利用HFSS设计平面等角螺旋天线
平面螺旋天线及宽带匹配网络的设计和仿真
平面螺旋天线及宽带匹配网络的设计和仿真徐 琰 张漠杰（上海航天局第八○二研究所 上海200090）摘要：本文介绍了阿基米德平面螺旋天线及微带渐变线阻抗变换器的原理和设计方法，运用以有限元法为原理的专业软件Ansoft HFSS 对该天线及宽带匹配网络进行仿真，并与测量结果进行比较，仿真结果与测量结果吻合。
关键词： 阿基米德平面螺旋天线 渐变线阻抗匹配 平衡馈电一、 平面螺旋天线1.1 阿基米德平面螺旋天线为了满足灵活性和通用性，常常要求天线能以令人满意的方向图、阻抗和极化特性工作于很宽的频带范围内。
线性振子天线的频带是很窄的，增加振子直径只能稍微展宽一些频带，一般很少能大于所设计的中心频率的百分之几。
天线的增益、方向图、输入阻抗等电特性参数在一个较宽的频带内保持不变或变化较小的天线称为宽频带天线。
一般情况下，天线的性能参数是随频率变化的。
有一类天线，其几何形状完全由角度规定，性能与频率无关，这类天线称为非频变天线。
典型的天线有等角螺旋天线。
阿基米德平面螺旋天线不是一个真正意义上的非频变天线，但它也可以在很宽的频带内工作。
因为它不能满足截断要求，电流在工作区后并不明显的减小，螺旋天线被截断后方向图必受影响，因此必须在末端加载而避免波的反射。
阿基米德螺旋的半径随角度的变化均匀的增加，方程为φρρa +=0式中0ρ是起始半径，为螺旋增长率。
a本文设计的是双臂的阿基米德平面螺旋天线（如图1），两臂方程分别为φρρa +=011和)(022πφρρ++=a 。
用印刷电路技术来制造这种天线，使金属螺旋的宽度等于两条螺旋间的间隔宽度，形成自互补天线。
臂的宽度为：20102πρρa W =−=对于一个自互补天线结构，由巴比涅—布克（Babinet －Booker ）原理可求得，具有两个臂的无限大结构的输入阻抗为188.5欧。
图1 阿基米德平面螺旋天线在螺旋的周长为一个波长附近的区域，形成平面螺旋的主要辐射区。
画平面螺旋天线
画平面螺旋天线1.首先，画一个平面，以一个圆面为例吧2.然后，点击工具栏Draw/spiral，选择一个轴，这时弹出一个对话框，选择螺旋方向，半径，螺旋圈数3。
点击确定螺旋即可画好，然后在绕z轴旋转180度，可得双臂平面螺旋天线HFSS学习小结已经接触HFSS近两个月了，想用于材料电磁场屏蔽的设计和计算，不知是否可行，now have followed the example _heat sink in the chapter 9.0 _ EMC/EMI in full book 10.0 成功的做出了个结果，现在把看到别人的、自己知道的做一下总结：The main process : building 3D solid modeling; set boundaries and excitations ; analyze the result Before we build the modeling, we should think about what kind of method we use, there are three kinds of solution type: driven model; driven terminal; eigenmode 模式驱动(Driven)------计算以模式为基础的S参数.根据波导模式的入射和反射功率表示S参数矩阵的解,波导,天线等用这个模式多终端驱动(Driven Terminal)------计算以终端为基础的多导体传输线端口的S参数。
此时,根据传输线终端的电压和电流表示S参数矩阵的解----微带类用这个比较多! 本征模(Eignemode)-----计算某一结构的本征模式或谐振.本征模解算器可以求出该结构的谐振频率以及这些谐振频率下的场模式! Eignemode solver does not use ports and don’t support radiation boundaries. After launching the software, we should set tool options, included HFSS option and 3D modeler option Select the menu itemtool >option we can see those options Software will open a project by default First step is select