 蜂 窝 系统共 享塔 架时较 为常 见 的场 景 。工程 中一般是 用式 （ ） 估算天 线垂 直隔离 度 的。 １来
２ 数学证明
文献 给 出 了 当天 线 长 度 是 ｎ Ｉ （ Ａ２ 为 奇数 ） 下
半波偶极子天线特点
半波偶极子天线特点半波偶极子天线是一种常见的天线类型，具有许多特点和优点。
在这里，我将解释半波偶极子天线的特点，并结合标题中心扩展下的描述。
半波偶极子天线是一种全向天线，其辐射图案在水平方向上是均匀的圆形。
这意味着它可以在水平方向上以相等的强度发送和接收无线信号，而不受方向性的限制。
因此，半波偶极子天线非常适用于需要全向覆盖的应用，如无线通信基站和广播电台。
半波偶极子天线的频率范围广泛，可以覆盖从几十兆赫兹到几千兆赫兹的频段。
这使得它可以适应不同的通信系统和应用需求。
无论是用于移动通信、无线局域网还是卫星通信，半波偶极子天线都可以提供可靠的信号传输和接收。
半波偶极子天线具有较高的辐射效率和良好的阻抗匹配特性。
它的辐射效率是指天线将输入的电能转化为辐射能的能力。
由于其设计合理，半波偶极子天线可以有效地将电能转化为无线信号，并降低能量损耗。
同时，它的阻抗匹配特性使得天线能够有效地与发射或接收设备之间传递信号，减少信号的反射和损耗。
半波偶极子天线还具有较小的体积和重量。
相比其他天线类型，半波偶极子天线通常是由简单的金属材料制成，易于制造和安装。
这使得它在实际应用中具有较大的灵活性和便利性。
另外，由于其较小的体积和重量，半波偶极子天线也可以方便地安装在各种设备上，如移动电话、无线路由器等。
半波偶极子天线还具有一定的抗干扰能力。
由于其辐射图案的均匀性，半波偶极子天线可以减少外界干扰对信号的影响。
这在拥挤的无线环境中尤为重要，可以提高通信系统的可靠性和性能。
半波偶极子天线还具有一定的多频段工作能力。
通过合理设计和调整天线的物理结构，可以使其在不同频段上工作。
这使得半波偶极子天线可以满足多种应用需求，如多频段无线通信系统和多频段无线电广播。
半波偶极子天线具有全向性、频率范围广、辐射效率高、阻抗匹配好、体积小、重量轻、抗干扰能力强和多频段工作能力等特点。
在不同的无线通信和广播应用中，半波偶极子天线都可以发挥重要的作用，并提供稳定可靠的信号传输和接收。
半波偶极子天线原理
半波偶极子天线原理半波偶极子天线是一种常用的无线通信天线，其工作原理是根据麦克斯韦方程组的推导，利用电场和磁场之间的相互耦合关系实现的。
半波偶极子天线的主要原理是：当天线中通以高频电流时，电流会在天线的两个部分上产生反向的电荷分布，这个分布产生的电势差形成天线上下两个部分之间的电场。
与此同时，电场与通过电流产生的磁场相互作用，形成一个闭合的电磁场传播出去，从而实现无线信号的发射或接收。
半波偶极子天线的电场分布呈现出一个半波长的特点，这就是天线被称为半波偶极子天线的原因。
在天线的中心位置，电场的幅值最大，而在两端位置，电场的幅值逐渐减小。
同时，天线的磁场分布与电场分布相互垂直，形成一个相位差为90度的电磁波。
半波偶极子天线具有许多显著的特点，使得它被广泛应用于无线通信领域。
首先，半波偶极子天线的辐射效果良好，能够实现较远的传输距离和较强的信号强度。
其次，由于天线的结构简单，制作成本相对较低，容易进行安装和调试。
此外，半波偶极子天线具有较宽的工作频带范围，适合用于不同频段的无线通信系统。
最后，半波偶极子天线还具有高效率、抗干扰能力强等优点。
在实际应用中，半波偶极子天线的设计和布局需要根据具体应用需求进行调整。
首先，天线的长度应为波长的一半，以保证天线的辐射效果。
其次，天线的位置和方向应根据通信区域和传输距离进行选择，以实现最佳的信号覆盖。
此外，天线的高度和水平位置的调整也可以对天线的辐射方向和范围进行调控。
总之，半波偶极子天线是一种重要的无线通信天线，其工作基于电场和磁场的相互作用关系。
通过合理的设计和布局，半波偶极子天线能够实现有效的无线信号传输和接收，为无线通信系统的可靠性和性能提供了有力的支持。
希望本文能够帮助读者更好地理解和应用半波偶极子天线。
