基于HFSS矩形微带阵列天线的设计与实现 通信工程专业
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是高频仿真软件，其能够仿真高频电磁场的分布，从而为瘦电脑、微波天线、天线阵列等高频领域的设计提供重要帮助。
本文基于HFSS进行矩形微带天线仿真与设计，旨在通过具体案例，介绍HFSS的基本使用方式及其在微波天线设计中的一些应用技巧。
矩形微带天线是一种基于微带线技术的天线，主要用于微波通信中的超宽频扁平天线设计，是其中比较常见的一种类型。
其主要有三个部分组成，即贴在基板上的金属天线贴片、地平面和基板。
其中，金属天线贴片构成了矩形的主体部分，用来发射和接收信号；地平面则是必不可少的一部分，它主要是用来匹配阻抗以及吸收反射波；基板则是用来支撑整个天线结构的基础，同时也承担着微带线的传输作用。
首先，我们需要打开HFSS软件，并建立一个新项目。
在建立好项目之后，我们需要定义模型的参数。
这里我们定义了金属天线贴片的长度为15mm、宽度为10mm、介电常数为4.4，厚度为0.5mm的基板。
接着，我们需要定义微带线的宽度为1mm，介质常数为2.2。
接下来，我们需要在HFSS中创建一个矩形微带天线模型。
这个模型主要包括三个部分，即金属天线贴片、地平面和基板。
在创建金属天线贴片时，我们需要将其放置在基板的正中央，同时，地平面也需要和天线贴片紧密贴合在一起。
最后，将微带线连接到天线贴片的端口上即可。
完成以上步骤后，我们需要在HFSS中对矩形微带天线进行仿真，以评估其性能。
仿真结果显示，矩形微带天线的中心频率为8GHz，带宽为342MHz，增益为5dB。
在设计矩形微带天线时，我们需要注意以下几个问题。
首先，合适的天线尺寸可以有效地改善天线的性能。
其次，天线的形状也直接影响着天线的工作性能，一般而言，较长和较窄的天线可以提高其辐射效率和方向性。
最后，巧妙地设计微带线的长度和宽度，可以用来调整天线的工作频率和带宽。
总之，基于HFSS的矩形微带天线仿真与设计，可以有效地为微波通信领域的工程设计提供有力支持。
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作者：王琨王茂丞李宗泽林昊晨来源：《电脑知识与技术》2019年第12期摘要：针对5G移动通信具备的极高传输速率、极低时延、极宽带宽等特征，使用HFSS 三维仿真软件设计了一种作为5G阵列天线单元的矩形微带贴片天线，其工作频率为4.8GHz。
HFSS仿真结果表明，天线在贴片长度为13.88mm时回波阻抗达为-34.86dB。
综合增益方向图进行分析。
结果表明，该天线的设计是可行的。
关键词：HFSS仿真；5G；微带天线；回波损耗中图分类号：TP391 文献标识码：A文章编号：1009-3044（2019）12-0278-03Simulation Design of Communication Microstrip Antenna Based on HFSSWANG Kun， WANG Mao-cheng， LI Zong-ze， LIN Hao-chen（College of Electronic Engineering， Naval Univ. of Engineering， Wuhan 430033， China）Abstract： For 5G mobile communication has the characteristics of extremely high transmission rate， extremely low delay， extremely wide bandwidth and so on，using electromagnetic simulation software HFSS three-dimensional design a 5 g for 4.8 GHz of rectangular microstrip patch antenna array antenna unit. Now， results show ，that the echo impedance of the antenna reaches -34.86dB when the patch length is 13.88mm. The integrated gain pattern is analyzed. The results show that the design of the antenna is feasible.Key words： HFSS simulation； 5g； microstrip antenna； return loss1 背景微带贴片天线是最基本、最常见的微带天线形式，由带导体接地板的介质基片上贴加光刻腐蚀等方式制作的导体薄片构成[1]。