solution type HFSS>solution type Set the units 3D modeler>units 单位可以在其它状态下改变3D modeler包括了与模型有关的操作和设置Set default material 在set 一次后的情况下其后建立的modeler 都是在此material 下的在default 的情况下history 的列表中按材料的种类进行分类建立模型过程中使用相对坐标会很方便，3D modeler>coordinate system > create> relative CS >Offset , 在建模过程中可能要使用很多相对坐标，在set相对坐标的时候，offset是相对于当前CS的位移，在3D Modeler>coordinate system>set working CS 可以选择使某个坐标为当前工作坐标，在history 的coordinate system 的列表中显示所有的坐标系，当前工作坐标将有个W的标记。
利用HFSS设计平面等角螺旋天线
利用HFSS 设计平面等角螺旋天线杜起飞北京理工大学电子工程系 100081摘要：本文介绍了一种双臂平面等角螺旋天线的设计过程，利用ANSOFT HFSS 对其结构进行了建模和仿真，工作频率为0.4GHz～3GHz，电压驻波比VSWR<2.0，增益Gain>5.0dB。
关键词：HFSS 、等角螺旋天线、宽带匹配1. 引言天线的增益、输入阻抗、方向图等电特性参数在一个较宽的频段内保持不变或变化较小的天线称为宽频带天线。
一般情况下，天线性能参数是随频率变化的。
有一类天线，它们的方向图和阻抗在相当宽的频带范围内与频率无关，这就是所谓的非频变天线。
本文所研究的是平面等角螺旋天线，它有很宽的工作频带，具有很好的应用前景，同时也是其它等角螺旋天线研究的基础。
2. 利用HFSS 设计平面等角螺旋天线平面等角螺旋天线在ANSOFT HFSS 中的模型如图1所示。
它主要由平面螺旋辐射器、馈电电路板、普通反射腔和异形反射腔四部分组成。
2.1 平面等角螺旋天线图1 平面等角螺旋天线在HFSS 中的模型 图2 自补形平面等角螺旋天线平面等角螺旋天线如图2所示，金属臂的四条边缘均为平面等角螺旋线。
边缘1的方程为，边缘2相对于边缘1旋转角φρρa e 01=δ，故其方程为。
天线另一臂的边缘应使结构对称，即一臂旋转半圈将于另一臂重合，因而有和。
图中的结构是自补形，因而)(02δφρρ−=a e )(03πφρρ−=a e )(04πδφρρ−−=a e 2/πδ=。
自补形平面等角螺旋天线两臂的四条边缘曲线为：⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧====−−−−)2(04)(03)2(0201ππφπφπφφρρρρρρρρa a a a eee e (1)- 74 - Ansoft2004年用户通讯 对于自补形结构，方向图的对称性最好。
由于平面等角螺旋天线的表面边缘仅由角度描述，因而满足非频变天线对形状的所有要求。
2.2 馈电电路板由于平面等角螺旋天线是平衡对称结构，其馈电系统也应采用平衡馈电方式。
射频和微波工程实践入门、用HFSS仿真微波传输线和元件
用HFSS仿真微波传输线和元件第一章用HFSS仿真微波传输线和元件 01.1 Ansoft HFSS概述 01.1.1 HFSS简介 01.1.2 HFSS的应用领域 (1)1.2 HFSS软件的求解原理 (1)1.3 HFSS的基本操作介绍 (3)1.3.1 HFSS的操作界面和菜单功能介绍 (3)1.3.2 HFSS仿真分析基本步骤 (4)1.3.3 HFSS的建模操作 (5)1.4 HFSS设计实例1——矩形波导的设计 (10)1.4.1 工程设置 (10)1.4.2 建立矩形波导模型 (11)1.4.3 设置边界条件 (12)1.4.4 设置激励源wave port (14)1.4.5 设置求解频率 (15)1.4.6 计算及后处理 (15)1.4.7 添加电抗膜片 (17)1.5 HFSS设计实例2——E-T型波导的设计 (23)1.5.1 初始设置 (23)1.5.2 建立三维模型 (24)1.5.3 分析设置 (27)1.5.4 保存工程 (27)1.5.5 分析 (27)1.5.6 生成报告 (28)1.6 HFSS设计实例3——H-T型波导的设计 (31)1.6.1 创建工程 (31)1.6.2 创建模型 (32)1.6.3 仿真求解设置 (36)1.6.4 比较结果 (37)1.7 HFSS设计实例4——双T型波导的设计 (39)1.7.1 初始设置 (39)1.7.2 建立三维模型 (40)1.7.3 分析设置 (43)1.7.4 保存工程 (44)1.7.5 分析 (44)1.7.6 生成报告 (45)1.8 HFSS设计实例5——魔T型波导的设计 (47)1.8.1 建立匹配膜片与金属杆 (48)1.8.2 分析设置 (48)1.9 HFSS设计实例6——圆波导的设计 (52)1.9.1 初始设置 (52)1.9.2 建立三维模型 (53)1.9.3 分析设置 (55)1.9.4 保存工程 (56)1.9.5 分析 (56)1.9.6 生成报告 (57)1.10 HFSS设计实例7——同轴线的设计 (64)1.10.1 初始设置 (64)1.10.2 建立三维模型 (65)1.10.3 分析设置 (68)1.10.4 保存工程 (69)1.10.5 分析 (69)1.10.6 生成报告 (70)1.11 HFSS设计实例8——微带线的设计 (77)1.11.1 初始设置 (77)1.11.2 建立三维模型 (78)1.11.3 建立波导端口激励 (79)1.11.4 分析设置 (80)1.11.5 保存工程 (80)1.11.6 分析 (81)1.11.7 生成报告 (82)1.11.8 产生场覆盖图 (82)1.12 HFSS设计实例9——单极子天线的设计 (85)1.12.1 创建工程 (85)1.12.2 创建模型 (85)1.12.3 设置变量 (89)1.12.4 设置模型材料和边界参数 (90)1.12.5 设置求解频率和扫描范围 (93)1.12.6 设置辐射场 (93)1.12.7 确认设置并分析 (93)1.12.8 显示结果 (94)1.13 HFSS设计实例10——方形切角圆极化贴片天线的设计 (98)1.13.1 设计原理及基本公式 (99)1.13.2 创建工程和运行环境设定 (99)1.13.3 创建模型 (99)1.13.4 求解设置 (100)1.13.5 有效性验证和仿真 (100)1.13.6 输出结果 (100)1.13.7 设置变量与参数建模 (102)1.13.8 创建参数分析并求解 (102)1.13.9 优化求解 (104)1.13.10 输出优化后的结果 (105)1.14 参考文献 (108)第一章用HFSS仿真微波传输线和元件1.1 Ansoft HFSS概述1.1.1 HFSS简介Ansoft HFSS （全称High Frequency Structure Simulator, 高频结构仿真器）是Ansoft公司推出的基于电磁场有限元方法（FEM）的分析微波工程问题的三维电磁仿真软件，可以对任意的三维模型进行全波分析求解，先进的材料类型，边界条件及求解技术，使其以无以伦比的仿真精度和可靠性，快捷的仿真速度，方便易用的操作界面，稳定成熟的自适应网格剖分技术使其成为高频结构设计的首选工具和行业标准，已经广泛地应用于航空、航天、电子、半导体、计算机、通信等多个领域，帮助工程师们高效地设计各种高频结构，包括：射频和微波部件、天线和天线阵及天线罩，高速互连结构、电真空器件，研究目标特性和系统/部件的电磁兼容/电磁干扰特性，从而降低设计成本，减少设计周期，增强竞争力。
(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。
一种平面等角螺旋天线及其巴伦的设计
一种平面等角螺旋天线及其巴伦的设计一种平面等角螺旋天线及其巴伦的设计夏成刚（华南理工大学电子与信息学院）摘要：本文设计了一种双臂平面等角螺旋天线，工作频率0.4-2GHz。
根据天线的平衡结构和宽带特性，设计了一种微带梯形结构的巴伦，以便采用50Ω同轴电缆馈电。
仿真计算结果显示天线及巴伦具有良好的圆极化及宽带特性。
关键词：螺旋天线；巴伦；设计Design of A Planar Equiangular Spiral Antenna and the Balun XIA cheng-gang（School of Electronic and Information Engineering, South China University of Technology）Abstract: In this paper，We designed a double-armed planar equianguar spiral antenna and fed by 50 ohm coaxial-cable ,it works at 0.4-2GHz.To match the balance structure an the wideband character of the antenna,its balun is microstrip line-parallel wire which is exponentially trapezia type。