半波偶极子天线设计
微波技术与天线实验报告
3.创建天线的一个臂
将天线的臂命名为yuanzhu，并设置天线的材料为pec，透明度为0.6，位置用La
4.创建天线的另一个臂
将第一个臂进行复制，即可生成第二个臂。
Edit--Duplicate--Around Axis，Axis选
6.设置端口激励
将长方形贴片设置为激励端口，半波偶极子的输入阻抗为73.2Ω。
设置完成后进行辐射边界的设置，选中圆柱体后右键选择Assign Boundary--Radiation。
三：求解设置
检查设计的正确性，正确无误后进行下一项。
从图中可以看出，当频率为3.0GHz时，S11的值最小，为-24.07dB。
从圆图中可以看出，在3.0GHz时，天线的归一化阻值为0.8905+0.0449i 2.查看天线的电压驻波比。
从图中可以看出，当频率为2.7GHz-3.3GHz之间，电压驻波比小于2.
3.查看E场的增益图。
在Radiation节点设置E平面。
此图为电场的切面图。
从此图可以看出增益最大为z轴方向，值为2.44dB。
半波偶极子谐振基模和高次模
半波偶极子谐振基模和高次模
【原创实用版】
目录
1.半波偶极子谐振基模
2.半波偶极子谐振高次模
正文
一、半波偶极子谐振基模
半波偶极子谐振器是一种常见的微波谐振器，广泛应用于通信、广播和导航等领域。
在微波系统中，半波偶极子谐振器作为能量储存元件，可以实现微波信号的振荡、放大和滤波等功能。
半波偶极子谐振器的基模是指在谐振器中建立起稳定的振荡模式的
最小谐波。
在半波偶极子谐振器中，基模通常是偶极子模式的谐振。
偶极子模式是指电场方向与磁场方向都垂直于传播方向的一种电磁波传播模式。
在半波偶极子谐振器中，偶极子模式的基模具有最高的能量储存效率和最低的损耗。
二、半波偶极子谐振高次模
除了基模外，半波偶极子谐振器还存在高次模。
高次模是指在半波偶极子谐振器中，除了基模外，还存在的其他振荡模式。
这些模式的能量储存效率和损耗都较基模差，但可以提供更丰富的谐振特性和更高的输出功率。
半波偶极子谐振器的高次模分为三个类型：横向高次模、纵向高次模和混合高次模。
横向高次模是指电场和磁场都垂直于传播方向的高次模；纵向高次模是指电场和磁场都沿传播方向的高次模；混合高次模是指电场和磁场既垂直于传播方向又沿传播方向的高次模。
综上所述，半波偶极子谐振器既具有基模，也具有高次模。
基模是半
波偶极子谐振器的基本振荡模式，具有最高的能量储存效率和最低的损耗；而高次模则可以提供更丰富的谐振特性和更高的输出功率。
半波偶极子天线
半波偶极子天线仿真、原理二、步骤：1、新建设计工程（1）新建工程文件（2）设置求解类型【Solution Type】为"Driven Modal”（3）设置模型长度单位【Un its】为"mm ”2、添加和定义设计变量选择【Design Properties】，打开设计属性对话框，打开Add Property对话框，添加变量3、设计建模（1）创建偶极子天线模型选择【Draw】T【Cylinder】，在三维模型窗口中创建一个任意大小的圆柱体，新建的圆柱体会添加到操作历史树的Solids节点下，其默认的名称为Cylinder1设置Cylinder1的属性，名称设置为"Dipole ”，材质设置为"pec ” 双击"CreateCylinder ”节点，打开"Comman d选项卡，设置圆柱体的底面圆心坐标、半径和长度。
通过沿着坐标轴复制操作，生成偶极子天线的另一个臂。
Around Axis 】，设置如图对话框(2) 设置端口激励把当前工作平面设置为 yz 平面：在工具栏上的“XY'下拉列表框中选择“ YZ ”。
在三维模型窗口的 yz 面上创建一个任意大小的矩形面。
把矩形面的名称设置为“ Port ”。
