基站天线设计讲座(2)

S参数；

驻波比 工作带寛； 输入阻抗

辐射模式；

方向图
解析結果显示

～S-Parameter～
S-Parameter显示
选择[HFSS]/[Result]/[Create Report] 2. Report Type选择S-Parameter 3. Display Type选择Rectangular Plot 4. 点击[OK]。 Traces选择、 1. Category选择 S-Parameter 2. Quantity选择S11 3. Function选择dB 4. 点击[Add Trace] 5. 点击[Done]
解析結果显示
Traces显示的选择、
1. 2. 3.
～Gain<2D>～
选择[Sweeps] 选择Phi 去掉All Value、选择90deg
显示结果
Ansoft Corporation
Radiation Pattern 1
0 -30 0.00 30
HFSSDesign2
Curve Info dB(GainTotal) Setup1 : LastAdaptive
1.
初步计算结果

S参数
XY Plot 2
Curve Info dB(S(LumpPort1,LumpPort1)) Setup1 : Sw eep1
Ansoft Corporation
0.00
HFSSDesign1
-2.00
-4.00
dB(S(LumpPort1,LumpPort1))
-6.00
Curve Info dB(S(LumpPort1,LumpPort1)) Setup1 : Sw eep1
Ansoft Corporation
HFSSDesign1
-2.00
-4.00
dB(S(LumpPort1,LumpPort1))
-6.00
-8.00
-10.00
-12.00
-14.00
-16.00 8.00 8.50 9.00 9.50 10.00 Freq [GHz] 10.50 11.00 11.50 12.00
设定材料属性

选中Cylinder1
设定集中参数端口

选中平面Rectangle1
建立计算模型

建立空气盒

点击[Draw]/[Cylinder]
设定边界条件

选中空气盒
水平极化增益

设置
水平极化增益
Ansoft Corporation
Radiation Pattern 2
0 -30 -20.00 30
HFSSDesign2
Curve Info dB(GainPhi) Setup1 : LastAdaptive
-30.00 -60 -40.00 60
-50.00
Ansoft Corporation
0.00
HFSSDesign1
-5.00
-10.00
dB(S(LumpPort1,LumpPort1))
dB(S(LumpPort1,LumpPort1)) Setup1 : Sw eep1 d='0.02mm' f0='10GHz' w ='0.2mm' z0='150ohm' dB(S(LumpPort1,LumpPort1)) Setup1 : Sw eep1 d='0.02mm' f0='10GHz' w ='0.2mm' z0='200ohm' dB(S(LumpPort1,LumpPort1)) Setup1 : Sw eep1 d='0.02mm' f0='10GHz' w ='0.2mm' z0='250ohm' dB(S(LumpPort1,LumpPort1)) Setup1 : Sw eep1 d='0.02mm' f0='10GHz' w ='0.2mm' z0='300ohm'
材料設定

圆环材料設定

选择Cylinder1 改变材料属性，从真空改为铜。
馈电端口設定

Lumped Port設定



选中Rectangle1 选择 [HFSS]/[Excitation]/[ Assign]/[Lumped Port] 设置端口阻抗
馈电端口設定

设置Integration Line
Category选择Directivity Quantity选择DirTotal Function选择dB 点击[Add Trace] 点击[Done]
解析結果显示
～方向性<3D>～
解析結果显示

～Gain<2D>～
显示yz上的Gain
1. 2. 3. 4.
选择[HFSS]/[Result]/[Create Report] Report Type选择Far Fields Display Type选择Radiation Pattern 点击[OK]。

环状天线



环状天线的长度 约等于一个波长。 空气盒壁与天线 的最短距离应大 于1/4波长。 激励端口使用集 中参数端口。
设定基本参数

输入工作频率f0,线宽w，线厚度d和端口阻抗 z0。
设置解算模型

画外圆盘

[Draw]/[Cylinder]
设置解算模型

画内圆盘

[Draw]/[Cylinder]
-90
90
-120
120
-150 -180
150
垂直极化增益

设置
垂直偏振增益
Ansoft Corporation
Radiation Pattern 3
0 -30 -4.00 30
HFSSDesign2
Curve Info dB(GainTheta) Setup1 : LastAdaptive
-18.00 -60 -32.00 60
10GHz 10 0.02
扫频设置

设置扫频；


选择 [HFSS]/[Analysis Setup]/[Add Sweep] 设置Sweep Type 为Fast、Sweep 范围为8GHz～ 12GHz，步长为 0.01GHz。
開始计算

选择[HFSS]/[Analyze]
计算结果分析

解算结果分析主要包括：
基站天线设计讲座（二）
典型天线计算实例
电子科技大学 贾宝富 博士
序言


介绍利用仿真软件计算天线的基本过程。 本讲座将介绍3种类型天线的计算过程。


环状天线（磁偶极子）； 对称振子天线（电偶极子）； 贴片天线；

巴伦的结构与设计

巴伦的类型； 巴伦设计。
启动HFSS

打开HFSS
确认HFSS解算环境
解析結果显示

～方向性<3D>～
方向性结果显示
1. 2. 3. 4.
选择[HFSS]/[Result]/[Create Report] Report Type选择Far Fields Display Type选择3D Polar Plot 点击[OK]
Traces显示选择、
1.
2. 3. 4. 5.
-90
90
-120
120
-150 -180
150
对称阵子天线



对称阵子天线的基 本尺寸长度为1/2波 长。 空气盒壁距辐射体 距离为1/4波长。 激励端口为离散端 口。
基本参数

输入工作频率等基本参数
建立计算模型

画天线

点击[Draw]/[Cylinder]
建立计算模型

切断天线

利用Box把天线中间切断 点击[Draw]/[Box]
建立计算模型

用Cylinder1减去Box1.