Simulator results show that the proposed antenna is of good circular polarization and wideband characteristics.Key words: Spiral Antenna ，Balun，Design1 引言平面等角螺旋天线是一种宽频带天线，具有频带宽、尺寸小、重量轻、加工方便等优点，容易实现圆极化等优点，因而在超宽带及RFID等领域得以广泛应用。
等角螺旋天线
等角螺旋天线仿真分析Abstract:本文基于等角螺旋天线的基本原理，利用电磁让真软件HFSS构建并仿真分析了一个基本的等角螺旋天线。
通过仿真结果，得到了一个频带为442MHz~929MHz，频带内S参数小于-10dB的天线，并分别给出450MHz，670MHz，900MHz处的E、H面方向图。
关于结果的分析也列于最后。
1.引言螺旋天线属于非频变天线，具有可观的带宽比，通常都具有圆极化特性，半功率带宽一般约为70°~90°。
由于螺旋天线具有体积小，宽带宽的特性，因而广泛应用于国防，遥感等方面。
螺旋天线阵列还用于1~18GHz的军用飞行器方面。
2.天线设计本文仿真的等角螺旋天线如图1所示，可由4个公式表示定义每个支臂的内外半径r1=r0e aφ(1)r2=r0e a(φ-δ)(2)r2=r0e a(φ-π)(3)r2=r0e a(φ-π-δ)(4) 式中r0为φ=0时的矢径，a为一个常数，用于控制螺旋的张率。
用式(1)可以建立起图1所示的平面等角螺旋天线。
当δ=π/2时，图1所示的结构是自补的，在这种情况下，方向图对称性最好。
自补天线有如下特性：Z金属=Z空气=η/2=188.5Ω(5) 这就要求在HFSS中仿真的时候馈电对口阻抗大致设为188.5Ω。
等角螺旋天线工作频带的上限f u 由亏点结构决定，最小半径r0在馈电区的周长2πr0=λu=c/f u。
当然，螺旋在该店终止，连接到馈电传输线。
下限频率通过天线整体半径R来限制，使其约为f L的1/4波长。
实验发现半圈到三圈的螺旋对参数a和δ相对来说不敏感。
一圈半的螺旋约为最佳。
本文利用HFSS构建模型，并进行仿真分析。
构建的模型如图2所示。
仿真的天线最终选定参数如下：r0=27.5cm，a=0.27，n=0.92。
图1 平面等角螺旋天线几何模型图2 等角螺旋天线(a)斜视图(b)顶视图(c)侧视图3.仿真分析3.1 S参数图3所示为S参数仿真结果，由图可以看出，从442MHz~929MHz处，S参数都低于-10dB，说明此等角螺旋天线在次带宽内为通带。
HFSS仿真平面螺旋电感
HFSS仿真计算平面螺旋电感1，打开HFSS软件（这里用的是ANSYS Electronics Desktop 2015）2，点击菜单栏Project—Insert HFSS Design3，设置求解类型，点击HFSS—Solution Type，在跳出的对话栏中如下图设置4，设置单位，点击菜单栏Modeler—Units设置，如图选择长度单位5，导入几何模型，点击菜单栏Modeler—Import, 在菜单中选择绘制好的电感模型（本例中所用模型为利用Solid works 2016绘制的模型，保存格式为*.IGS, 也可以自己直接在HFSS 中绘制模型，此处不再赘述）6，点击树形图中的相应几何体，可以设置几何体的名字（Name），材料（Material），颜色（Color），透明度（Transparent）等信息，此处将电感材料设为铜（Copper）7，绘制空气域边界，根据需要点击菜单栏中的中的某个图形，此例中选择的时长方体域，在操作界面中绘制相应长方形，点击树形图中相应几何体，可以设置几何体的坐标和长宽高，要求令其完全覆盖电感并尽量对称（图中的数值仅示意用）。
8，设置空气域材料，设置方法同6，材料设为空气（air），透明度设为80% 9，设置边界条件，点击长方体空气域的边界，右击选择Assign Boundary—Radiation，点击OK。