设置矩形面的顶点坐标和大小，如图：设置该矩形面的激励方式为集总端口激励：选中该矩形面，单击右键，选择 【Assign Excitation 】f 【Lumped Port 】【Edit 】T 【Duplicate 】Lcnpcd Port : GeneralLumped Fort : lodes ：Us A DafAulti£ I;—齿 下T 爼)》|全屏显示矩形面 Port ,在矩形面的下边缘处移动鼠标指针， 当指针变成三角形时，单击确定下边缘的中点位置(即积分线的起点) ，沿z 轴向上移动鼠标指 针，当指针变成三角形时，单击确定上边缘的中点位置(即积分线的终点)。
半波偶极子天线特点
半波偶极子天线特点1.简单结构：半波偶极子天线由一个导体构成，其中中央的直线部分称为驻波馈电处，两端有一个弯曲部分形成互补的驻波端。
这种简单的结构使得制造和安装相对容易。
2.宽频带特性：半波偶极子天线具有较宽的频带特性，在设定频段范围内能够提供较好的性能。
这使得它适用于不同频率的无线通信系统，不需要频率切换或调整。
3.高辐射效率：半波偶极子天线的辐射效率较高，能够将传输的能量有效地转化为电磁波。
这种高效率的辐射使得信号传播距离更远。
4.方向性辐射特性：半波偶极子天线的辐射特性呈现出较为明显的方向性。
其主矢量辐射方向与驻波馈电处的延伸线相一致。
这种方向性使得半波偶极子天线在特定方向上具有更好的接收和发送性能。
5.低相对强度：半波偶极子天线在其驻波馈电处的电场和磁场的相对强度较低，这减少了对附近电子设备和电线的干扰。
这在家庭和工作场所的无线网络应用中尤为重要。
6.宽波束宽度：半波偶极子天线具有较宽的波束宽度，在水平和垂直方向上都能够提供较大的覆盖范围。
这使得在广播和通信领域中能够实现较好的多路径传输。
7.优良的阻抗匹配：半波偶极子天线通常与50欧姆的传输线匹配，这可以有效地减少反射和驻波现象，提高信号传输的质量。
8.广泛适用性：半波偶极子天线适用于多种应用场景，包括无线通信、网络通信、广播、电视、雷达和航空等领域。
这使得它成为了一种广泛使用的天线类型。
总之，半波偶极子天线具有结构简单、宽频带特性、高辐射效率、方向性辐射特性、低相对强度、宽波束宽度、优良的阻抗匹配和广泛适用性等特点。
这些特点使得半波偶极子天线在无线通信领域中具有重要的应用价值。
实验一、半波偶极子天线的仿真设计
实验一、半波偶极子天线的仿真设计一、设计目标设计一个半波偶极子天线，其中心工作频率为3.0GHz左右，回波损耗S11的10dB带宽大于300MHz,并给出天线的仿真模型和仿真结果（S11、VSWR、Smith圆图、输入阻抗、E面增益方向图和三维增益方向图）。
二、设计步骤1、添加和定义设计变量：将天线的相应变量定义好，如图：2、创建偶极子天线模型先建立一个圆柱体模型，作为偶极子天线的一个对称臂，再利用复制操作，生成偶极子天线的另外一个对称臂，如图：并设定好坐标参数：3、设置端口激励将工作平面设置成YZ平面，并创建矩形激励：端口阻抗设为73.2ohm，积分线从下边缘中点到上边缘中点。
4、设置辐射边界条件先创建辐射边界的圆柱体（把当前工作面设置为xy平面），并把圆柱体的名称设置为“Rad_air”，材质设置为“air”，颜色设置为浅蓝色蓝，透明度（Transparent）设置为“0.8”，圆柱体底面的圆心坐标为（0mm，0mm，-rad_height），半径为rad_radius，高度为2*rad_height。
再设置辐射边界条件，选中该圆柱体模型，单击鼠标右键，选择【Assign Boundary】→【Radiation】命令，会弹出辐射边界条件的对话框，选择“Radiating Only”，单击OK按钮，把园柱体模型“Rad_air”的表面设置为辐射边界条件。
5、求解设置先设置求解频率和网格剖分，选择主菜单【HFSS】→【Analysis Setup】→【AddSolution Setup】命令,打开Solution Setup对话框;在该对话框中，SolutionFrequency项输入求解频率3.0GHz,Maximum Number of Passes项输入最大迭代次数20，Max Delta S项输入收敛误差0.02，其他保持默认设置不变，然后单击确定按钮，退出对话框，完成求解设置。
