HFSS 天线设计实例

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【案例分析】经典HFSS仿真实例详解

【案例分析】经典HFSS仿真实例详解新朋友请点击上⽅RFsister关注我们关于仿真软件HFSS相信⼤家多少都有听过，这是⼀款⾮常强⼤好⽤的仿真软件，已经被应⽤于多个领域，当然，天线设计也离不开仿真软件。

本期⼩编为⼤家带来的是经典天线——对称振⼦天线仿真。

下⾯我们先来看看软件的简介。

HFSS – High Frequency Structure Simulator，Ansoft公司推出的三维电磁仿真软件，⽬前已被ANSYS公司收购；是世界上第⼀个商业化的三维结构电磁场仿真软件，业界公认的三维电磁场设计和分析的⼯业标准。

HFSS提供了⼀简洁直观的⽤户设计界⾯、精确⾃适应的场解器、拥有空前电性能分析能⼒的功能强⼤后处理器，能计算任意形状三维⽆源结构的S参数和全波电磁场。

HFSS软件拥有强⼤的天线设计功能，它可以计算天线参量，如增益、⽅向性、远场⽅向图剖⾯、远场3D图和3dB带宽；绘制极化特性，包括球形场分量、圆极化场分量、Ludwig第三定义场分量和轴⽐。

使⽤HFSS，可以计算：①基本电磁场数值解和开边界问题，近远场辐射问题；②端⼝特征阻抗和传输常数；③ S参数和相应端⼝阻抗的归⼀化S参数；④结构的本征模或谐振解。

⽽且，由Ansoft HFSS和Ansoft Designer构成的Ansoft⾼频解决⽅案，是⽬前唯⼀以物理原型为基础的⾼频设计解决⽅案，提供了从系统到电路直⾄部件级的快速⽽精确的设计⼿段，覆盖了⾼频设计的所有环节。

下⾯我们先来看看建⽴HFSS⼯程的⼀般过程。

（1）⾸先第⼀步是运⾏Ansoft HFSS：（2）然后单击下图红框处图标，在当前⼯程中插⼊⼀个设计：（3）选择求解类型，如下图：（4）为建⽴模型设置合适的单位，如下图：（5）在3D窗⼝中建⽴模型。

（6）设置需要的辐射边界。

（7）如果选择激励求解或激励终端求解，则需要为模型设置激励。

（8）设置求解频率及扫频操作等。

（9）点击下图按钮，检查当前⼯程的有效性。

用HFSS对宽波束圆极化天线的设计

- 122 - Ansoft2004年用户通讯用HFSS 对宽波束圆极化天线的设计房丽丽应子罡吕昕（北京理工大学信息科学技术学院100081）摘要：本文用HFSS 设计了一种新型的螺旋天线结构，将角锥螺旋与四臂螺旋的结构巧妙的结合起来，并采用了自相移结构及渐进式的平衡馈电，经HFSS 对其辐射特性进行分析以及实测结果，都说明该种天线在实现宽波束圆极化的同时，展宽了频带，且结构简单。

关键词：圆极化 HFSS 螺旋天线一引言星上测量装置及其他空间通讯设备上，需要天线具有宽波束、圆极化的性能，圆锥螺旋天线、谐振式四臂螺旋天线和微带天线都可以形成半球形的圆极化方向图。

但是考虑到天线装载在太空中，要受到高能粒子、宇宙射线的影响，以及大的温度交变，如果用微带天线的话介质层可能变脆剥落。

另外，微带天线不容易实现高的增益。

相比较下，螺旋天线不仅可以实现宽波束圆极化，还具有体积小、重量轻、结构稳定的优点，引起广泛的重视和应用。

我们这里提出了一种新型的螺旋结构，将圆锥螺旋天线与四臂螺旋天线结合起来，采用自相移实现90°相位差，采用渐变式的平衡馈电。

经过HFSS 仿真分析和实际测试，都说明该天线在实现宽波束圆极化的同时，展宽了频带，结构简单紧凑。

二螺旋天线的结构1. 辐射部分角锥螺旋天线有单螺旋、双臂螺旋等形式，这里我们采用单臂螺旋角锥螺旋天线，可以表示为ϕρρb +=0 （1）其中，ρ为圆锥顶点到螺旋线任一点的距离，ρ0为圆锥顶点到螺旋线起点的距离，b 为常数，由圆锥的锥角和螺旋线的包角决定。

