实验二电磁波发射天线的模拟仿真
算法仿真天线实验报告
算法仿真天线实验报告一、实验介绍本次实验旨在通过算法仿真的方式，研究和探索天线的工作原理及性能。
通过使用仿真软件，可以加深对天线特性的理解，并通过仿真结果分析进一步优化天线设计。
二、实验过程1. 确定仿真软件：本次实验使用的是电磁仿真软件HFSS，该软件可以进行电磁场分析，可以用来模拟和分析天线的性能。
2. 设计天线模型：根据实验要求，选择天线的类型和参数。
可以选择一根直立的天线杆，设置杆的高度和直径。
也可以选择适当的天线形状和尺寸，例如常用的方形衬型天线、印制天线、贴片天线等。
3. 定义天线工作频段：根据实验要求，确定天线的工作频段。
可以选择一个单一频段，也可以选择多个频段。
4. 设计电源供应：确定天线的电源方式，可以选择直流电源或者交流电源。
5. 进行电磁仿真：将天线模型导入HFSS软件中，在软件中配置和定义仿真参数。
定义天线工作频段、电源参数等。
进行电磁仿真。
6. 仿真结果分析：根据仿真结果，分析天线的增益、方向性、频率响应等性能指标。
对于无法满足实验要求的天线，可以进行参数调整和优化。
7. 优化设计：根据分析结果，对天线模型进行优化设计。
可以调整天线的尺寸、形状、材料等参数。
再次进行仿真。
8. 重复实验：根据需要，可以进行多次优化设计和仿真实验，以进一步提高天线性能。
三、实验结果与分析通过电磁仿真软件进行天线实验，在给定的频段和工作条件下进行仿真，可以获得以下性能指标：1. 增益：增益是衡量天线辐射效果的重要指标，表示天线辐射功率与理论理想辐射功率之比。
一般来说，增益越大，天线辐射能力越强。
2. 方向性：方向性是指天线辐射功率随辐射方向的变化情况。
一般来说，天线的方向性越集中，表示天线的辐射范围越小，辐射功率更集中。
3. 频率响应：频率响应是指天线在不同频段上的辐射能力。
在实际应用中，天线需要能够覆盖整个工作频段，保持稳定的性能。
通过对仿真结果的分析，可以得到天线在不同频段下的增益、方向性等性能指标的变化情况。
电磁波仿真模型的构建和应用
电磁波仿真模型的构建和应用电磁波是一种可以在真空和各种物质介质中传播的波动，广泛应用于通信、雷达、微波炉等领域。
在电磁波的传播过程中，其波形和传播路径会受到各种因素的影响，因此需要对其进行仿真模拟来研究和优化。
本文将介绍电磁波仿真模型的构建和应用。
一、电磁波仿真模型的构建电磁波仿真模型的构建分为三个主要步骤：几何建模、物理参数设置和求解器选择。
以下将对每一步骤进行详细介绍。
1.几何建模几何建模是指将目标空间或射线场景进行建立和划分，并对其进行网格化处理。
这一步骤的主要目的是为后续的求解器提供几何信息和边界条件，从而开展场景分析和辐射性能分析。
一般而言，几何建模的常规工具是CAD软件和几何模型优化算法。
CAD软件可用于产生目标部件的主体基础形式和相应的边界条件，而几何模型优化算法则依赖于网格化算法和拓扑重构算法等，可以使得几何模型更加精确、有效和易于求解。
2.物理参数设置物理参数设置是指根据目标场景的特征，对其材质属性和电磁参数等进行评估和修正。
对于典型的电磁参数，如电场、磁场、介电常数、导电率等，可参考相关标准和文献进行选择和设置。
在物理参数设置中，需要注意尽量精确地描述和模拟场景的各种元素和特征，以保障后续求解器准确求解和仿真。
3.求解器选择求解器选择是指选择适合所建立的几何模型和物理参数的电磁仿真求解工具。
常见的电磁仿真求解器有有限元法（FEM）、有限差分法（FDM）、有限差分时域（FDTD）等。
FEM方法适用于非线性分析和高阶模态求解，FDM方法适用于对称性较好的场景，而FDTD方法则适用于随时间而变化的电磁系统分析。
在选择时需综合考虑其适用范围、计算精度和计算时间等因素。
同时，还应根据求解器的使用和需求，考虑加速器、优化器和后处理器等工具的选择。
二、电磁波仿真模型的应用电磁波仿真模型的应用涵盖电磁兼容性研究、计算电磁学、微波和射频工程、天线设计等领域。
以下将针对其中的几个典型应用进行简要介绍。
电磁场理论中电磁波传播与辐射特性的仿真模拟
电磁场理论中电磁波传播与辐射特性的仿真模拟电磁波是一种由电场和磁场相互作用而形成的能量传播现象。
在电磁场理论中，电磁波的传播与辐射特性是非常重要的研究内容。
通过仿真模拟，我们可以更好地理解电磁波的传播规律和辐射特性，为电磁场理论的研究提供有力的支持。
首先，我们来讨论电磁波的传播。
电磁波的传播是通过电场和磁场的相互作用而实现的。
在电磁波传播的过程中，电场和磁场的变化相互影响，从而形成了电磁波的传播。
通过仿真模拟，我们可以模拟电磁波在不同介质中的传播过程，进一步研究电磁波的传播规律。
在电磁波的传播过程中，波长是一个非常重要的参数。
波长是指电磁波在一个周期内所传播的距离，它与电磁波的频率有关。
通过仿真模拟，我们可以调整电磁波的频率，从而得到不同波长的电磁波。
通过观察不同波长的电磁波在传播过程中的变化，我们可以更好地理解电磁波的传播规律。