再设置扫频，选择主菜单【HFSS】→【Analysis Setup】→【Add Frequency Sweep】命令,会弹出Select a Solution Setup对话框，在该对话框中选择Setup1,单击OK按钮;随之会弹出Edit Frequency Sweep对话框,在该对话框中，Sweep Type项选择扫描类型为Fast;在Frequency Setup栏，Type项选择LinearStep;Start项输入2.5GHz;Stop项输入3.5GHz;Step项输入0.01GHz;其他项都保留默认设置不变，最后单击对话框确定按钮，完成设置，退出对话框。
半波偶极子天线分析报告
微波技术与天线实验报告
2.添加变量
3.创建天线的一个臂
将天线的臂命名为，并设置天线的材料为，透明度为，位置用进行表示。
4.创建天线的另一个臂
将第一个臂进行复制，即可生成第二个臂。
，选择，输入，这样即可生成天线的第二个臂。
6.设置端口激励
将长方形贴片设置为激励端口，半波偶极子的输入阻抗为Ω。
设置完成后，点击，在矩形面的下边缘处移动鼠标指针，单击确定下边缘的中点位置，沿轴向上移动鼠标指针，单击确定上边缘的中点位置。
完成设置。
设置完成后进行辐射边界的设置，选中圆柱体后右键选择。
三：求解设置
将求解频率设置为，最大迭代次数为，收敛误差为。
四、设计检查
检查设计的正确性，正确无误后进行下一项。
五、查看天线的谐振点
将进行分析，然后生成天线的谐振点图：
从图中可以看出，当频率为时，的值最小，为。
六、查看天线的各项性能
.查看的史密斯圆图。
从圆图中可以看出，在时，天线的归一化阻值为。
2.查看天线的电压驻波比。
从图中可以看出，当频率为之间，电压驻波比小于. .查看场的增益图。
在节点设置平面。
设置完成后查看方向的增益图：
操作完成后，生成增益方向图：
从此图可以看出增益最大为轴方向，值为。
.查看天线的其他参数：。
半波偶极子末端效应
半波偶极子末端效应
半波偶极子天线是一种基本的电磁辐射器，其末端效应指的是天线末端由于电荷积累产生的容性加载效应，这会影响天线的谐振频率和辐射特性。
具体来说：
1. 谐振频率偏移：在理想情况下，半波偶极子天线的长度应为工作波长的一半。
然而，实际中天线有直径尺寸，导体末端的容性加载效应会导致天线的工作频率向低频偏移。
这是因为天线末端的电荷分布改变了电流路径的有效长度，从而影响了天线的谐振频率。
2. 输入阻抗变化：末端效应还会影响天线的输入阻抗。
理想半波偶极子的输入阻抗在一个很窄的频率范围内保持较高值，而实际天线由于末端效应，其阻抗带宽会有所增加。
3. 辐射效率：末端效应还可能导致辐射效率的降低，因为电荷在天线末端的积累会产生反射电流，这些反射电流会与向外辐射的电流相抵消，从而减少辐射效率。
4. 方向图变化：末端效应还会对天线的方向图产生影响，尤其是在高频端，天线的方向性可能会变得更加明显。
半波偶极子天线的末端效应是天线设计中需要考虑的重要因素，它会影响天线的谐振频率、输入阻抗、辐射效率和方向图等关键参数。
在实际应用中，设计师通常会通过加载线圈、改变天线形状或使用匹配网络等方法来补偿末端效应，以优化天线的性能。
半波偶极子缝隙建模
半波偶极子缝隙建模
首先，半波偶极子是一种常见的天线结构，它通常用于微波和
毫米波频段的通信系统中。
偶极子天线是一种非常基本的天线结构，由于其结构简单、性能稳定而被广泛应用。
半波偶极子是指其长度
为波长的一半，通常工作在共振状态。
其次，在进行缝隙建模时，我们需要考虑偶极子的几何形状、
材料特性以及工作频段等因素。
对于半波偶极子的缝隙建模，我们
需要考虑缝隙的尺寸、位置以及与偶极子主体的连接方式等。
这些
因素将直接影响到天线的辐射特性、阻抗匹配以及带宽等性能指标。
另外，建模过程中需要考虑到电磁场的分布情况，以及缝隙对
整体天线的影响。
通过电磁场模拟软件，可以对半波偶极子及其缝
隙进行三维电磁场仿真，从而得到较为准确的天线参数，如增益、
辐射方向图、驻波比等。