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。
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 pecPatch -6.225，-8，0.794 12.45 , 16, 0.05 Box pec MSLine -3.1125，-8，0.794 2.49 , -8 , 0.05 Box pecPort -3.1125，-16，-0.05 2.49 ,0, 0.894 RectangleAir -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。
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) 是一种用于电磁场仿真的专业软件，可广泛应用于微波、射频和毫米波电路及天线设计领域。
本文将基于HFSS软件，对矩形微带天线进行仿真与设计。
1. 矩形微带天线的原理矩形微带天线是一种常用的微带天线结构，其原理是通过在基板上制作一块金属片，再将其与微带馈源相连，形成天线结构。
当微带馈源传输电磁波信号时，金属片将产生共振现象，从而辐射出电磁波信号，实现天线的信号发射与接收功能。
在进行矩形微带天线设计时，需要确定一系列设计参数，包括天线的长度、宽度、基底材料以及微带馈源的位置等。
这些设计参数将直接影响到天线的工作频率、频带宽度、增益以及阻抗匹配等性能指标。
在进行矩形微带天线的仿真时，首先需要在HFSS软件中建立天线的三维模型。
通过设置好天线的设计参数，如长度、宽度、基底材料等，并对微带馈源进行建模。
接着，对天线的工作频率范围进行设置，进行频域分析，并评估天线的频率响应、阻抗匹配、波传输等性能指标。
根据仿真结果对天线设计参数进行优化，以满足设计要求。
通过HFSS仿真，可以获得矩形微带天线的频率响应曲线。
该曲线反映了天线在不同频率下的辐射性能，包括驻波比、增益、辐射模式等。
通过对频率响应曲线的分析，可以确定天线的工作频率范围、频带宽度，并对天线的频率响应进行优化设计。
阻抗匹配是矩形微带天线设计中的重要问题，影响着天线与信号源之间的能量传输效率。
通过HFSS仿真，可以获取天线的输入阻抗参数，并进行阻抗匹配网络设计，以提高天线的能量利用率。
矩形微带天线的辐射模式是指天线在不同方向上的辐射功率分布情况。
通过HFSS仿真可以获取天线的辐射模式图，并分析天线的主辐射方向、辐射功率分布等，从而优化天线的辐射性能。
在进行矩形微带天线的仿真与设计过程中，需要不断对天线的设计参数进行调整与优化，以满足天线的性能指标要求。
基于HFSS矩形微带贴片天线的仿真设计
基于HFSS矩形微带贴片天线的仿真设计
李艳;戴亚文
【期刊名称】《机电工程技术》
【年(卷),期】2010(039)010
【摘要】根据微带天线的辐射原理和实际修正,设计了一种谐振频率为7.55GHz 的矩形微带天线,利用Ansoff公司的HFSS10.0对其进行了建模并对其进行仿真,分析了天线的S参数图,驻波比以及方向图.仿真结果跟理论结果很吻合,证明了方法的可行性,同时也证明了HFSS是一种对微带天线有效的仿真工具.
【总页数】3页(P40-41,50)
【作者】李艳;戴亚文
【作者单位】武汉理工大学理学院,湖北武汉,430070;武汉理工大学理学院,湖北武汉,430070
【正文语种】中文
【中图分类】TN82
【相关文献】
1.矩形微带贴片天线的设计与仿真 [J], 韩团军
2.基于HFSS的不同形状微带贴片天线的仿真设计 [J], 张天瑜
3.基于HFSS的短路针加载微带贴片天线的仿真设计 [J], 侯宁;张天瑜
4.基于HFSS矩形微带天线仿真与设计 [J], 王琨;王茂丞;李宗泽;林昊晨
5.基于HFSS的电磁场仿真实验课堂设计 [J], 杨慧春;高晶敏;魏英;王丽霞;付晓辉