除了波长，电磁波的传播速度也是一个重要的参数。
根据麦克斯韦方程组的推导，我们可以得到电磁波在真空中的传播速度为光速。
通过仿真模拟，我们可以模拟电磁波在不同介质中的传播速度，进一步研究电磁波的传播规律。
除了电磁波的传播，辐射特性也是电磁场理论中的重要内容。
辐射是指电磁波从发射源向外传播的过程。
通过仿真模拟，我们可以模拟电磁波在空间中的辐射过程，进一步研究电磁波的辐射特性。
在电磁波的辐射过程中，辐射功率是一个重要的参数。
辐射功率是指单位时间内从发射源辐射出的电磁波的能量。
通过仿真模拟，我们可以计算辐射功率，并进一步研究电磁波的辐射特性。
此外，辐射方向也是电磁波辐射特性的重要内容。
通过仿真模拟，我们可以模拟电磁波在空间中的辐射方向，进一步研究电磁波的辐射特性。
总结起来，电磁场理论中电磁波传播与辐射特性的仿真模拟是非常重要的研究内容。
通过仿真模拟，我们可以更好地理解电磁波的传播规律和辐射特性，为电磁场理论的研究提供有力的支持。
希望未来能够有更多的研究者投入到电磁场理论的仿真模拟研究中，为电磁场理论的发展做出更大的贡献。
电磁波传播特性虚拟仿真实验教学
第４３卷 第１期２０２１年２月电气电子教学学报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＥＥＥＶｏｌ．４３ Ｎｏ．１Ｆｅｂ．２０２１收稿日期：２０１９ １２ ０２；修回日期：２０２０ ０２ １８基金项目：武汉理工大学教学研究项目（ｗ２０１８０９０），湖北省高校省级教学改革研究项目（ｗ２０１８０１４）第一作者：付琴（１９７７ ），女，博士，副教授，主要从事电磁场和微波技术的教学与研究，Ｅ ｍａｉｌ：Ｆｕｑｉｎ＠ｗｈｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ电磁波传播特性虚拟仿真实验教学付 琴，黄秋元，李政颖，赵 宁，许建霞（武汉理工大学信息工程学院，湖北武汉４３００７０）摘要：本文在电磁波传播特性理论分析的基础上，结合ＥａｓｔＷａｖｅ构建了均匀平面波在自由空间、理想导体分界面、理想介质分界面、半波长夹层介质和四分之一波长匹配层中传播的虚拟实验教学模型，对其入射、反射和折射进行了虚拟仿真，直观形象化地呈现电磁波传播过程以及遇到边界时电磁波实时动态变化。
通过虚拟仿真实验教学验证了电磁传播特性，改善了教学效果，提升了学生理论应用于实践的能力。
关键词：电磁波传播；虚拟实验；均匀平面电磁波中图分类号：Ｇ６４２．０ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８ ０６８６（２０２１）０１ ０１５１ ０４ＶｉｒｔｕａｌＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔＴｅａｃｈｉｎｇｏｆｔｈｅＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＷａｖｅＰｒｏｐａｇａｔｉｏｎＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓＦＵＱｉｎ，ＨＵＡＮＧＱｉｕ ｙｕａｎ，ＬＩＺＨｅｎｇ ｙｉｎｇ，ＺＨａｏＮｉｎｇ，ＸＵＪｉａｎ ｘｉａ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｗａｖｅｓ，ａｖｉｒｔｕａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｔｅａｃｈｉｎｇｍｏｄｅｌｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｂｏｕｔｕｎｉｆｏｒｍｐｌａｎｅｗａｖｅｐｒｏｐａｇａｔｉｎｇｉｎｆｒｅｅｓｐａｃｅ，ｐｅｒｆｅｃｔｃｏｎｄｕｃｔｏｒｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ｐｅｒｆｅｃｔｍｅｄｉｕｍｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ｈａｌｆ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｍｅｄｉｕｍｌａｙｅｒａｎｄｑｕａｒｔｅｒ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｍａｔｃｈｉｎｇｌａｙｅｒｉｎＥａｓｔＷａｖｅ．Ｔｈｅｖｉｒｔｕａｌｓｉｍｕｌａ ｔｉｏｎｓｓｈｏｗｔｈｅｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｔｈｅｒｅａｌ ｔｉｍｅｄｙｎａｍｉｃｃｈａｎｇｅｏｆｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｗａｖｅｗｈｅｎｉｔｅｎｃｏｕｎｔｅｒｓｔｈｅｂｏｕｎｄａｒｙ．