此外，半波偶极子缝隙建模也需要考虑到材料的损耗、工艺制
造的可行性以及实际应用中的环境因素等。
在实际工程中，还需要
对模型进行优化设计，以满足特定的性能要求。
综上所述，半波偶极子缝隙建模涉及到天线结构设计、电磁场理论、材料科学以及工程应用等多个领域，需要综合考虑各种因素才能进行全面而准确的建模分析。
资料：偶极子天线电流分布及方向图
作业11: 绘制偶极子天线电流分布及方向图曹珂1、问题描述已知偶极子天线的电流分布公式和E面、H面方向图公式，试画出天线的电流分布示意图及E面、H面方向图。
（天线的结构如图1所示）2、计算结果（1）半波偶极子天线（L=λ/2）图2 半波偶极子天线电流分布L2ao图1 偶极子天线结构图图3 半波偶极子天线方向图图4 半波偶极子天线立体方向图图5 半波偶极子天线立体方向图图6 半波偶极子天线立体方向图（2）偶极子天线（L=λ）图7 偶极子天线（L=λ）电流分布图8 偶极子天线（L=λ）方向图图9 偶极子天线（L=λ）立体方向图图10 偶极子天线（L=λ）立体方向图图11 偶极子天线（L=λ）立体方向图（3）偶极子天线（L=3λ/2）图12 偶极子天线（L=3λ/2）电流分布图13 偶极子天线（L=3λ/2）方向图图14 偶极子天线（L=3λ/2）立体方向图图15 偶极子天线（L=3λ/2）立体方向图图16 偶极子天线（L=3λ/2）立体方向图（4）电长度的变化对电流分布和方向图的影响图17 电长度的变化对电流分布的影响图18 电长度的变化对E面方向图的影响3、结果讨论1.从图中可以看出，偶极子天线的H面方向图始终为圆形，不随电长度的改变而改变；2.当偶极子天线的电长度从0.5λ向1.5λ变化时，其E面方向图主瓣宽度不断减小，并开始出现不断增大的旁瓣。
4、程序代码clear;L=1;lambda=2;k=2*pi/lambda;n=50;figure(1);%电流分布z=linspace(-L/2,L/2);i=sin(k*(L/2-abs(z)));plot(z,i,'-r');grid on;xlabel('电长度');ylabel('归一化电流');figure(2);%E面subplot(1,2,1);theta=linspace(2*pi/n,2*pi,n);f=(cos(k*L/2*cos(theta))-cos(k*L/2))./(sin(theta));maxf=max(f);f=f/maxf;polar(theta-pi/2,abs(f));title('E面方向图');%H面subplot(1,2,2);f=ones(1,n);polar(theta,f);title('H面方向图');figure(3);theta=0:pi/n:pi;phi=0:2*pi/n:2*pi;[phi,theta]=meshgrid(phi,theta);X=(cos(k*L/2*cos(theta))-cos(k*L/2))./(sin(theta)).*sin(theta).*cos(phi)/maxf; Y=(cos(k*L/2*cos(theta))-cos(k*L/2))./(sin(theta)).*sin(theta).*sin(phi)/maxf; Z=(cos(k*L/2*cos(theta))-cos(k*L/2))./(sin(theta)).*cos(theta)/maxf;mesh(X,Y,Z);hidden off;axis('square')figure(4);theta=0:pi/n:pi;phi=0:pi/n:pi;[phi,theta]=meshgrid(phi,theta);X=(cos(k*L/2*cos(theta))-cos(k*L/2))./(sin(theta)).*sin(theta).*cos(phi)/maxf; Y=(cos(k*L/2*cos(theta))-cos(k*L/2))./(sin(theta)).*sin(theta).*sin(phi)/maxf; Z=(cos(k*L/2*cos(theta))-cos(k*L/2))./(sin(theta)).