谐振式四臂螺旋部分由四根螺旋臂组成，每根螺旋臂到馈电点的长度为M λ／4(M 为整数)．四根螺旋臂馈电端电流相等，相位两两相差90º；非馈电端开路(M 为奇数时)或短路(M 为偶数时)。

我们将角锥螺旋与四臂螺旋的结构结合起来。

其中，四臂螺旋的相位差通过同轴馈线末端开四个槽，分成四部分，每部分的末端与四臂螺旋的臂相连。

利用ADS和HFSS仿真微带天线案例

利用ADS和HFSS仿真微带天线案例01矩形微带天线设计原理在工程上，微带天线采用传输模法设计，在PCB板上实现，如图1(a)所示：L是微带天线长边，电场正弦变化；W是其宽边，天线的辐射槽便是宽边的边沿；ΔL是由边沿电容引起的边沿延伸。

图1(b)给出其等效电路图，可看成源阻抗通过长为L+2ΔL的传输线与负载阻抗ZL 相连，其中ZS=ZL是辐射槽的阻抗；Zin是从输入端口位置的辐射槽向里看的输入阻抗，即不包含第一个辐射槽阻抗在内的输入阻抗。

由具有任意负载阻抗的一段传输线的输入阻抗公式可得（微波工程51页）：其中，Z0为宽度W的微带线的特性阻抗，β为传播常数。

谐振时，把(2)带入(1)式得到：Zs=Zin=ZL。

这也表明半波长线不改变负载阻抗。

ΔL、εe由以下两个式子确定。

其中，W为微带天线的宽边；h为介质板的厚度；εr为相对介电常数。

W值不是很关键，通常按照下面的式子确定：02矩形微带天线ADS仿真设计。

要求：PCB基片εr=3.5，厚度h=1mm，导体厚度T=0.035mm，工作频率3GHz，输入阻抗50Ω。

2.1 几何参数计算根据式（2）-（5）计算天线几何参数。

2.2 馈线设计、ADS LineCalc工具使用（1）启动LineCalc,如图2所示。

（2）Substrate Parameters 栏中，设置PCB参数；Component Parameters 栏中，设置频率；Electrical 栏中设置阻抗和电长度。

具体设置如下：相对介电常数Er: 3.5介质厚度H: 1mm导体厚度T：0.035mm工作频率Freq:3GHz特征阻抗Z0=50Ω电长度E_Eff:180°其他为默认值。

（3）设置完成后，将Physical 栏中W和L的单位改成mm，然后点击Synthesize 栏下的“向上箭头”按钮，在Physical 栏中得到馈线的宽度为2.219360mm，长度为30.162200mm。

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随着无线通信技术的快速开展，无线通信已经广泛应用到雷达"移动通信"卫星定位"无线局域网络"卫星电视等诸多领域!而天线那么是无线通信系统号发射和接收的关键局部，它直接影响着无线通信的性。

随着移动通信中跳频"扩频等通信技术的开展，同时为了满足与多个终端的通信要求，实现多系统共用和收发共用等功能，这就要求天线在不同频段下工作。

因此天线的多频段通信技术成为现代无线通信领域迫切需要研究的问题。

微带天线有多种馈电方式，其中同轴线馈电是一种最常用的馈电方式!同轴线馈电是将同轴插座安装在接地板上，本文在一种常用的2.45GHz同轴馈电微带天线的根底上，利用HFSS三维电磁仿真软件合理设计同轴馈电的位置及改变辐射贴片的尺寸，使天线获得一个新的谐振频率，大小为1.9GHz，且输入阻抗为50Ω左右，并且对仿真结果进展了详细的分析。

最后根据仿真结果制作天线实物，在实际的电磁环境下对天线的驻波比进展测试，得到较好的效果。

1 2. 45 GHz同轴馈电微带天线参数一种常用的2. 45 GHz同轴馈电微带天线的原理图如图1和图2所示图1 中L0为辐射贴片X 轴长度，L0 = 27．9 mm; W0为辐射贴片Y 轴长度宽度，W0 = 40 mm; L1为同轴馈电点离辐射贴片中心距离，L1 = 6.6 mm。

图2 中介质基片厚度H = 1．6 mm; 介质基片介电常数ε = 4.4。

2双频微带天线设计在2．45 GHz 微带天线中的辐射贴片在X 轴方向的长度为27．9 mm，同轴线馈电点( A 点) 离辐射贴片中心距离为6．6 mm。

只需在此根底上分析给出微带天线的辐射贴片在Y 轴方向的长度和同轴线馈电点( B 点) 的位置，能够使天线能够工作于9 GHz，然后过A 点和B 点的垂直相交点( C 点) 即为需要找到的双频馈电点。

X 轴上的A 点为激发2．45 GHz 工作频率的馈电点，其输入阻抗为50 Ω左右，由于A 点位于辐射贴片Y 轴方向的中心线上，因此不会激发Y 轴上的工作频率。

(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..