10，设置激励条件，此例中用的是双端口激励，也可设置为单端口激励；如图，在电感两个端口外侧绘制一个参考电极，材料同样设为铜。
在参考电极与两个端口之间分别绘一个矩形平面，，矩形的两个相对的边界坐标要完全与参考电极和电感端口吻合；鼠标选定其中一个平面，右击选择Assign Excitation—Lumped port，命名为1，设置阻抗50欧，点击下一步，点击Integration Line—NewLine，在所选平面上画出一条直线，从参考电极侧中点指向电感端口侧中点（鼠标位于矩形边缘中电时回显示一个三角形），点击下一步，点击完成。
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。
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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
2024/1/29
• 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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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：一、建立工程菜单Project->Insert HFSS Design二、设置求解模式菜单HFSS->Solution Type->天线为Driven Modal三、天线模型建立1、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、天线模型结构本例天线采用的模型如图1所示，其详细结构尺寸见表1.图1超宽带平面天线结构图表1初步设计的超宽带平面天线尺寸微带线阻抗验证：1)、采用Agilent AppCAD计算2、采用LineCalc计算工具（ADS中的工具）3、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，详见下图依次输入表1中全部变量，最终如下图4、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。
（c）双击模型窗口左侧Substrate的子目录Createbox，修改介质板大小及厚度。
介质板长l=32mm，宽w=16mm，厚h=0.8mm，如下图所示，点击确定。
（2）创建微带馈线（a）在菜单栏中点击Draw>Rectangle，在模型窗口任意创建Rectangle1（b）双击模型窗口左侧的Rectangle1，改名为microstrip，点击确定。
螺旋天线的仿真设计微波课设要点
太原理工大学现代科技学院课程设计任务书指导教师签名：日期：专业班级 学号 姓名 成绩一、设计题目 螺旋天线的仿真设计 二、设计目的 (1)熟悉Ansof ｔ ＨF ＳS 软件的使用。
(２)学会螺旋天线的仿真设计方法。
(3)完成螺旋天线的仿真设计，并查看Ｓ参数以及场分布。
三、实验原理 螺旋天线（hel ｉca ｌ an ｔen ｎa ）是一种具有螺旋形状的天线。
它由导电性能良好的金属螺旋线 组成，通常用同轴线馈电,同轴线的心线和螺旋线的一端相连接，同轴线的外导体则和接地 的金属网（或板）相连接,该版即为接地板。
螺旋天线的辐射方向与螺旋线圆周长有关。
当 螺旋线的圆周长比一个波长小很多时，辐射最强的方向垂直于螺旋轴;当螺旋线圆周长为一 个波长的数量级时,最强辐射出现在螺旋旋轴方向上。
四、设计要求 设计一个右手圆极化螺旋天线，要求工作频率为４Ｇ，分析其远区场辐射特性以及S 曲线。
本设计参数为：螺旋天线的中心频率 f=4ＧHz ， λ=75mm;……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………螺旋导体的半径 ｄ=0.15λ=11．25mm ； 螺旋线导线的半径 ａ＝0.5mm ； 螺距 s=0．25λ=1８,７５ｍｍ； 圈数 Ｎ=3; 轴向长度 l=Ns; 五、设计仿真步骤 在HF ＳS 建立的模型中，关键是画出螺旋线模型。
画螺旋线,现说明螺旋线模型的创建。
1、建立新的工程 运行ＨFSS,点击菜单栏中的P ｒoje ｃt ＞Ｉns ｅr ｔ H ｆｓs D ｅｓsign,建立一个新的工程。
２、设置求解类型 (1）在菜单栏中点击HF ＳS ＞Solut ｉon Type 。