*cos(theta)/maxf;surf(X,Y,Z);hidden off;axis('square')figure(5);theta=pi/2:pi/n/2:pi;phi=0:2*pi/n:2*pi;[phi,theta]=meshgrid(phi,theta);X=(cos(k*L/2*cos(theta))-cos(k*L/2))./(sin(theta)).*sin(theta).*cos(phi)/maxf; Y=(cos(k*L/2*cos(theta))-cos(k*L/2))./(sin(theta)).*sin(theta).*sin(phi)/maxf; Z=(cos(k*L/2*cos(theta))-cos(k*L/2))./(sin(theta)).*cos(theta)/maxf;surf(X,Y,Z);hidden off;axis('square')。
半波偶极子天线的HFSS仿真设计
半波偶极子天线的HFSS仿真设计一、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。
图1 对称振子对称结构及坐标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点对称；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。
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。
第四章-偶极子天线
• 短偶极子：
• 有限长度偶极子：偶极子天线，对称振子
偶极子天线是一种经典的、迄今为止使 用最广泛的天线，单个半波偶极子可简单地 独立使用或用作为抛物面天线的馈源，也可 采用多个半波偶极子天线组成天线阵。
标准半波偶极子天线
实际偶极子天线
用于电视接收 用于宽带通信
一、偶极子天线
二、输入阻抗的求解
1. 测量得到 2. 由辐射阻抗求输入阻抗 3. 由等效传输线法求输入阻抗
由辐射阻抗求输入阻抗
振子的输入阻抗：
PA
1 2
I
2 0
Z
A
辐射功率：
P
1 2
I
2 m
Z
设振子没有损耗，则 PA P
I
2 m
Z
I
2 0
Z
A
ZA
Im I0
2 Z
设天线振子上的电流近似按正弦规律分布，则
I0 Im sin kl
流分布是均匀的，则 dz 所产生的场为：
Z
M dz 1 r1
r0
z 0 r2 z 2
dE
j
60I zdz sine jkr r
dz
天线在M点产生的场是无数 dz 在M点产生
的场的积分：
E
l j 60I zdz sine jkr l r
代入：
Iz
I m I m
sin sin
k l k l
X
30sin
2kl c
ln
1 ka
ci4kl
2 ci2kl
cos2klsi4kl 2si2kl
2si2kl
当a 0, l 时，
4 R 73.1
半波偶极子电流分布
半波偶极子电流分布半波偶极子是一种天线结构，用于辐射或接收电磁波。
它由一个较短的导体杆和两个辐射元件组成，通常被用于无线通信领域。
在电磁学中，半波偶极子是一种理想化的电流分布模式。
半波偶极子的电流分布是指在导体杆上的电流强度随着位置的变化而变化的情况。
根据电磁场理论，半波偶极子的电流分布可以通过求解麦克斯韦方程组得到。
然而，在本文中，我们将从一个直观的角度来探讨半波偶极子的电流分布。
在半波偶极子的导体杆上，电流分布呈现出一个波动的形态。
电流在导体杆上的分布可以被描述为一个正弦函数，具有周期性的特点。
这是因为半波偶极子的导体杆长度约为电磁波的半个波长，所以在导体杆两端的电流相位相差180度。
半波偶极子的电流分布还受到辐射元件的影响。
辐射元件通常是金属片或金属环，它们与导体杆之间存在电容和电感耦合。
这些辐射元件的存在改变了导体杆上的电流分布，使其不再是简单的正弦函数。
由于辐射元件的存在，半波偶极子的电流分布在导体杆两端出现了极值点。