Ｔｈｒｏｕｇｈｖｉｒｔｕａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｔｅａｃｈｉｎｇ，ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎａｒｅｖｅｒｉｆｉｅｄ，ｔｈｅｔｅａｃｈｉｎｇｅｆｆｅｃｔｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄ，ａｎｄｔｈｅｐｒａｃｔｉｃａｌａｂｉｌｉｔｙｏｆｓｔｕｄｅｎｔｓｉｓｅｎｈａｎｃｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｗａｖｅｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ；ｖｉｒｔｕａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ；ｕｎｉｆｏｒｍｐｌａｎｅｗａｖｅ０ 引言虚拟仿真实验教学项目是推进现代信息技术融入实验教学项目、拓展实验教学内容广度和深度、延伸实验教学时间和空间、提升实验教学质量和水平的重要举措［１］。
浙江大学-电磁场与电磁波实验(第二次)
本科实验报告课程名称：电磁场与微波实验姓名：wzh学院：信息与电子工程学院专业：信息工程学号：xxxxxxxx指导教师：王子立选课时间：星期二9-10节2017年 6月17日CopyrightAs one member of Information Science and Electronic Engineering Institute of Zhejiang University, I sincerely hope this will enable you to acquire more time to do whatever you like instead of struggling on useless homework. All the content you can use as you like. I wish you will have a meaningful journey on your college life.——Wzh实验报告课程名称：电磁场与微波实验指导老师：王子立成绩：__________________实验名称： CST仿真、喇叭天线辐射特性测量实验类型：仿真和测量同组学生姓名：矩形波导馈电角锥喇叭天线CST仿真一、实验目的和要求1. 了解矩形波导馈电角锥喇叭天线理论分析与增益理论值基本原理。
2．熟悉 CST 软件的基本使用方法。
3．利用 CST 软件进行矩形波导馈电角锥喇叭天线设计和仿真。
二、实验内容和原理1. 喇叭天线概述喇叭天线是一种应用广泛的微波天线，其优点是结构简单、频带宽、功率容量大、调整与使用方便。
合理的选择喇叭尺寸，可以取得良好的辐射特性：相当尖锐的主瓣，较小副瓣和较高的增益。
因此喇叭天线在军事和民用上应用都非常广泛，是一种常见的测试用天线。
喇叭天线的基本形式是把矩形波导和圆波导的开口面逐渐扩展而形成的，由于是波导开口面的逐渐扩大，改善了波导与自由空间的匹配，使得波导中的反射系数小，即波导中传输的绝大部分能量由喇叭辐射出去，反射的能量很小。
天线设计与电磁场仿真技术
03
天线设计与电磁场仿真的关 系
天线设计中的电磁场仿真
电磁场仿真用于预测天线 性能
在天线设计过程中，电磁场仿真技术被用来 预测天线的性能，如方向图、增益、输入阻 抗等。
优化天线结构参数
通过电磁场仿真，可以优化天线的结构参数，如振 子长度、宽度、间距等，以提高天线的性能。
确定天线材料属性
电磁场仿真可以帮助确定天线的材料属性， 如电导率、介电常数等，以实现最佳的电磁 性能。
方向性
天线辐射的电磁波在空间中的分布特 性，决定了天线的方向性。
02
电磁场仿真技术概述
电磁场仿真技术简介
电磁场仿真技术是通过计算机模拟电磁波在特定环境中的传播、散射、吸 收等行为的一种技术。
它基于麦克斯韦方程组等电磁场理论，通过数值计算方法求解，得到电磁 波在目标区域内的分布情况。
电磁场仿真技术广泛应用于天线设计、电磁兼容性分析、雷达散射截面计 算等领域。
阵列天线设计与电磁场仿真
阵列天线是由多个天线单元组成的阵 列，具有定向辐射和波束赋形等特点 。电磁场仿真技术在阵列天线设计中 同样具有重要意义，可以帮助设计者 优化阵列的排列方式、天线单元的相 位和幅度等参数，提高阵列天线的方 向性和增益。
VS
通过电磁场仿真技术，可以模拟阵列 天线的辐射场和干扰情况，分析阵列 天线在不同工作频率和角度下的性能 表现。这有助于设计者选择合适的阵 列参数，降低天线间的干扰，提高阵 列天线的整体性能。
验证天线性能指标
通过电磁场仿真，可以验证天线的性能指标是否满足设计要求。
评估天线性能稳定性
电磁场仿真可以评估天线在不同工作条件下的性能稳定性，如温度 、湿度等。
比较不同设计方案