(２)在弹出的S ｏluti ｏn Type 窗口中 （a ）选择Dr ｉv ｅn Mo ｄal 。
(ｂ)点击O Ｋ按钮。
3、设置模型单位 将创建模型中的单位设置为毫米。
HFSS天线仿真操作步骤(GAO)
HFSS天线仿真操作步骤画激励面点选矩形框1 设置边界条件1 选择某个需要设成地的面，然后2 设为地平面（打钩）注：辐射单元也需要设置，但不需要在无线地的选项中打钩。
2 设介质选择好某个体，Box1.在下面的菜单中有“Material”项目。
点““Material”，弹出一个菜单。
选“Add Material”，又弹出一个菜单将原介电常数数值1修改为4.5后点“OK”则该处改为2.65点“确定”3 设置金属化孔重新选择某个面：“Edit”“Select”“By Nane”弹出菜单选择金属化通孔，点“OK”点框图中的“vacuum”（真空）弹出一个菜单移动滑动条到出现“copper”双击，确定。
4设置激励端口选“Wave Port”，弹出一个菜单。
选“下一步”点“None”，弹出下拉菜单，选“New Line”出现下面菜单设电场方向从下底板拉到上底板，但方向必须是垂直的为保证是垂直的，dx必须为0. 回车后弹出菜单点“下一步”出现下面菜单选择选完成。
5 创建辐射边界1 选2 输入合适数值3 输入合适数值4 回车确定5 辐射边界的一个面必须和激励面是一个面。
选“HFSS”“Boundaries(边界)”“Assign（分配）”“Radiation（辐射）”弹出一个菜单点“OK”。
让辐射边界不显示出来。
点右键，选“View”“Hide Selection”6 选择步进值点“放大镜”符号弹出一个菜单设置步进值点，弹出下面菜单：点“确定”，弹出下面菜单：修改几个数值：8 运行中心频率选“4G”打开“Setup1”下面的“Sweep1”修改步进值为“0.01”10输出曲线1 用左键点击“Results”弹出下拉菜单：选第一个“Create Report”(创建报告)弹出一个菜单点“OK”,弹出一个菜单：选“Done”即可输出曲线12 表面电流分布的输出1 选择要分析电流的那个面点右键，选“Fields”，“E”“Mag_E”,弹出一个菜单选“Done”，即可显示结果。
Ansoft HFSS 在天馈系统教学实训中的应用
Ansoft HFSS 在天馈系统教学实训中的应用作者：吴香林余小兰刘大良来源：《现代职业教育.高职本科》 2016年第11期［摘要］针对目前高职院校狠抓教学改革，提高学生动手能力的问题，提出项目式教学模式，加强课程与工作之间的相关性。
应用AnsoftHFSS15软件分析、设计、仿真螺旋天线进行实例，代替抽象指标分析和天线实操教学模式，达到原理可视化、模型动态化、资源集约化的目的。
此教学模式对高职学生动手解决天馈系统工程实施及维护方面问题的能力得到了提升。
［关键词］HFSS；螺旋天线；课程改革；方向图［中图分类号］G434［文献标志码］A［文章编号］2096-0603（2016）31-0017-03天线在各种无线通信系统中都是必不可少的组成部分。
用来发射和接收无线电波的装置称为天线。
天线的主要功能是完成高频电流与空间无线电波之间的能量转换，又称为能量转换器。
通常我们把发射机或接收机与天线连接起来的系统称为馈线系统，由于馈线系统和天线的联系非常密切，因此我们把天线和馈线系统看成一个元件，统称为天线馈线系统，简称天馈系统。
天馈系统是用来接收和发射网络信号的装置。
天馈系统的应用及其广发，如2G/3G/4G移动通信、电视、Wifi、雷达、导航、气象等领域。
天馈系统技术是高职院校移动通信技术专业的一门基础课，本文应用AnsoftHFSS仿真软件结合项目式教学模式进行本门课程的实训内容教学，达到了良好的教学效果，显著提升了高职学生对天馈系统的探究兴趣，为进一步学习移动通信系统打下了坚实的基础。
一、HFSS软件介绍HFSS是高频结构仿真器（HighFrequencyStructureSimulator）的缩写，是美国Ansoft公司推出的三维电磁仿真软件。
AnsoftHFSS提供了极高的仿真精度和可靠性、快捷的仿真速度、方便易用的操作界面、精确自适应的求解方式、拥有强大的后处理器来分析天线的电性能，能计算任意形状三维无源结构的S参数和驻波比等参量值。
hfss天线课程设计
hfss天线课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解并掌握HFSS软件的基本操作和天线设计原理；2. 学生能描述不同类型天线（如偶极子天线、螺旋天线等）的电磁特性；3. 学生能运用HFSS软件进行天线参数的仿真分析，如阻抗匹配、辐射图等。