在极值点附近，电流分布呈现出一个局部最大值或最小值。
这种非均匀的电流分布对于半波偶极子的辐射特性具有重要影响。
半波偶极子的电流分布还受到工作频率的影响。
在不同频率下，电流分布的形态和幅度都会发生变化。
当频率接近半波偶极子的共振频率时，电流分布的波动形态会变得更加明显，并且电流幅度会增加。
除了频率的影响，半波偶极子的电流分布还受到导体杆的长度和形状的影响。
当导体杆的长度不等于半个波长时，电流分布会发生改变。
而当导体杆的形状不是直线时，电流分布也会受到影响。
总结起来，半波偶极子的电流分布是一个复杂的问题。
它受到导体杆、辐射元件、工作频率以及导体杆的长度和形状等多个因素的共同影响。
了解半波偶极子的电流分布对于设计和优化天线具有重要意义，可以提高天线的辐射效率和性能。
半波偶极子天线的HFSS
半波偶极子天线的HFSS仿真设计Xxxxxxxxxxxxxxxxxxx一、实验目的：1.以一个简单的半波偶极子天线设计为例，加深对对称阵子天线的了解；2.熟悉HFSS软件分析和设计天线的基本方法及具体操作；3.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；4.通过仿真设计掌握天线的基本参数：频率、方向图、增益等。
二、实验步骤：本次实验设计一个中心频率为3GHz的半波偶极子天线。
天线沿着Z轴放置，中心位于坐标原点，天线材质使用理想导体，总长度为0.48入，半径为X/200。
天线馈电采用集总端口激励方式，端口距离为0.24mm，辐射边界和天线的距离为入/4。
1、添加和定义设计变量参考指导书，在Add Property对话框中定义和添加如下变量：2、设计建模1）、创建偶极子天线模型首先创建一个沿Z轴方向放置的细圆柱体模型作为偶极子天线的一个臂，其底面圆心坐标为（0，0，gap/2），半径为dip_radius，长度为dip_length，材质为理想导体，模型命名为Dipole，如下：然后通过沿着坐标轴复制操作生成偶极子天线的另一个臂。
此时就创建出了偶极子2）、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，并设置端口平面的激励方式为集总端口激励。
该矩形面需要把偶极子天线的两个臂连接起来，因此顶点坐标为（0，-dip_radius，-gap/2），长度和宽度分别为2*dip_radius和gap。
如下：然后设置该矩形面的激励方式为集总端口激励。
由之前的理论分析可得，半波偶极子天线的输入阻抗为73.20，为了达到良好的阻抗匹配，将负载阻抗也设置为73.2 Q。
随后进行端口积分线的设置。
此处积分线为矩形下边缘中点到矩形上边缘中点。
3）、设置辐射边界条件要在仿真软件中计算分析天线的辐射场，必须先设置辐射边界条件。
本次设计中采用辐射边界和天线的距离为1/4个工作波长。
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附录:
3D模型
0.00 —
■1O.DO
—
-5O.DO —
-SOOO
750
AY 尸曲 1 nrsauesigni
回波损耗（S11）
15D —
Curve
hla
l*imc X¥
nd300 1.010
F『eq[G
冏
电压驻波比（VSWR ）
130 50
50 200
40
15030
170
020 0G 2
00
180 0
-20
50
■
90
110
120^
16%^0
90 80
Loo
o
uo
Curve info —
5(1,1)
Setup 1 ; Swe&p
Name Freq Ang Mag RX
ml 3 006052 7423
_G -------
0D1D6 1.0123 +0 0171i]
Smith圆图
输入阻抗
Nam亡
Curve Info
---- dB(GainTotal) Setupl : LastAdaptive FreqPSHM Phi=T>deg・
-180
增益方向图
Theta
90 0000
Ang