通过比较不同设计方案的电磁场仿真结果，可以评估各种方案的优 劣，为最终选择提供依据。
微波技术与天线实验2利用HFSS仿真分析矩形波导
实验3：利用HFSS 仿真分析矩形波导一、 实验原理矩形波导的结构（如图1），尺寸a×b, a>b ，在矩形波导内传播的电磁波可分为TE 模和TM 模。
图1 矩形波导 1）TE 模，0=z E 。
coscos zz mn m x n y H H e a bγππ-= 2cos sin x mn c z n m x n y E H b a bj k e γπππωμ-=2sin cos z y mn c j m m x n y E H e k a a bγωμπππ-=-2sincos z x mn c m m x n y H H e k aa bγλπππ-=2cossin z y mn c n m x n y H H e k ba bγλπππ-=其中，c k 22m n a b ππ⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭+mn H 是与激励源有关的待定常数。
2）TM 模Z H =0，由Z E 的边界条件同样可得无穷多个TM 模。
注意：对于mn TM 和mnTE 模，m, n 不能同时为零，否则全部的场分量为零。
mn TM 和mn TE 模具有相同的截止波数计算公式，即c k （mn TM ）=c k （mn TE ）所以，它们的截止波长c λ和截止频率c f 的计算公式也是一样的，即c λ（mn TM ）=c λ（mn TE ）=222⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛b n a mc f （mn TM ）=c f （mn TE ）对于给定的工作频率或波长，只有满足传播条件（f >c f 或λ<c λ）的模式才能在波导中传播。
由公式可以看出矩形波导的c f ，c λ不仅与波导的尺寸a, b 有关，还和模指数m, n 有关。
当a, b 一定时，随着f 的改变，矩形波导可以多模传播，也可以单模传播，甚至也可以处于截止状态。
以a=23mm ，b=10mm 的空心矩形波导为例，由截止频率的计算公式22)()(21bna m f c +=με，可以计算GHz f cTE 52.610=，GHz f cTE 04.1320=，GHz f cTE 1501=，所以波导单模工作的频率范围为。
电磁波仿真实验
电磁波仿真实验实验内容1．本次实验介绍了matlab的安装过程2．初步对于MATLAB有了基本的认识与了解3．熟悉MATLAB软件的基本操作有时，为了使图形具有可读性，需要在所绘制的图形中，加上一些网格线来反映信号的幅度大小。
在MATLAB中使用grid函数可实现在图形中加网格线。
gridon%在图形中加网格线gridoff%取消图形中的网格线holdon%图形显示窗口原来的图像保持holdoff%关闭图形保持功能figure%打开新的显示窗口MATLAB的工作环境主要由工具栏、文件路径，当前文件夹，命令窗口以及工作变量区构成（由于设置不同，软件中也会显示历史窗口，记录的是在命令窗口的历史输入），如图1所示。
工具栏也就是如下图所示的部分，它是用来对软件进行一系列操作的区域。
命令窗口是进行一系列命令输入的地方，当有指令输入并按下Enter 键时，软件会自动执行该条指令，并执行出该命令的结果。
文件路径是当前文件夹的地址，在该区域可以实现文件路径的切换。
当前文件夹是显示当前文件路径下所有文件的窗口，可以在此双击打开所需要的.m等不同格式的文件。
工作变量区是存放所执行程序中涉及到的所有变量值的空间，可以在该区域双击某变量查看该变量具体表示情况。
MATLAB使用中的部分注意事项如下：1、变量不需要先定义，随时用随时起名字即可；2、用文本编辑器编写的程序、函数的文件扩展名均为“.m”；3、程序文件在起名字时要注意不能用数字和中文作为文件名；4、函数文件在保存时会自动以定义的函数名作为其文件名，不允许修改，否则函数无法运行；5、变量和常量的标识符中的第一个字符必须是英文字符；6、MATLAB变量区分大小写；7、如果不想在命令行窗口输出运行结果，只需在代码后面加上分号即可；8、plot是绘图的意思，ub是子的意思。
ubplot(m,n,p)表示生成m某n个子图，当前激活第p个子图；9、程序某=input(‘Typeinignal某(t)incloedform:’)，表示接收键盘输入值并赋值给某。
微波天线仿真设计实验
基于HFSS的微带天线仿真设计1 概述目前，在许多应用场合（如移动通信手机中）都需要体积小、重量轻的小型接收天线。
微带贴片天线代表一系列的小型天线，以其剖面低、重量轻的优点而成为人们的首选。
通过采用简单明了的传输线模型，建立微带线嵌入馈电贴片天线的精确模型并对之进行分析已成为可能。
另外，通过应用曲线拟合公式，也可以确定50Ohm输入阻抗所需的精确嵌入长度。