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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引言一、HFSS介绍HFSS（High Frequency Structure Simulator），即高频结构模拟器，是由美国ANSYS 公司开发的一款专业的高频电磁场模拟软件，广泛应用于微波、射频和毫米波领域的电磁场分析与设计。
HFSS具有强大的仿真分析能力和友好的图形界面，在微带天线设计与分析领域有着广泛的应用。
二、矩形微带天线基本结构矩形微带天线通常由辐射片和衬底板两部分组成。
辐射片通常由金属片构成，形状可以是矩形、圆形、方形等，其大小与频率密切相关；衬底板可以采用介电常数较大的材料，如FR-4等。
辐射片与衬底板之间通过馈电位置（如微带线）连接。
在设计矩形微带天线时，需要考虑到辐射片的尺寸、馈电位置、地平板的大小等因素，以确保天线具有良好的频率特性。
三、HFSS仿真流程1. 建立模型：在HFSS软件中，首先需要建立矩形微带天线的三维模型。
通过绘制辐射片和衬底板的几何结构，设置材料参数和频率范围等，建立完整的仿真模型。
2. 设置边界条件：在建立完仿真模型后，需要设置合适的边界条件。
通常情况下，可以选择开放边界（PML）作为边界条件，以消除边界反射对仿真结果的影响。
3. 设置激励：在模型建立完成后，需要设置合适的激励方式。
根据具体的仿真需求，可以选择不同的激励方式，如电压激励、电流激励等。
4. 设定仿真参数：根据设计要求，设置合适的仿真参数，如频率范围、网格精度、求解器等。
这些参数的选择将直接影响仿真结果的准确性和计算速度。
5. 进行仿真计算：当所有仿真参数设置完毕后，即可进行仿真计算。
HFSS软件会根据设定的参数进行电磁场分析与计算，得到相应的仿真结果。
6. 仿真结果分析：根据得到的仿真结果，对矩形微带天线的性能进行分析，并进行必要的优化设计。
通过不断的仿真分析与优化设计，最终得到满足设计要求的微带天线结构。
四、矩形微带天线设计优化1. 辐射片大小优化：辐射片的大小直接影响着微带天线的工作频率。
HFSS矩形微带贴片天线的仿真设计报告
HFSS矩形微带贴片天线的仿真设计报告HFSS（High Frequency Structure Simulator）是一种常用于高频电磁场仿真的软件，可用于设计和优化天线等高频器件。
本文将对矩形微带贴片天线的仿真设计进行详细分析和报告。
1.研究目的本次仿真设计旨在设计一种结构简单、性能优越的矩形微带贴片天线。
希望通过HFSS软件的仿真分析，优化天线的频率特性、增益和辐射方向性。
2.设计细节首先，选择一种合适的基底材料和贴片形状。
常用的基底材料有FR-4、Rogers等，贴片形状一般选择矩形。
基于实际需求和设备限制，确定天线的工作频率范围和增益要求。
其次，根据工作频率计算出天线的尺寸。
根据微带天线的原理，通过公式计算出贴片的长度、宽度和介电常数。
可以利用尺寸调整和电气长度来调整频率响应和阻抗匹配。
然后，进行天线的仿真设计。
在HFSS软件中，建立仿真模型并进行电磁场分析。
可以通过调整尺寸、形状和介电常数等参数，优化天线的性能指标。
可以通过频率扫描和图形分析等方法，获得天线的频率响应、辐射特性、增益和辐射方向性等。
最后，评估和优化设计结果。
根据仿真结果对天线的性能进行评估，并进行合理的优化调整。
可以根据需求对天线的尺寸、形状和工艺参数进行调整，以达到最佳的性能指标。
3.仿真结果与分析通过分析仿真结果，可以总结出矩形微带贴片天线的设计优缺点：优点：1)结构简单，制造工艺成熟，易于实现和集成；2)在工作频率范围内具有较高的增益和辐射方向性；3)相对比较小的尺寸，适合应用于小型设备和多天线系统中。
缺点：1)工作频率受贴片尺寸和介电常数的影响较大，需要精确的尺寸控制和阻抗匹配设计。
4.结论与展望本文基于HFSS软件进行了矩形微带贴片天线的仿真设计和分析。
通过优化调整尺寸、形状和介电常数等参数，设计出了一种具有较高增益和辐射方向性的天线结构。
仿真结果表明，该设计满足了实际需求和性能指标。
然而，本文的仿真设计还存在一些改进空间。
基于HFSS矩形微带天线阵的设计与优化
式1-3
L L 2L
e
0
/ r 2L
c 1 2L 2 f0 e
式1-4
1.3 介质基板尺寸的确定：
LG L 0.2 g WG W 0.2 g
式 1-5 式1-6
2 馈电方式的选择