90 0000
Mag
2.4102
43Sle+000
4562e+000
34?6e+000
2309C+000
3130e+001
7022e+001
0913e：+001
4804C+001
8696e+001
2587e+001
647Se+001
03?0e+0Sl
4261e+001
8152e+001
2044e+001
5935e+001
9E27e+001
三维增益方向图
半波偶极子天线
一、实验目的
1.熟练使用HFSS软件。
2.掌握半波偶极子天线的原理。
二、实验原理
此次设计为一个中心频率为3GHz的半波偶极子天线，天线沿z轴放置，天线材质使用理想导体，总长度为0.48入，半径为入/200.天线馈电采用集总端口激励方式，端口距离为
0.24mm,辐射边界和天线的距离为入/4.模型图如下：
1.电流分布
对于从中心馈电的偶极子天线，其两端为开路，故电流为零。
假设将偶极子天线沿z轴放置，其中心位于坐标原点，则长度为I的偶极子天线的电流分布可以表示为：
/（左）=/o sini（； - - I W £ W 2
I o是波腹电流；k是波数，且k=2 n/入；I是偶极子天线一个臂的长度。
对于半波偶极
子天线而言，长度1=入/4。
将参数代入上式可得半波偶极子天线的电流分布为：
/（z） = /泸in（彳一归）=/O cos（kz）
下图为分析模型图：
申）讹）
0 日山
2.辐射场和方向图
已知半波偶极子天线上的电流分布，可以利用叠加原理来计算半波偶极子天线的辐射场。
经计算得半波偶极子天线的辐射场为：
加上方向特性，半波偶极天线的远区辐射电场为：
E = j 翌％卞/（&冲）略
區-百pfi （ P L . ： n g |U| 壬*
）
式中： 称为半波偶极子天线的方向性函数。
根据远区场的性质，可以求得半波偶极子天线的磁场为：
I 一 . h
（:os
H — —f x 再=j ----
可。
Z-rrr s ）n^
根据方向性函数可以绘出半波偶极子天线的归一化场强方向图，在
H 平面（B =90°）
极坐标方向图是一个圆。
在 E 平面（"为常数）中，辐射场强会随着角度 0的变化而变化, 0 =±
90°方向上场强最大， 0 =0°和0 =180°方向上场强为零。
3. 方向性系数
从半波偶极子天线的方向性函数可以计算出半波偶极子天线的功
率方向性系数为：
=1.64
以分贝表示为：■ ■' -
4 •辐射电阻
天线的平均功率密度可以用平均坡印廷矢量表示:
#三|證 日5 — | ---------- —£ --- 厂sin 砒伏I p 巴36,
6/Q
J
Jo Jo 17广
门
三、实验步骤
1、 新建设计工程
a. 运行HFSS 并新建工程
b. 设置求解类型
c. 设置模型长度单位 2、 添加和定义设计变量
I ）=
siii
半波偶极子天线的辐射功率则为:
R 表示辐射电阻，计算可得辐射电阻为:
R=73.2 Q 。
3、设计建模
a.创建偶极子天线模型
b.设置端口激励
c.设置辐射边界条件
4、求解设置
分析的半波偶极子天线的中心频率在3GHZ1近，因此，求解频率设置为3GH; 同时添加
2.5GHz~
3.5GHz的扫频设置，扫频类型选择快速扫频（Fast），分析天线在2.5GHz~3.
5GHz频段内的回波损耗和电压驻波比。
a.求解频率和网格剖分设置
设置求解频率为3GHz，自适应网格剖分的最大迭代次数为20,收敛误差为0. 02。
b.扫频设置
扫频类型选择快速扫频，扫频频率范围为2.5GHz ~3.5GHz，频率步进为0.
001GHz。
5、设计检查和仿真运算
6、HFSS天线问题的数据后处理
a.回波损耗（S11）
b.电压驻波比VSWR
c.Smith 圆图
d.输入阻抗
e.方向图
7、保存设计
四、实验结果
见附录
五、实验总结
此次实验让我对HFSS软件的使用更加熟悉，对半波偶极子天线的理论知识进步的熟悉，对天线各参数的意义理解的更加透彻。
并且我们在仿真天线之前一定要先进行理论的计算，不至于让我们在后面的仿真调试中浪费时间。