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仿真工程实例 (微波器件)

LR 10 lg 1 S21 j dB
2

（5-1-3）
滤波器的相位响应为
21 ArgS21 j
（5-1-4）
由此可得该网络的群延时响应为
d 21 d d
（5-1-5）
第5章工程实例 1.Butterworth响应 1930年，Butterworth提出了一类响应函数：

（5-1-11）
其中，ε =10LAr/10-1表示带内波纹系数。该响应在复平面上的复极点为 2i 1 1 pi j cossinh j （5-1-12） 2n
1 1 1 sinh sinh n
（5-1-13）
第5章工程实例
来给出的高），由带外衰减给出模式k1的值：
L As
其中，LAs是阻带的衰减要求。
2 2 （5-1-19） 10 lg 1 10 lg 1 k2 1

第5章工程实例 (4)计算滤波器的节数n：
KK1 ' n K1 K '
（5-1-20）
其中，K是以k为模数的第一类完全椭圆积分 ;K′是以k的余模数 k ' 1 k 2 为模数的第一类完全椭圆积分 ;K1 是以 k1 为模数的第一类完全椭圆积分 ;K1′ 是以 k1 的 k1余 ' 模 1 数 k12 为模数的第一类完全椭圆积分。滤波器的节数选用大于n的整数，为n+1。
（5-1-34）
在上面所述的准椭圆函数的构造方法中，必须对等波
纹系数进行适当的修正，以得到修正后的等波纹系数 ε 1。
修正波纹系数的方法有下面两种。 (1)取ω Fn导数为零的点，得到(-1,1)内各点的最大值α ，则

Example1.3_HFSS_共面波导(CPW)馈电蝶形天线

第六节共面波导(CPW)馈电蝶形天线·这个例子教你如何在HFSS设计环境下创建、仿真、分析一个共面波导（CPW）馈电蝶形天线。

·采用集总端口（Lumped Port）激励源为共面波导（CPW）馈电F.5.6. 1参考资料Guiping Zheng, A. Z. Elsherbeni, and C. E. Smith, “A coplanar waveguide bowtie aperture antenna,”Antennas and Propagation Society International Symposium, 2002. IEEE, Volume 1, 16-21 June 2002, Page 564-567.设计回顾一） C PW槽以及天线形状将会在一个金属平面上。

试想一下端口是怎样的？二）将在8—12GHz的频段上对该天线进行分析。

试想空气体积应该设为多大？微波仿真论坛组织翻译第179 页一.开始一）启动Ansoft HFSS1．点击微软的开始按钮，选择程序，然后选择Ansoft，HFSS10程序组，点击HFSS10，进入Ansoft HFSS。

二）设置工具选项注意：为了按照本例中概述的步骤，应核实以下工具选项已设置：1．选择菜单中的工具（Tools）>选项（Options）>HFSS选项（HFSS Options）2．HFSS选项窗口：1）点击常规（General）标签a．建立新边界时，使用数据登记项的向导（Use Wizards for data entry when creating new boundaries）：勾上。

b．用几何形状复制边界（Duplicate boundaries with geometry）：勾上。

2）点击OK按钮。

3．选择菜单中的工具（Tools）>选项（Options）>3D模型选项（3D Modeler Options）4．3D模型选项（3D Modeler Options）窗口：1）点击操作（Operation）标签自动覆盖闭合的多段线（Automatically cover closed polylines）：勾上。