馈电方式在微带贴片天线设计中扮演了重要角色。 矩形微带贴片天线有两种 馈电方式，一种是同轴探针馈电，又称背馈，另一种是微带线馈电，又称侧面馈 电。 同轴探针馈电在有源天线应用中具有优势，而微带线馈电则是适合于开发高 增益微带 阵列 天线。 本文选用 基于 微带线 的嵌入馈 电， 如图 表 4 所示。
图表 11 微带阵列天线的增益图形
图表 12 微带阵列天线的驻波比图形
结语
在充分考虑到节约成本和降低制作难度的情况下， 对微带贴片天线阵列进行 设计，不仅大大提高了贴片天线的性能，而且得到了令人满意的结果。使方向增 益提高到 10dB，当系统的谐振频率为 24GHz 时，相对带宽达到了 3%。而且， 可以根据不同需要，把阵列设计为 N×18 单元等各种形式。另外，HFSS 作为 一款高频电磁场仿真软件，由于其强大的功能，大大简化了阵列设计的过程，提 高了工作效率，成为高频领域工作者强有力的设计工具之一。
一 微带天线的基本介绍以及辐射原理
目前，由于分析微带天线的方法不同，对它的物理结构以及辐射原理有不同 的理论。这里为简单起见以矩形贴片微带天线为例。
1 矩形微带天线的结构
图表 1 是一个简单的微带贴片天线的结构，由辐射元、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、辐射元的宽度 W、介质层 的厚度 h、介质的相对介电常数 损耗正切 、介质的长度 LG 和宽度 WG。图 2 所 示的微带贴片天线是采用微带线来馈电的。
基于HFSS矩形微带贴片天线的仿真设计报告
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内容：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，-0.0528.1，32，0.05 Box pecPatch -6.225，-8，0.794 12.45 , 16,0.05Box pecMSLine -3.1125，-8，0.794 2.49 , -8 ,0.05Box pecPort -3.1125，-16，-0.052.49 ,0, 0.894 RectangleAir -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)点击创立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。
基于HFSS的天线设计研究及其应用
基于HFSS的天线设计研究及其应用随着移动通信和互联网的飞速发展，无线通信技术已经成为了人类生活中不可或缺的一部分。
在无线通信技术中，天线作为信号的传输介质，既是重要的硬件设施，也是必不可少的组成部分。
因此，天线设计的质量对于无线通信技术的性能和实用性具有重要的决定性作用。
本文将介绍一种基于HFSS的天线设计方法，并探讨其在实际应用中的优缺点和未来发展方向。
一、HFSS介绍HFSS（High Frequency Structure Simulator）是美国ANSYS公司开发的一款高频电磁仿真软件，主要用来解决射频、微波、毫米波以及光电领域中的电磁场问题。
HFSS不仅有较高的精度与可靠性，而且具有强大的CAD能力和优秀的后处理功能。
在无线通信技术中，天线设计是非常重要的，能够深入了解和熟悉HFSS软件的使用方法，对于天线设计工程师来说是非常必要的。
二、HFSS在天线设计中的应用在天线设计中，HFSS可以帮助设计人员计算各种天线的参数，包括阻抗、谐振频率、增益、方向性等等，并生成天线图形，进而优化和改善天线性能。
1、天线参数计算在进行天线设计之前，需要确定一些基本的天线参数，如天线的工作频率、阻抗、增益、波束宽度等。
这些参数与天线的结构和电学性质密切相关。
HFSS可以通过分析天线的结构和材料等属性，快速计算出几乎所有的天线参数。
设计人员通过对这些参数的控制和优化，可以提高天线的性能。
2、天线模型设计在开始天线的设计过程时，需要首先绘制天线的模型图。
HFSS可以根据天线的结构和尺寸等要素自动生成天线的三维模型。
这有助于设计人员在后续的优化和改进过程中，更精确地分析天线性能和做出相应的调整。
3、天线参数优化一旦天线的模型和基本参数确定后，接下来是对天线性能进行优化。
在实际的天线设计中，往往需要根据具体的应用场景修改或调整天线的工作频率、波束宽度或者增益等参数。