馈电机制在微带贴片天线设计中扮演了重要角色。
微带天线可以由同轴探针或嵌入的微带线来馈电，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。
在一个薄的介质基板上，一面覆上金属薄层作为接地板，另一面采用刻蚀地方法做出各种形状的贴片，利用微带或者同轴对贴片进行馈电，这就是最基本的微带贴片天线。
它在导体贴片和接地板之间激励起电磁场，并通过贴片与接地板的缝隙向外辐射。
天线分析的基础问题是求解天线周围空间建立的电磁场，进而得出方向图增益和输入阻抗等特性指标。
如下图1，图2所示。
图1 矩形微带天线开路段电场结构图2 场分布侧面图2 天线基础天线的性能直接影响着整个无线通信的性能，一般来说，表征天线性能的主要参数有方向特性、增益、输入阻抗、驻波比、极化特性等。
2.1 天线的极化方式所谓天线的极化，就是指天线辐射时形成的电场强度方向。
根据极化方向可分为垂直极化波和水平极化波。
(1) 水平极化波：当电场强度方向平行于地面形成的波。
由于电波的特性，决定了水平极化传播的信号在贴近地面时会在大地表面产生极化电流，极化电流因受大地阻抗影响产生热能而使电场信号迅速衰减。
(2) 垂直极化波：当电场强度方向垂直于地面形成的波。
垂直极化方式则不易产生极化电流，从而避免了能量的大幅衰减，保证了信号的有效传播。
2.2 天线的增益天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力，它是选择基站天线最重要的参数之一。
一般来说，增益的提高主要依靠减小垂直面向辐射的波瓣宽度，而在水平面上保持全向的辐射性能。
电磁场仿真
电磁场Matlab 仿真一、实验目的1. 进一步学习MATLAB ，初步掌握GUI 界面的编程。
2. 通过编程实现电磁波仿真效果图。
3. 进一步理解平面电磁波的入射、反射和折射现象。
二、 实验要求1. 以电场为例，动态演示平面电磁波的传播情况。
2. 可以任意设置媒介的介电常数和入射角。
3. 考虑金属导体和空气的分界面平面电磁波的入射、反射情况。
三、 实验原理电磁波从一种媒质入射到第二种媒质时，分界面使一部分能量反射回第一种媒质，另一部分能量折射到第二种媒质中，反射波和折射波得大小和相位取决于分界面两侧的媒质特性、极化方向和入射角大小等，当电磁波入射到理想导体表面时，会发生全反射。
这一过程中包括的主要原理有以下三点。
1. 正弦平面波在媒质分界面的反射和折射规律波对分界面的入射是任意的，但为了方便，我们假设入射面与zox 面重合。
波在z>0时发生入射和反射，在z<0时发生折射并令空间任意一点r处 的 入 射 波、反射波和折射波场强为：111(sin cos )00(sin cos )00(sin cos )00i i i i r r i t t jK r jK x z i i i jK r jK x z r r r jK r jK x z tt t E E e E e E E eE e E E e E e θθθθθθ--+--+--+⎧==⎪==⎨⎪==⎩图表 1 正弦波斜入射示意图根据在z=0的界面上电场强度的切线分量相等的边界条件，有(,,0)(,,0)(,,0)i r t E x y E x y E x y ==故必有112sin sin sin i r t k k k θθθ==反射定律：i r θθ=折射定律：12sin sin i r k k θθ=2. 正弦平面波对理想介质的斜入射a) 垂直极化波垂直极化波对理想介质斜入射如图所示，由折射和反射定律，我们可以得到在任意媒质中的场强。
天线仿真实验报告
课程名称电磁场与电磁波学院通信工程年级 2010 级专业通信班姓名 X X X学号 X X X时间 X X X一、实验目的：1、熟悉HFSS软件设计天线的基本方法；2、利用HFSS软件仿真设计以了解天线的结构和工作原理；3、通过仿真设计掌握天线的基本参数：频率、方向图、增益等。
二、实验仪器：1、HFSS软件三、实验原理：1、天线是用金属导线、金属面或其他介质材料构成一定形状，架设在一定空间，将从发射机馈给的视频电能转换为向空间辐射的电磁波能，或者把空间传播的电磁波能转化为射频电能并输送到接收机的装置。
2、天线能把传输线上传播的导行波变换成在无界媒介中传播的电磁波，或者进行相反的变变换。
在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。
无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来进行工作。
此外，在用电磁波传送能量方面，非信号的能量辐射也需要天线。
一般天线都具有可逆性，即同一副天线既可用作发射天线，也可用作接收天线。
同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。
这就是天线的互易定理。