阵列天线HFSS分析实例.docx

内容概述
问题简介
HFSS设计步骤和设计流程
1.改名：工程名：Antenna_Array；设计名：Cell
2.设置求解类型
3.修改单位：in（英尺）
4.创建矩形波导模型
4.1创建长方体
4.2修改属性：WaveGuide,0.4
4.3修改参数：顶点（0,0,0）,X=0.4,Y=0.9,Z=1.0
5.创建自由空间模型
5.1创建长方体
5.2修改属性：Airbox,0.4
5.3修改参数：顶点（-0.05,-0.05,1）,X=0.5,Y=1.0,Z=1.0
6.设置边界条件
6.1前后表面
6.1.1前表面
6.1.2后表面（-0.05,-0.05,1） dX=0, dY=1,DZ=0
6.2左右表面6.2.1有表面
6.2.2左表面
7.设置上表面端口激励：Floquet端口激励
8.设置下表面端口激励：波端口激励
9.添加求解设置
10.设计检查
11.运行仿真分析
12.定义辐射表面
12.12D Plane
12.23D Sphere
13.查看方向图13.1查看平面方向图
13.2查看3D方向图
14.构造天线阵列
科教兴国。

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。

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。

一。

建立物理模型1．画长方体。

在Draw菜单中,点击Box选项（或直接点击图标)；图3－1 通过菜单加入一个Box2．输入参数。

按下Tab键切换到参数设置区(在工作区的右下角)，设置长方体的基坐标为（x=—22.5mm,y=—22.5mm，z=0.0mm）；按下Enter键后输入三边长度：x方向45mm， y方向45mm， z方向5mm。

HFSS天线设计-有限元方法(1)

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。 [例7] 7/8 英寸GSM900馈线的100米传输损耗约为 3.9dB。 [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。
设置端口名p1,点击下一步
终端数目：1 从终端线中选择new line 出现下列对话框，并在底部的坐标输入框中输入矢量线的位置坐标始点（-0.34,0，-0.5）长度为（-0.09,0,0）确认，下一步到完成即可。
说明两点：
（1）两种波端口加法： Wave port：假定你定义的波端口连接到一个半无限长的波导，该波导具有与端口相同的截面和材料，每个端口都是独立的激励并且在端口中每一个入射模式的平均功率为1瓦。 Lumped port：这种激励避免建立一个同轴或者波导激励，从而在一定程度上减轻了模型量，也减少了计算时间。Lumpport也可以用一个面来代表，要注意的是对该port的校准线和阻抗线的设置一定要准确，端口在空间上一定要与其他金属（或者电面）相连，否则结果记忆出错。（2）本例中波端口新线的定义位置示意
（-5，-4.5, 0）回车（10, 9， 0.32）回车
键入Sub1
键入Ctrl+D
4）建立infinite ground：Draw>Rectangle>在底部的坐标输入框中输入坐标,确认后在属性对话框中输入地的名称inf_gnd，Ok, 然后键入 CTRL+D，缩小全部显示基底
（-5，-4.5, 0）回车
（-7，-4.5, 0）回车（12, 9， 0.32）回车
键入Sub1

HFSS仿真实验报告样例

《微波技术与天线》HFSS仿真实验报告实验二印刷偶极子天线设计专业通信工程年级2011 级姓名毛佳雯学号1116428042指导老师评分一、仿真实验内容和目的使用HFSS设计一个中心频率为 2.45GHz的采用微带巴伦馈线的印刷偶极子天线，并通过HFSS软件Opitmetrics模块的参数扫描分析功能对印刷偶极子天线的一些重要结构参数进行参数扫描分析，分析这些参数对天线性能的影响。

二、设计模型简介整个天线分为5个部分，即介质层，偶极子天线臂，微带巴伦线，微带传输线，见图1。

天线各部分结构尺寸的初始值见表1。

图1印刷偶极子天线结构图（顶视图）。

表1印刷偶极子天线关键结构尺寸初始值。

批注[y1]:实际报告撰写中，表格应手动编制，不允许直接截图。

三、建模和仿真步骤1、新建 HFSS 工程，添加新设计，设置求解类型：Driven Modal。

2、创建介质层。

创建长方体，名称设为 Substrate，材质为 FR4_epoxy,颜色为深绿色，透明度为0.6。

3、创建上层金属部分1）创建上层金属片，建立矩形面，名称 Top_Patch,颜色铜黄色。

2）创建偶极子位于介质层上表面的一个臂。

画矩形面，名称 Dip_Patch,颜色铜黄色。

3）创建三角形斜切角，创建一个三角形面，把由矩形面 Top_Patch 和 Dip_Patch 组成的90 折线连接起来。

4）合并生成完整的金属片模型。

4、创建下表面金属片1）创建下表面传输线 Top_patch_1。

2）创建矩形面 Rectangle1。

3）创建三角形 polyline2。

4）镜像复制生成左侧的三角形和矩形面此步完成后得到即得到印刷偶极子天线三维仿真模型如图2所示。

5、设置边界条件1）分配理想导体。

2）设置辐射边界条件，材质设为 air。

6、设置激励方式：在天线的输入端口创建一个矩形面最为馈电面，设置该馈电面的激励方式为集总端口激励，端口阻抗为50欧姆。

7、求解设置：求解频率（Solution Frequency）为 2.45GHz，自适应网格最大迭代次数（Maximum Number of Passes）：20，收敛误差（Maximum Delta S）为 0.02。