通过HFSS，设计人员可以快速地对天线的各种参数进行调整，并通过仿真和分析来确认优化后的结果。
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的4×24微带阵列天线的研究与设计
电结构的多元矩形微带 阵列 天线 。在ＨＦ Ｓ 真设计环境里 对天线进行 了物理建模 ，该微带阵列天线的方向图特性 Ｓ仿
良好 ，工 程 上 实 现 比较 方 便 。 关 键 词 ：微 带 阵列 天 线 ；模 块 化 设 计 ；Ｈ Ｓ 真 ；物 理 建 模 ；方 向图 Ｆ Ｓ仿 中图 分 类 号 ：Ｔ ８ ０１ Ｎ ２． 文 献标 识 码 ：Ａ 文 章编 号 ：１０ ～ ８Ｘ（ １）５ ０ ０ — ４ ０ ７ ９ ４ ２ ００ — ０ ９ ０ ０
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１ ０・
齐 齐 哈 尔 大 学 学 报
２１ ０ ０锭
激励 时 ，可 以采用 微带线馈 电和 同轴 线馈 电两种方案 。
当采用微带线 对 阵列天线 进行 馈 电时 ，微 带线和金 属辐射 贴片 在 同一 平面 内 ，在 工程加 工时带来 许多 方便 ，制作 简单且成 本低廉 。但 微带馈 线本身 会产生 辐射损耗 ，这种 附加 的损耗 会对 天线方 向性参数产生
Ｅ Ｏ ）厂 ）ｓ ｏ ） （ ， ＿ （ ， ・（ ，
式 中 ， ｆ Ｏ ） 阵 元 的方 向性 函数 ， ｓｏ ） 平面 阵 的 阵方 向性 函数 。平 面阵 因子 是两 个线 阵 因子 （， 为 （， 为
的乘 积 ，可 以利用 线 阵方 向性分 析 的结 论来 分 析平 面 阵列 的方 向性 。 １ ． 馈 电网络及 损耗 分析 ２ 天 线 只有 承载 高频 电 流才能 有 电磁 波辐 射 ，馈 线 指将 高频 交流 电能从 电路 的某一 段传 送 到另一段 所用 的设备 ，对 天线 的馈 电包 括对 单 元天 线 的馈 电和 阵列天 线 的馈 电两种 形 式 。当利 用传 输线对 阵列 结构进 行
以阵列 的中心为 坐标原 点 ，天线 在 轴 方 向和 ｙ轴方 向的单元 编号分 别 用 ｍ 和 表 示 。以原 点天线 单元为 相 位参 考点 ，为 了简 化 分 析 ，假设 阵列 中各 单元 间互 耦 影 响 可 以忽 略 不 计 ，各 单 元 激励 电 流为
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-矩形微带贴片天线的仿真设计报告
基于HFSS矩形微带贴片天线的仿真设计-、新建文件、重命名、保存、环境设置。
(1) 、菜单栏File»save as,输入Antenna,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。
建立微带天线模型Sf W41Vhi t |Ev«l i Qftttdl ¥D«1CTkptLi9in"ordintl 吉GlebaFoil ti DBL o B o■■O M魯Oto * …ISlEt2S 1M 2& iwttiit32—321--Q 05■-Q CO**修改名称为GND，修改材料属性为pec ,LJCwhna | I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。
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基于HFSS的微带天线设计与仿真
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收稿日期: 2009202225; 修回日期: 2009206223 作者简介: 来雪梅 (19692) , 女, 山西五台人, 实验师, 硕士, 研究方向为测控技术。
2009 年第 6 期 来雪梅, 等: 基于 H FSS 的微带天线设计与仿真
(中北大学, 山西 太原 030051)
摘要: 针对专用冲击波测试系统中微带天线的特性要求, 利用仿真软件H FSS 建立天线模型, 并对模型进行仿 真优化, 得到了最佳的天线参数。同时为该系统设计了中心频率为214 GH z的微带天线, 采用矢量网络分析仪 对天线的各参数进行了实测, 实测结果与仿真结果吻合, 验证了设计的有效性。 关键词: 微带天线; H FSS 软件; 仿真 中图分类号: TN 82 文献标识码: A