按[Ctrl]+[A]全选所有 点击[3D Modeler]/[Boolean]/[Subtract] 用Cylinder1减去Box1
建立计算模型

建立馈电端口Port


改变平面为[3D Modeler]/[Grid Plane]/[xz] 点击[Draw]/[Rectangle]
-8.00
-10.00
-12.00
-14.00
-16.00 8.00 8.50 9.00 9.50 10.00 Freq [GHz] 10.50 11.00 11.50 12.00
调整圆环半径r0

增加比例系数alfa=1.092
调整后的计算结果

0.00
S Parameters
XY Plot 1
选择解算类型

Solution Type設定

[HFSS]/[Solution Type]

选择Driven Modal

３种解算类型

Driven Modal

计算以模式为目的物的S-Parameter

Driven Terminal

计算以端口为目的物的S-Parameter
计算谐振频率
百度文库
Eigenmode
-15.00
-20.00
-25.00
-30.00
-35.00 8.00 9.00 10.00 11.00 12.00 Freq [GHz] 13.00 14.00 15.00 16.00
解析結果显示

～方向性～
扫掠方向設定

选择[HFSS]/[Radiation]/[Insert Far Field Setup］ /[Infinite Sphere]
设置解算模型

用外圆盘减去内圆盘生成圆环；


[Ctrl]+[A]选中所有模型 选择[3D Modeler]/[Boolean]/[Subtract] 确认用Clynder1减去Clynder2，点击[OK]确认。
设置解算模型

在圆环切掉一块构成馈电端口；

用Box构成切掉部分； 选择[Draw]/[Box]
设置解算模型

切掉Box1

[Ctrl]+[A]选中全部。 选择[3D Modeler]/[Boolean]/[Subtract] 用Clynder1减去Box1，然后点击[OK]。
设置解算模型

画出馈电端口Port

[Draw]/[Rectangle]
设置解算模型

画空气盒

选择[Draw]/[Cylinder]
端口阻抗的影响


设置参数扫描，Z0从50～300欧姆，步长50欧 姆。 添加计算S11
扫频计算结果

从结果看端口阻抗对天线工作带寛和驻波比均 有影响。
XY Plot 2
Curve Info dB(S(LumpPort1,LumpPort1)) Setup1 : Sw eep1 d='0.02mm' f0='10GHz' w ='0.2mm' z0='50ohm' dB(S(LumpPort1,LumpPort1)) Setup1 : Sw eep1 d='0.02mm' f0='10GHz' w ='0.2mm' z0='100ohm'


设置计算电压的积 分线； 在Integration Line 栏，选择[New Line] 在可以建立电压的 两个端部之间画一 条直线。


只需选中起点和终点
馈电端口設定

归一化设定


S-parameter的 计算值与端口阻 抗有关； 如果使用同轴接 头，需要对50欧 姆归一化。
设置边界条件
-46.00
-90
90
-120
120
-150 -180
150
同时显示水平和垂直增益

设置
水平和垂直增益
Ansoft Corporation
Radiation Pattern 4
0 -30 16.00 2.00 -60 -12.00 -26.00 60 30
HFSSDesign2
Curve Info dB(rEPhi) Setup1 : LastAdaptive dB(rETheta) Setup1 : LastAdaptive

空气盒需要设置为辐射边界

选中空气盒 选择[HFSS]/[Boundaries]/[Assign]/[Radiation] 点击[OK]。
设置解算条件

设置解算频率

选择[HFSS]/[Analysis Setup]/[Add Solution Setup]

解算频率： Maximum Number of Passes： Maximum Delta S：

HFSS基本解算环境 设置 [Tools]/[Options]/[G eneral Options]


设置自动存储 设定默认设计文件、 临时文件和库文件的 存放位置 设定默认设计文件的 类型
保存设计文件

设计文件的保 存


在环境设置 中设定自動 保存機能 [File]/[Save] 以适当的文 件名保存文 件
-5.00 -60 -10.00 60
-15.00
-90
90
-120
120
-150 -180
150
解析結果显示

～Gain<2D>～
yz面的Gain
1. 2.
3. 4. 5.
Category选择Gain Quantity选择GainPhi（水平偏振）或选择 GainTheta（垂直偏振） Function选择dB 点击[Add Trace] 点击[Done]