四、 实验步骤：1、根据个人在班级的序号N ，设计一个工作频率为()[]GHz N f 102.020-⨯+=的41波长单极子天线，所用导线的直径为mm R 10=，长度为mm L 0的天线。
2、以频率上的长度0L 为基准，讨论当天线长度为()mm L 20±时，天线的谐振频率、带宽和方向图的变化。
3、在频率0f 上，讨论当天线直径0R 为mm 2和mm 3时，天线的谐振频率、带宽和方向图的变化。
4、结合工作生活实际，谈谈对天线的认识。
5、仿真图形如下：五、实验过程原始记录（数据、图表、计算等）：1、频率为2.44GHz，L=L0，R0=1mm①谐振频率：②三维方向图：③二维方向：2、频率为2.44GHz，L=（L0-2）mm，R0=1mm①谐振频率：②二维方向：3、频率为2.44GHz，L= (L0+2) mm，R0=1mm①谐振频率：②二维方向：4、频率为2.44GHz，L=L0，R0=2mm①谐振频率：②二维方向：六、实验结果及分析：由频率为2.44GHz，R0=1mm，L分别为L0、L0-2）mm、(L0+2) mm时的谐振频率曲线可以看出：①当天线长度小于初始长度L时，带宽的上下限截止频率都有所变大，但是带宽的大小无太大变化。
实验二 喇叭天线的仿真设计
实验二、喇叭天线的仿真设计一、设计目标设计一个喇叭天线，其中心工作频率为2.5GHz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、输入阻抗、E和H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、设计建模（1）创建喇叭天线模型在z=0的平面上创建一个中心位于坐标原点，长度和宽度分别用变量a和b表示的矩形面，并将其命名为Horn,颜色设为浅蓝色，透明度设为0.4。
顶点位置坐标为（-a/2，-b/2，0）。
在z=plength的平面上创建一个中心位于z轴，长度和宽度用a1和b1表示的矩形面，并将其命名为Aperture，颜色设为深蓝色，顶点位置坐标为（-a1/2，-b1/2，plength）。
通过Connect命令生成喇叭模型：按住Ctrl键，先后依次单击矩形面Horn和Aperture，同时选中这两个矩形面。
然后从主菜单栏中选中【Modeler】→【Surface】→【Connect】命令，即可生成喇叭模型，该模型的名称为Horn，其透明度为0.4，材质为vacuum。
（新生成的模型的名称、材质、透明度等属性与第一个被选中物体的属性相同）（2）创建WR430波导模型：创建一个长方体模型用以表示波导。
选择主菜单【Draw】→【BOX】命令,或者单击工具栏的方形按钮，进入创建长方体的状态，然后移动鼠标光标在三维模型窗口中创建一个任意大小的长方体，新建的长方体会添加到操作历史树的Solids节点下，其默认的名称为BOX1。
，该模型与喇叭的底部相接，其长、宽、高（ZSize）分别用a、b和-wlength 表示，并命名为WR430，颜色设为深绿色，设置透明度为0.4。
顶点位置（-a/2，-b/2，0）。
（3）创建同轴馈线：同轴线馈电点放置于波导宽边中心线上，其与底侧短路板的距离为1/4个波长，同轴线的外导体与波导的外侧壁相接触。
微波技术与天线仿真实验报告
《微波技术与天线》HFSS仿真实验报告实验二H面T型波导分支器设计一．仿真实验内容和目的使用HFSS设计一个带有隔片的H面T型波导分支器，首先分析隔片位于T型波导正中央，在8~10GHz的工作频段内，波导输入输出端口的S参数随频率变化的关系曲线以及10GHz 时波导表面的电场分布；然后通过参数扫描分析以及优化设计功能分析在10GHz处输入输出端口的S参数随着隔片位置变化而变化的关系曲线；最后利用HFSS优化设计功能找出端口三输出功率是端口二输出功率两倍时隔片所在位置。
二．设计模型简介整个H面T型波导分为两个部分：T型波导模型，隔片。
见图1。
图1三．建模和仿真步骤1.运行HFSS并新建工程，把工程另存为Tee.hfss。
2.选择求解类型：主菜单HFSS→solution type→driven modal，设置求解类型为模式驱动。
3.设置长度单位：主菜单modeler→units→in，设置默认长度单位为英寸。
4.创建长方体模型1）从主菜单选择draw→box，进入创建长方体模型的工作状态，移动鼠标到HFSS工作界面的右下角状态栏，在状态栏输入长方体的起始点坐标为（0，-0.45,0），按下回车键确认之后在状态栏输入长方体的长宽高分别为2,0.9，0.4。
2）再次按下回车键之后，在新建长方体的属性对话框修改物体的位置，尺寸，名称，材料和透明度等属性。
在attribute选项卡中将长方体名称项（name）修改为Tee，材料属性（material）保持为真空（vacuum）不变，透明度（transparent）设置为0.4。