算公式, 分析了不同尺寸参数对微带天线的性能影响。 设计了中心频率为214 GH z的微带天线, 利用H FSS 软 件建立天线模型, 得出了天线特性的仿真曲线。 采用 矢量网络分析仪对设计的天线进行实测, 实测曲线与
图 7 实测的史密斯圆图 参考文献: [ 1 ] 王新稳, 李萍. 微波技术与天线[M ]. 北京: 电子工业出版
(1) 介质基片材料的介电常数Εr、损耗角正切tan∆ 和厚度 h 将直接影响微带天线的性能。
(2) 贴片单元的宽度W 对微带天线的方向图宽 度、 方向性系数、 辐射电阻和输入阻抗都有影响, 进
而也就影响频带宽度和辐射效率。宽度W 的尺寸不得 超过下式给出的值[4 ]:
W
≤ c ( Εr+ 1) 2f 0 2
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）是由安捷伦（Ansys）公司开发的一款高频电磁仿真软件，主要用于分析和设计高频、射频和微波器件。
在无线通信领域中，微带天线是一种常用的天线类型，具有结构简单、制作工艺方便等优点，因此在各种无线通信系统中得到广泛应用。
矩形微带天线是一种常见的微带天线形式，其结构简单，易于制作。
它主要由导线带、底座和贴片构成。
导线带通常是由金属材料制成，贴片是指附在底座上的绝缘材料，贴片的尺寸和形状决定着微带天线的频率特性。
HFSS软件可以通过建立几何模型、定义材料属性和设置边界条件等步骤来对矩形微带天线进行仿真。
需要根据实际要设计的微带天线的尺寸和形状，在软件中建立一个几何模型。
然后，根据天线的材料特性，设置相应的材料属性。
接下来，需要定义天线的边界条件，例如接地平面和边界面的特性等。
然后，软件会自动求解出微带天线的电磁场分布和频率特性。
根据仿真结果，可以优化天线的设计参数，以达到所要求的性能指标。
对于矩形微带天线来说，设计的关键参数主要有频率、带宽、辐射方向图和增益等。
通过HFSS软件的仿真和优化，可以为设计者提供参考和指导，帮助其快速实现设计目标。
可以通过调整天线的尺寸和形状来实现所需的工作频率；通过优化导线带和贴片的尺寸和位置，可以增加微带天线的带宽；通过调整导线带的长度和宽度，可以改变微带天线的辐射方向图和增益。
通过不断调整和优化，最终得到满足需求的微带天线设计。
通过HFSS软件的矩形微带天线仿真与设计，可以准确分析天线的电磁场分布和频率特性，帮助设计者优化天线的尺寸和形状，实现所需的性能指标。
这种仿真与设计方法既提高了天线设计的效率，又降低了开发成本，对于无线通信系统的设计和建设具有重要意义。
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。
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题目基于HFSS矩形微带阵列天线的设计与实现目录目录 (1)1前言 (3)1.1研究背景 (3)1.2微带天线的研究现状 (3)1.3 HFSS软件的仿真流程 (3)1.4本文主要内容 (3)2 微带天线与阵列理论 (4)2.1微带天线 (4)2.1.1微带天线辐射机理 (4)2.1.2微带天线的馈电方式 (6)2.1.3微带天线的特性参数 (6)2.2微带天线的阵列排布 (7)2.2.1 微带天线的圆形阵列阵因子 (7)3微带天线的设计 (8)3.1微带天线单元设计 (8)4 同轴馈电矩形天线阵列 (10)4.1基于同轴馈电矩形天线的轨道角动量研究 (11)4.1.1在6个单元天线组成的天线阵列下不同模态数的性能分析 (11)4.1.2在18个单元天线组成的天线阵列下不同模态数的性能分析 (12)4.1.3在36个单元天线组成的天线阵列下不同模态数的性能分析 (14)5 数据分析和结论............................................ 错误!未定义书签。
致谢.. (18)基于HFSS圆形微带阵列天线的设计与实现摘要在这个信息大爆炸的时代，各行各业都在飞速发展，当然通信技术也不例外，一代又一代的移动无线通信技术早就已经渗透到人们的生活当中。
在上个世纪的中后期一种新型天线——微带天线，逐渐被人们所重视。
因为其尺寸小，多频带，成本低，结构稳定和工艺相对简单等优点，所以该类天线的适用方向非常之多。
本文将对无线微带天线进行研究，以前人总结的微带天线理论知识为基础，先设计出一种同轴馈电矩形微带天线，然后以该天线为单元天线设计出三种不同的圆形天线阵列。