Example1.1_HFSS_同轴探针馈电微带贴片天线(1-3.5GHz)

第五章天线实例第三节同轴探针微带贴片天线这个例子教你如何在HFSS设计环境下创建、仿真、分析一个同轴探针微带贴片天线。

F 5.3.1F 5.3.2微波仿真论坛组织翻译第133 页第五章天线实例一.开始一)启动Ansoft HFSS1、点击微软的开始按钮，选择程序，然后选择Ansoft，HFSS10程序组，点击HFSS10，进入Ansoft HFSS。

二)设置工具选项1、设置工具选项注意：为了与这个例子的后续步骤一致，要对工具选项进行如下设置：1、选择菜单：Tools > Options > HFSS Options2、HFSS选项窗口a、点击常规（General）标签创建边界时使用数据输入条：选复制几何图形的边界：选b、点击确定键。

3、选择菜单Tools 〉 Options 〉3D Modeler Options 。

4、3D模块选项窗口a、点击Operation 键曲线自动封闭：选b、点击Drawing 键新的原始模型编辑属性C、点击确定。

三)打开新工程1、在HFSS窗口，点击工具条上的，或者选择菜单File > New 。

2、从Project菜单选择Insert HFSS Design 。

F 5.3.3四)设置求解类型微波仿真论坛组织翻译第134 页第五章天线实例1.选择菜单 HFSS 〉 Solution Type 。

2.Sloution Type 窗口：1).选择终端驱动（ Driven Terminal ）。

2).点击确定。

F 5.3.4二.建立3D模型一)设置模型单位1.选择菜单3D Modeler 〉 Units 。

2.设置单位：A、选择单位厘米（cm）B、点击确定二)设置默认材料1.在3D模型材料工具栏，选择Select。

F 5.3.52.选择定义窗口：A、在通过名称区域输入Rogers RT/duroid 5880（tm）。

B、点击确定。

微波仿真论坛组织翻译第135 页第五章天线实例F 5.3.6三)创建衬底1、创建衬底1.选择菜单Draw 〉 Box 。

2024版HFSS天线仿真实例系列教程1

导出报告
将仿真结果和优化过程导出为报告，供后续分析和参考。
27
07
总结与展望
2024/1/29
28
教程内容回顾
2024/1/29
HFSS天线仿真基本原理
介绍了高频结构仿真（HFSS）的基本原理及其在天线设计中的应用。
天线设计基础
详细阐述了天线设计的基本概念，如辐射、方向性、增益等，以及常见的天线类型和性能指标。
03
优化设计
根据分析结果，对天线设计进行优化，如调整振子长度、改变馈电结
构等，以提高天线性能。
2024/1/29
02
结果分析
对仿真结果进行分析，包括S参数曲线、辐射方向图、增益等性能指
标的评估。
04
再次仿真验证
对优化后的设计进行再次仿真验证，确保性能达到预期要求。
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05 微带天线仿真实例
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• 天线参数：描述天线性能的主要参数有方向图、增益、输入阻抗、驻波比、极化等。这些参数可以通过仿真或测量得到，用于评估天线的性能优劣。
• 仿真模型：在天线仿真中，需要建立天线的三维模型并设置相应的边界条件和激励源。模型的准确性直接影响到仿真结果的可靠性。因此，在建立模型时需要充分考虑天线的实际结构和工作环境。
求解参数设置
包括频率范围、收敛精度、最大迭代次数等参数的设置。
B
C
自适应网格划分
根据模型复杂度和求解精度要求，自动调整网格大小和密度。
并行计算支持
利用多核处理器或集群计算资源，加速求解过程。
D
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03 天线设计原理及性能指标
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HFSS仿真实验报告样例