技能目标：1. 学生能运用HFSS软件进行天线模型的构建和仿真实验；2. 学生能通过HFSS软件分析并优化天线设计，提高天线性能；3. 学生能运用所学知识解决实际问题，具备一定的创新设计能力。
情感态度价值观目标：1. 学生通过本课程的学习，培养对天线及电磁场领域的好奇心和兴趣；2. 学生能够认识到天线技术在通信、导航等国家重要领域的作用，增强国家使命感；3. 学生通过团队协作完成课程项目，培养沟通、合作和团队精神。
课程性质：本课程为实践性较强的课程，以HFSS软件为工具，结合课本知识，培养学生的实际操作能力和创新能力。
学生特点：学生具备一定的电磁场理论知识和计算机操作能力，对实际应用有较高的兴趣。
教学要求：教师需引导学生运用所学知识进行实际操作，注重培养学生的动手能力和解决问题的能力。
在教学过程中，关注学生的个体差异，因材施教，确保课程目标的实现。
通过课程学习，使学生能够将理论知识与实际应用相结合，提高综合素养。
二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. HFSS软件基本操作与界面介绍：使学生熟悉软件环境，掌握基本操作方法。
- 教材章节：第1章 HFSS软件概述与安装2. 天线设计原理及分类：介绍天线基本理论，分析各类天线的特点。
- 教材章节：第2章 天线原理与分类3. 天线仿真参数分析：学习天线性能参数，如阻抗匹配、辐射图等。
- 教材章节：第3章 天线性能参数4. HFSS天线建模与仿真：实际操作，构建天线模型，进行仿真实验。
- 教材章节：第4章 HFSS天线建模与仿真5. 天线优化与改进：学习优化方法，提高天线性能。
- 教材章节：第5章 天线优化与改进6. 课程项目实践：分组进行天线设计项目，培养团队协作和创新能力。
HFSS仿真平面螺旋电感
HFSS仿真计算平面螺旋电感1，打开HFSS软件（这里用的是ANSYS Electronics Desktop 2015）2，点击菜单栏Project—Insert HFSS Design3，设置求解类型，点击HFSS—Solution Type，在跳出的对话栏中如下图设置4，设置单位，点击菜单栏Modeler—Units设置，如图选择长度单位5，导入几何模型，点击菜单栏Modeler—Import, 在菜单中选择绘制好的电感模型（本例中所用模型为利用Solid works 2016绘制的模型，保存格式为*.IGS, 也可以自己直接在HFSS中绘制模型，此处不再赘述）6，点击树形图中的相应几何体，可以设置几何体的名字（Name），材料（Material），颜色（Color），透明度（Transparent）等信息，此处将电感材料设为铜（Copper）7，绘制空气域边界，根据需要点击菜单栏中的中的某个图形，此例中选择的时长方体域，在操作界面中绘制相应长方形，点击树形图中相应几何体，可以设置几何体的坐标和长宽高，要求令其完全覆盖电感并尽量对称（图中的数值仅示意用）。
8，设置空气域材料，设置方法同6，材料设为空气（air），透明度设为80%9，设置边界条件，点击长方体空气域的边界，右击选择Assign Boundary—Radiation，点击OK。
10，设置激励条件，此例中用的是双端口激励，也可设置为单端口激励；如图，在电感两个端口外侧绘制一个参考电极，材料同样设为铜。
在参考电极与两个端口之间分别绘一个矩形平面，，矩形的两个相对的边界坐标要完全与参考电极和电感端口吻合；鼠标选定其中一个平面，右击选择Assign Excitation—Lumped port，命名为1，设置阻抗50欧，点击下一步，点击Integration Line—New Line，在所选平面上画出一条直线，从参考电极侧中点指向电感端口侧中点（鼠标位于矩形边缘中电时回显示一个三角形），点击下一步，点击完成。
HFSS仿真角锥天线
四、设置求解项并分析
Right-click Analysis, then Add Solution Setup. Set the following values: Solution Frequency is 10 GHz, Maximum number of passes is 20, and Maximum Delta S per pass is 0.02. Leave every thing else as default. Click Ok.