根据HFSS仿真出来的结果进行分析讨论，并且研究了不同模态数和不同数量的单元天线对辐射量的影响。
关键词：微带天线；圆形阵列；辐射量；电场Design and implementation of circular microstrip array antenna basedon HFSSAbstractIn this era of information explosion, all walks of life are developing rapidly. Of course, communication technology is no exception. Generations of mobile wireless communication technologies have long penetrated into people's lives. In the middle and late stages of the last century, a new type of antenna-the microstrip antenna, gradually attracted attention. Because of its small size, multiple frequency bands, low cost, stable structure and relatively simple process, this type of antenna can be used in many directions. This article will study wireless microstrip antennas. Based on the theoretical knowledge of microstrip antennas summarized by previous people, we first design a coaxial-fed rectangular microstrip antenna, and then use this antenna as a unit antenna to design three different circles. Shaped antenna array. According to the results of the HFSS simulation, it is analyzed and discussed, and the influence of different modal numbers and different numbers of element antennas on the radiation is studied.Key words：Microstrip antenna; circular ring array; radiation amount; electric field1前言1.1研究背景天线是无线通信技术中非常重要的一环，可以说没有天线也就没有了无线天线。
为了满足现代通信技术对于设备的要求，人们对于天线的研发方向有了几个明确的方面。
随着微电子技术不断的突破和创新，这也使得电路系统的集成度越来越高，通信设备的尺寸也相应的越来越小。
因此传统天线规格和功能上在一定程度上无法满足设备发展需求。
所以在保证天线的增益和效率无太大影响下，同时又要将天线的尺寸缩小以适应通信设备的要求。
除了缩小尺寸，宽带和多波段天线也能使天线性能显著提升。
伴随着设备元件集成度的变高，我们已经需要一个天线能在一段频率内满足多个天线服务。
1.2微带天线的研究现状现代战争不仅是军火的战争，还是电子与信息的战争，21世纪是信息时代，许多国家在地表、舰船和卫星上都建立了非常精密的侦察系统，而且其测量的频段范围甚至可以达到高频40GHz，而高频的左端点是0.5GHz，而且大部分的天线网络已经被全覆盖。
事实上，怎样才能够缩减雷达监测的半径，使得它能够更高效地工作是我们需要探究的问题，因为如果天线的测量半径过大，那么就更容易受到外界的干扰，也更加容易被敌方的雷达监测到。
所以课题研究的低雷达截面积在机载天线系统的应用具有十分重要的现实价值的。
其实，微带天线具备非常良好的特性，比如说体积轻小，质量也比较轻，其开发成本比较划算，所以能够大规模的制备，飞行过程中甚至可以与其他的设备共形，可以说是一件非常优良的制品。