3）设置端口激励4）复制长方体第二个和第三个臂5）合并长方体5.创建隔片1）创建一个长方体并设置位置和尺寸2）执行相减操作上诉步骤完成后即可得到H面T型波导的三维仿真模型图如图2所示图26.分析求解设置1）添加求解设置：在工程管理窗口中展开工程并选中analyse节点，单击右键，在弹出的快捷菜单中选择add solution type并设置相关参数，完成后工程管理窗口的analyse节点下会添加一个名称为setup1的求解设置项2）添加扫频设置：在工程管理窗口中展开analysis节点，右键单击前面添加的setup1求解设置项，在弹出菜单中单击add frequency sweep，并设置sweep name，sweep type，等表13）设计检查7.运行仿真分析：HFSS→analyze all四．仿真结果分析1.图形化显示S参数计算结果图3为S11，S12，S13幅度随着频率变化的曲线。
天线仿真的毕业论文
天线仿真的毕业论文天线是一种用于电磁波信号传输的装置，它在通信、雷达、定位等领域都有广泛的应用。
天线的特性对信号传输的质量和效率有着至关重要的影响。
因此，天线的设计和优化成为无线通信领域的研究热点之一。
本文旨在研究天线的仿真和设计，并以此为基础，进一步分析天线的性能和优化方法。
一、天线的仿真天线的仿真是指利用计算机软件模拟天线的电磁行为和性能，以便更好地理解和优化天线的设计。
常用的天线仿真软件有Ansys、HFSS和CST等。
本文选择使用Ansys软件对天线进行仿真。
1.建立模型在Ansys软件中，首先需要建立天线模型。
在模型建立时，需要定义天线的形状、材料和电磁参数等。
对于一般的天线模型，可以使用天线库中的现有模型。
如果需要进行个性化的定制设计，则需要手动绘制天线的几何形状。
2.模拟分析建立天线模型后，可以进行模拟分析。
在模拟分析中，可以对天线的电磁波特性进行评估和优化。
具体来说，模拟分析可以包括以下几个方面：（1）天线阻抗匹配天线的阻抗匹配是指天线的输入阻抗与信号源的输出阻抗之间的匹配。
当输入阻抗与输出阻抗不匹配时，会引起反射损耗和功率损耗，从而影响天线的性能。
在天线仿真中，可以通过调整天线结构和材料等来实现阻抗匹配。
（2）天线增益天线的增益是指天线将入射电磁波转换为辐射电磁波的比例。
在天线仿真中，可以通过调整天线的大小、形状和辐射方向等参数来改善天线的增益。
（3）天线辐射模式天线的辐射模式是指天线辐射电磁波的空间分布特性。
在天线仿真中，可以根据随机入射源在不同方向上入射的电磁波，绘制天线的辐射模式图。
通过分析辐射模式图，可以评估天线的辐射效率和辐射覆盖范围等性能。
二、天线的设计和优化基于天线仿真结果，可以进一步优化天线的设计。
具体来说，优化设计可以包括以下几个方面：1.天线材料的选择天线的材料对其性能有着重要的影响。
例如，金属材料可以提高天线的导电性和机械强度，但同时也会引起损耗。
因此，在选择天线材料时，需要综合考虑其电磁特性、生产成本和应用环境等因素。
电磁波仿真技术在天线设计中的应用研究
电磁波仿真技术在天线设计中的应用研究在现代通信中，天线的设计和优化是至关重要的一环。
天线是将电能转化为无线电波并进行传输的重要组成部分。
天线的成本、形状、质量和工作频率将直接影响到其性能。
近年来，电磁波仿真技术在天线设计中的应用逐渐得到了广泛认可。
本文将探讨电磁波仿真技术在天线设计中的应用研究。
一、电磁波仿真技术电磁波仿真是指利用数值计算的方法，在计算机上模拟电磁场的变化，寻找并分析设备块在不同环境或使用条件下工作的电磁场特性。
在电磁学领域，电磁波仿真技术是指通过电磁场方程求解程序来计算存在于物体内部和周围的电磁场的变化。
电磁波仿真技术在天线设计中的作用是模拟天线的工作状态以及周围环境下的电磁波。
通过电磁场仿真，天线的工作性能可以被计算和预测，从而优化天线性能。
二、天线的设计天线的设计分为两大类：数学建模方法和试验法。
1. 数学建模方法数学建模方法主要利用天线电学参数进行计算和模拟。
它将天线看作一个电路来计算，利用方程组和数值计算器对电磁场进行仿真计算。
这种设计方法具有计算速度快、准确性高的特点，但需要一定的电学知识作为支持，以便进行计算分析。
典型的数学建模方法包括有限元法、有限差分法、矢量势法等。
2. 试验法试验法是通过实验来测量天线性能和特点，然后对其进行优化和调整，以达到要求。
这种方法具有直观、可靠、实用的特点，但需要大量的实验设备和经费。
典型的试验方法包括短路时域测量法、短路源法、自由空间测量法和基础参数法等。
三、电磁波仿真技术在天线设计中的应用天线设计中的电磁波仿真技术可以模拟电磁波的行为，实现匹配电路、优化天线结构等并发现问题。
其主要优点是计算速度快、优化方法多、模型足够接近实际情况。
天线设计常用的电磁波仿真软件包括Ansoft HFSS、CST Microwave Studio、FEKO等，它们具有平台广泛、修正周期短、计算效率高的优点。
电磁波仿真技术可以模拟一系列问题并提供解决方案。