三、设置边界条件和激励源
Choose the surfaces of the horn and assign Perfect E. All faces of the horn should be chosen except the top and the bottom. Then Boundaries right click Assign< Perfect E and name it PerfE_horn_sides.
二、创建模型
2. Drawing the base 2D Rectangle
To create the “funnel” or tapering of the horn antenna, draw and connect Two rectangles, and then connect them to create the 3D funnel. Place the first rectangle on top of the 3D antenna base.
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利用HFSS设计平面等角螺旋天线
HFSS（高频结构模拟器）是一种电磁场仿真软件，广泛应用于无线通信、射频电子、天线设计等领域。
在设计平面等角螺旋天线时，可以使用HFSS来进行仿真、优化和分析。
下面将介绍利用HFSS设计平面等角螺旋
天线的步骤和注意事项。
1.定义天线的几何结构：在HFSS中，首先需要定义天线的几何形状。
对于平面等角螺旋天线，可以使用直线段和弧段来描述螺旋的几何结构。
可以选择合适的参数，如螺旋半径、线宽和线距等，来定义螺旋天线的几
何形状。
2. 设置边界条件和材料属性：在进行仿真之前，需要设置适当的边
界条件和材料属性。
对于平面等角螺旋天线，一般使用PEC（Perfect Electric Conductor）作为边界条件，以确保电磁波在螺旋天线表面的反
射和吸收很小。
此外，还需要为天线材料设置合适的电磁参数，如相对介
电常数和损耗正切等。
3.设定频率范围和场激励：在HFSS中，可以设置所需的频率范围和
场激励方式。
一般来说，平面等角螺旋天线用于宽频工作，因此可以选择
一个合理的工作频率范围。
对于激励方式，可以选择点源激励，即在螺旋
天线的发射端施加一个适当的电流源。
4. 进行电磁波分析：在设置好几何结构、边界条件、材料属性、频
率范围和场激励之后，可以进行电磁波分析。
HFSS使用有限元方法来求
解Maxwell方程组，得到电磁场分布、辐射特性等结果。
5.优化和调整参数：根据仿真结果，可以对平面等角螺旋天线的几何
参数进行优化和调整。
例如，可以改变螺旋半径、线宽和线距，以优化天
线的电磁性能，如增益、辐射方向性等。
6.分析和评估性能：经过优化和调整之后，可以再次进行电磁波分析，得到优化后的天线性能。
可以对比不同参数设置下的性能，如频率响应、
辐射图案等，进行评估和选择最佳设计。
在设计平面等角螺旋天线时
1.准确地定义几何参数：几何参数的准确定义对于仿真结果的准确性
至关重要。
要仔细测量几何参数，并正确输入到HFSS中。
2.选择合适的网格密度：HFSS使用有限元方法进行求解，网格密度
的选择对于仿真结果的准确性和计算效率有重要影响。
要根据天线尺寸和
仿真要求选择合适的网格密度。
3.考虑辐射效应：平面等角螺旋天线是一种辐射天线，需要考虑辐射
效应。
可以通过设置边界条件和优化几何参数来改善辐射效果。
综上所述，利用HFSS设计平面等角螺旋天线需要进行几何结构定义、边界条件和材料属性设置、频率范围和场激励设定、电磁波分析、优化和
调整参数、性能分析和评估等步骤。
在设计过程中，还需注意几何参数的
准确性、网格密度的选择和辐射效应的考虑。
通过合理的设计和优化，可
以得到性能良好的平面等角螺旋天线。