现在微带天线不仅在军事国防，还在日常生活中受到人们的青睐。
不仅可以作为航空飞机的低RCS天线，其使用天线相关领域都具有非常广阔的使用空间。
1.3 HFSS软件的仿真流程High Frequency Structure Simulator,简称HFSS，中文可以译为高频结构仿真。
它最初是由美国的Ansoft公司发行的，作为可以三维建模的电磁仿真工具, 其数学原理是基于有限元的规算方法。
这个软件还是非常可靠的，无论是仿真的精度还是应用的拓展，都是饱受业界推崇的一款仿真工具。
由于软件的可靠性和适用性，在本设计中，本人也采用HFSS进行一系列的仿真操作。
1.在应用HFSS软件之前须要学习基本的操作知识，依据说明书或者相关教材学会使用。
在开启之后选择新建一个软件工程，这是仿真的前提。
2.确定好需要仿真的模型，在此之前需要从四种求解方式中按实际需求选择一种。
3.开始创建模型，构建的模型尽量从简，以便后期修改。
并且模型的尺寸型号需要参考教材和公式，提前算出大致数据。
4.设置求解的方式和流程（由软件使用者自己设置合适的方法），以便于模型的建立和数据的计算。
5.在所有的模型完成之后，可以设置需要软件分析的数据和图像。
待一切准备就绪后，便可开始仿真，仿真期间无需操作，等待仿真结束就可以直接查看结果。
6.处理和分析模型数据。
比如S11的扫频分析结果、S11随馈电点位置的变化的smith图、smith圆图、增益方向图等，然后还需要考察辐射特性。
场分布、电流分布、辐射方向图等7.假如期间分析出的图像偏差较大，那么就需要进行参数优化分析。
1.4本文主要内容本文对同轴馈电矩形微带矩形贴片天线进行了理论分析和仿真验证，并且研究圆环阵列天线的阵因子计算方法和其总场综合方法，模拟出不同模态数下天线阵列工作时产生的涡旋，数值计算和图片动画由软件HFSS执行。
第 1 章是绪论部分，论述了本课题的背景和意义，阐述了微带天线相关理论基础：微带天线的内涵、特点、分析方法和其阵列。
第 2 章描述了微带贴片天线的基本辐射原理，根据这些原理分析了它的计算方法，为进一步的微带天线仿真设计和阵列天线的设计奠定基础。
第 3 章设计一款同轴馈电矩形微带天线，分析了其阻抗特性和辐射特性，并且讨论了其参数变化对其性能的影响。
第 4 章介绍了圆环阵列的辐射特性，研究了它的各种分析方法，根据相关的理论基础研究微带天线的特性，并根据这些性能设计微带天线的模型，建模之后选择格式的馈电方式来计算。
第5章为总结，总结本文所设计的微带天线及其圆形阵列的性能，利用微带天线模型，分析微带天线的应用范围，总结其优劣。
2 微带天线与阵列理论2.1微带天线2.1.1微带天线辐射机理我们从图2.1就能够看到，一块简化成矩形方片的微型天线，其长度可以设置为L，而宽度设为w。
这个方片具有三层结构，对于位于中间的介质，可以将其厚度设置为h，天线进行工作时的波长设为 λ。
将这一个整体的结构，即包含发射微波的贴片，以及介质层和接地的板层看做是一段阻抗比较小的微带线路，而若线路两头断开的话，就是一个开路的状态。
通过仿真模拟以及实际的理论，我们都能够知道，波长 λ是远远大于基板的厚度h的，通过电场的知识我们就可以知道，从厚度的方向，电压并不会展示出非常显著的改变。
这里可以做一个简单的假设，那就是电压无论是在横向的还是纵向的方向上都不会改变，需要探讨的就是理想条件下主模激励的状态。
在图2.1（b），可以看到，如果假设仅仅是做辐射功能的贴片周围开始发出微波，那我们就可以做进一步的讨论，可以将微带传输线进行分解，在竖直和水平方向上，我们可以看到有些电场的电压会彼此抵消，是垂直方向上电场为零，而在水平方向上则加倍，以上说明是在两端开路的情况下进行的阐述。
那么我们可以将这个模型进一步放大，就是放到无穷长的传输线中进行模拟。
如图2.1（c），长边的垂直方向电场和两边缝隙的场的方向夹角是90度，在w的方向电学参数也是均匀分布的。
可以看到，若缝隙的宽是△L，长是w，而缝的间隔距离是L，那么在两个方向上发出微波的厂就可以等同于二元直线阵，两个阵列彼此不相交。
a 主视图b 侧视图c 俯视图图2.1 微带天线电场的三视图下面的图2.2（a）中，创建了坐标系来描述微波的方向。
可以设缝隙的两侧有电压降落，为U。
而其切向的电场覆盖X轴，其场强的大小可以用这个公式来表示：Ex=Uℎ。
这里也可以做等效来分析，也就是说能够看作Z方向的磁流。