〈〈微波技术与天线》HFSS仿真实验报告实验二印刷偶极子天线设计一、仿真实验内容和目的使用HFSS设计一个中心频率为2.45GHz的采用微带巴伦馈线的印刷偶极子天线, 并通过HFSS 软件Opitmetrics模块的参数扫描分析功能对印刷偶极子天线的一些3!要结构参数进行参数扫描分析，分析这些参数对天线性能的影响。

二、设计模型简介整个天线分为5个部分，即介质层，偶极于天线臂，微带巴伦线，微带传输线，见三、建模和仿真步骤1、新建HFSSC程，添加新设计，设置求解类型：Driven Modal。

2、创建介质层。

创建长方体，名称设为Substrate,材质为FR4_epoxy颜色为深绿色，透明度为0.6。

3、创建上层金属部分1）创建上层金属片，建立矩形面，名称Top_Patch颜色铜黄色。

2）创建偶极子位于介质层上表面的一个臂。

画矩形面，名称Dip_Patch,颜色铜黄色。

3）创建三角形斜切角，创建一个三角形面，把由矩形面Top_Patch和Dip_Patch组成的90折线连接起来。

4）合并生成完整的金属片模型。

4、创建下表面金属片■I批注[y1]:实际报告撰写中，表格应手动编制，不允许直接截图。

1）创建下表面传输线Top_patch_1。

2）创建矩形面Rectangle1。

3）创建三角形polyline2。

4）镜像复制生成左侧的三角形和矩形面此步完成后得到即得到印刷偶极子天线三维仿真模型如图2所示。

5、设置边界条件1）分配理想导体。

2）设置辐射边界条件，材质设为air。

6、设置激励方式：在天线的输入端口创建一个矩形面最为馈电面，设置该馈电面的激励方式为集总端口激励，端口阻抗为50欧姆。

7、求解设置：求解频率（Solution Frequency）为2.45GHz自适应网格最大迭代次数（Maximum Number of Passes） : 20,收敛误差（Maximum Delta S）为0.02。

HFSS双频微带天线设计

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HFSS →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。

基于HFSS的不同形状微带贴片天线的仿真设计

基于HFSS的不同形状微带贴片天线的仿真设计一、本文概述随着无线通信技术的快速发展，天线作为无线通信系统的关键组成部分，其性能对整个系统的性能具有决定性的影响。

微带贴片天线作为一种常见的天线类型，因其体积小、重量轻、易于集成和制造成本低等优点，在无线通信、雷达、卫星通信等领域得到了广泛应用。

微带贴片天线的性能受到其形状、尺寸、介质基板等因素的影响，如何设计出具有优良性能的微带贴片天线成为了研究的热点。

本文旨在利用高频结构仿真器（HFSS）这一强大的电磁仿真工具，对不同形状微带贴片天线的性能进行仿真研究。

我们将对微带贴片天线的基本理论进行简要介绍，包括其工作原理、主要参数和性能评价指标等。

我们将设计并仿真几种不同形状（如圆形、方形、矩形、椭圆形等）的微带贴片天线，分析它们的性能特点，包括回波损耗、带宽、增益、方向性等。

我们将根据仿真结果，对不同形状微带贴片天线的性能进行比较和评价，以期为实际的天线设计提供有益的参考和指导。

通过本文的研究，我们期望能够为微带贴片天线的设计提供新的思路和方法，推动其在无线通信领域的应用和发展。

我们也期望通过本文的研究，能够加深对微带贴片天线性能影响因素的理解，为其他类型天线的设计提供借鉴和启示。

二、软件介绍及其在天线设计中的应用HFSS（High Frequency Structure Simulator）是由美国Ansoft 公司开发的一款三维电磁仿真软件，专门用于模拟分析高频结构中的电磁场问题。

该软件采用有限元法（FEM）进行求解，能够准确模拟包括微带天线在内的各种高频无源器件的三维电磁特性。

HFSS以其强大的仿真能力和广泛的适用性，在天线设计、微波电路、高速互连、电磁兼容等领域得到了广泛应用。

天线性能分析：通过HFSS，设计师可以分析天线的辐射性能，包括方向图、增益、效率等关键指标。

这对于优化天线设计，提高其性能至关重要。

天线结构优化：HFSS允许用户自由定义天线的几何形状和材料属性，通过参数化扫描和优化算法，找到最优的天线结构，从而提高其性能。

基于某HFSS地天线设计

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。

（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 e g 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。