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实验二电磁波发射天线的模拟仿真电动力学实验报告电磁波发射天线的模拟仿真
学院: 应用科学学院专业班级: 学生姓名: 某某某
学号:
指导教师: 完成时间: 2013年7月2号
一、实验目的
1(熟悉并了解CST 的软件环境。
2(通过实验掌握天线的实际画法及步骤。
3(了解电磁波发射天线的模拟仿真过程，进一步了解电磁波发射现象。
二、实验原理及要求
在CST微波工作室中，通常采用瞬态求解器来计算天线，典型的天线特性，如S参量(S参数)、主瓣方向、增益、效率等，都将被自动计算和显11 示。
按照如下图的天线模型形自行设计可接受2GHz左右的电磁波信号的天线并仿真出结果，同时作出一定分析。
(碳纳米管的半径为R，轴向方向沿z轴，长度为L，中间馈电端口缝隙为D)
三、实验步骤
1、选择天线模板
启动CST，在弹出的“Welcome”对话框中点击“OK”
按钮，创建一个新项目。
然后会看到选择模板对话框，选择
Antenna(Horn,Waveguide)，并点击OK按钮。
2、设置单位
用鼠标左键单击主菜单上的<Solve>按钮，在下拉菜单中
选择<Unit>，然后在弹出的对话框中将单位设置值更改为:
mm，GHz，ns，然后点击OK按钮。
3、设置背景材料
假设天线在理想的真空环境中。
用鼠标左键单击主菜单
上的<Solve>按钮，在下拉菜单中选择<Background
Properties>，然后在弹出的对话框中设置各参数。
4、定义天线结构
用鼠标左键单击主菜单上的<Edit>按钮，在下拉菜单中
选择 <Parameters>，然后在弹出的对话框中设置各参数。
其中
a,,。
5、建立模型
天线为圆柱结构，用鼠标左键单击主菜单上的<Objects>按钮，在下拉菜单中选择<Basic Shapes>，在出现的子菜单中选择<Cylinder>，然后再按下键盘上的ESC键，在出现在对话框中输入碳纳米管天线的半径、长度、材料特性等参数。
设置完成后点击OK按钮。
用鼠标左键单击主菜单上的<Objects>按钮，在下拉菜单中选择 <Basic Shapes>，在出现的子菜单中选择<Sphere>，然后再按下键盘上的ESC键，在出现在对话框中输入碳纳米管天线的半径、长度、材料特性等参数。
设置完成后点击OK按钮。
6、定义激励端口
为了给天线提供馈电端口，设置柱体中间部分为馈电缝隙，采用中心馈电。
用鼠标左键单击主菜单上的<Objects>按钮，在下拉菜单中选择<Basic Shapes>，在出现的子菜单中选择<Cylinder>，然后再按下键盘上的ESC键，在出现在对话框中输入碳纳米管天线的半径、长度、材料特性等参数，设置完成后点击OK按钮。
用鼠标左键单击主菜单上的<Solve>按钮，在下拉菜单中选择 <Discrete Port>，然后在弹出的对话框中设置端口的类型、名称和放置位置等参数。
设置完成后点击OK按钮，就得到设置好离散端口的天线模型。
7、设置仿真频率范围
用鼠标左键单击主菜单上的<Solve>按钮，在下拉菜单中选择<Frequency>，然后在弹出的对话框中设置仿真频率范围。
8、设置边界条件
由于天线辐射能量到自由空间，选择开放边界条件。
开放边界条件需要在器件和边界之间增加一些空间以得到最佳的性能。
只需要很小的距离，开放边界条件就可以做到很精确。
因为所需空间大小不确定，所以在边界条件中选择open(add
space)，系统会自动算出必需的空间。
9、设置远场监视器
为计算天线的表面电流分布、远场增益和方向图，开始仿真前
需要定义“场监视器”，CST微波工作室中可以定义任意多个
任意频率的表面电流分布和远场监视器，即可由一次仿真计算
出多个频点的表面电流分布和天线远场，用鼠标左键单击主菜
单上的<Solve>按钮，在下拉菜单中选择<Field monitors>，然
后在弹出的对话框中指定要计算的频点。
10、启动瞬态求解器
用鼠标左键单击主菜单上<Solve>按钮，在下拉菜单中选
择<Transient Solver>，将弹出瞬态求解器对话框。
在此对话框
中对求解器精度、激励源等参数设置完成后，点击Start按钮。
系统将自动进行仿真计算。
11、计算天线阵列
在CST微波工作室中，提供后处理功能，可以利用仿真
单根碳纳米管天线的远场结果来计算由相同的天线单元组成
的任意的天线阵列的远场分布。
用鼠标左键单击主菜单上
<Results>按钮，在下拉菜单中选择<Plot Properties>，然后在弹出的对话框中，选择<Array-Antenna array>选项，再点击
<Properties>按钮，在弹出的对话框中，输入空间偏移量、相
移等参数，再点击<Update antenna list>按钮后，每个阵元的坐标和它们各自的幅度和相位均显示在<Antenna list>对话框中，最后点击OK按钮，系统将按所定义的阵列计算出远场分布。
四、实验结果
1、ISI db、VSWR和Abs图
2、天线的方向图。