半波偶极子天线的HFSS仿真设计
半波偶极子天线的HFSS仿真设计
半波偶极子天线的HFSS仿真设计在开始仿真设计之前，首先需要进行天线的三维建模。
打开HFSS软件，并选择新建工程，设定仿真频率范围和单位。
然后点击导航栏的“模型创建”按钮，选择“3D模型”。
在新建的3D模型中，选择“导入”按钮，导入天线的CAD模型，或者手动绘制天线的几何结构。
根据具体的设计要求，设置天线的尺寸和材料等参数。
接下来，需要定义天线的材料特性。
点击导航栏的“材料”按钮，选择“创建材料”。
根据具体的天线材料属性，设置材料的介电常数、磁导率等参数。
点击“应用”按钮，完成材料属性的定义。
然后，进行边界条件的设置。
点击导航栏的“边界条件”按钮，选择“终止条件”。
选择边界条件的类型，如正常边界条件、电磁边界条件等。
根据具体的设计要求，设置边界条件的参数。
点击“应用”按钮，完成边界条件的设置。
接下来，需要设定仿真的激励模式。
点击导航栏的“激励”按钮，选择“微带激励端口”。
设置仿真的频率、激励电压等参数。
根据具体的设计要求，设置激励的位置和方向等参数。
然后，进行网格划分。
点击导航栏的“网格划分”按钮，选择“全局网格划分”。
根据具体的仿真要求，设置网格划分的密度、精度等参数。
点击“划分”按钮，生成网格。
完成网格划分后，需要进行仿真求解。
点击导航栏的“求解器设置”按钮，选择合适的求解器，如频域求解器或时域求解器等。
根据具体的仿真要求，设置求解器的参数。
然后点击“求解”按钮，进行仿真求解。
仿真求解完成后，可以进行结果的分析和优化。
点击导航栏的“结果”按钮，选择合适的结果显示方式，如3D图像、功率图等。
根据具体的设计要求，分析天线的辐射图案、增益等性能指标。
根据需要，进行参数的优化，如改变天线的尺寸、位置等。
再次进行仿真求解，直至达到预期的性能指标。
本文介绍了使用HFSS软件进行半波偶极子天线的仿真设计的步骤和方法。
通过三维建模、材料定义、边界条件设置、激励模式设定、网格划分、仿真求解和结果分析等步骤，可以实现对半波偶极子天线性能的仿真和优化。
HFSS_半波偶极子天线设计解析
在主菜单栏中选择HFSS----Solution Type，选中 Driven Model单选按钮，然后单击ok按钮，完 成设置。
（3）设置模型长度单位
在主菜单栏中选择Modeler----units，选择mm。
2.添加和定义设计变量 在HFSS中定义和添加如图1所示的变量。 在HFSS主菜单栏中选择HFSS----Design
▪ 对于半波偶极子天线而言，输入阻抗近似看为辐射电阻 73.2欧姆。
▪ 可见，半波偶极子天线的输入阻抗是纯电阻，易于和馈 线匹配，这也是它被较多采用的原因之一。
3.2 半波偶极子天线设计 变量定义
▪ 这里要求设计一个中心频 率为3GHz的半波偶极子 天线，天线沿z轴放置， 中心位于坐标原点，天线 材质使用理想导体，总长 度为0.48λ，半径为 λ/200.天线的馈电采用 集总端口激励方式，端口 距离为0.24mm，辐射边 界和天线的距离为λ/4。
2.添加和定义设计变量 在HFSS中定义和添加如图1所示的变量。 在HFSS主菜单栏中选择HFSS----Design
Properties命令，打开设计属性对话框，单击 ADD按钮，打开add property对话框，在add property对话框中的name输入lambda，初始值 100mm，然后单击ok。 依次定义变量length，初始值0.48*lambda；定义 变量gap，初始值0.24mm；定义变量 dip_length，初始值length/2-gap/2；定义变量 dip_radius，初始值lambda/200；定义变量 rad_radius，初始值dip_radius+lambda/4；定 义变量rad_height，初始值 dip_length+gap/2+lambda/10。 最后点确定按钮。
HFSS天线仿真实验报告
HFSS天线仿真实验报告半波偶极子天线设计通信0905杨巨U2009138922012-3-7半波偶极子天线仿真实验报告一、实验目的1、学会简单搭建天线仿真环境的方法，主要是熟悉HFSS软件的使用方法2、了解利用HFSS仿真软件设计和仿真天线的原理、过程和方法3、通过天线的仿真，了解天线的主要性能参数，如驻波比特性、smith圆图特性、方向图特性等4、通过对半波偶极子天线的仿真，学会对其他类型天线仿真的方法二、实验仪器1、装有windows系统的PC一台2、HFSS13.0软件3、截图软件三、实验原理1、首先明白一点：半波偶极子天线就是对称阵子天线。
2、对称振子是中间馈电，其两臂由两段等长导线构成的振子天线。
一臂的导线半径为a，长度为l。
两臂之间的间隙很小，理论上可以忽略不计，所以振子的总长度L=2l。
对称振子的长度与波长相比拟，本身已可以构成实用天线。
3、在计算天线的辐射场时，经过实践证实天线上的电流可以近似认为是按正弦律分布。
取图1的坐标，并忽略振子损耗，则其电流分布可以表示为：式中，Im为天线上波腹点的电流；k=w/c为相移常数、根据正弦分布的特点，对称振子的末端为电流的波节点；电流分布关于振子的中心店对称；超过半波长就会出现反相电流。
4、在分析计算对称振子的辐射场时，可以把对称振子看成是由无数个电流I(z)、长度为dz的电流元件串联而成。
利用线性媒介中电磁场的叠加原理，对称振子的辐射场是这些电流元辐射场之矢量和。
电流元I(z)dz所产生的辐射场为图2 对称振子辐射场的计算如图2 所示，电流元I(z)所产生的辐射场为其中5、方向函数四、实验步骤1、设计变量设置求解类型为Driven Model 类型，并设置长度单位为毫米。
提前定义对称阵子天线的基本参数并初始化2、创建偶极子天线模型，即圆柱形的天线模型。
其中偶极子天线的另外一个臂是通过坐标轴复制来实现的。
3、设置端口激励半波偶极子天线由中心位置馈电，在偶极子天线中心位置创建一个平行于YZ面的矩形面作为激励端口平面。
实验一 半波振子天线仿真设计说明
实验一半波振子天线仿真设计一、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半波振子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、预习要求1、熟悉天线的理论知识。
2、熟悉天线设计的理论知识。
三、实验原理与参考电路3.1天线介绍天线的定义：用来辐射和接收无线电波的装置。
天线的作用：将电磁波能量转换为导波能量,或将导波能量转换为电磁波能量。
3.1.1天线的基本功能天线应尽可能多的将导波能量转变为电磁波能量,要求天线是一个良好的开放系统,其次要与发射机<或接收机>良好匹配;（1）、天线应使电磁波能量尽量集中于需要的方向,（2）、对来波有最大的接收;（3）、天线应有适当的极化,以便于发射或接收规定极化的电磁波;（4）、天线应有只够的工作带宽;3.1.2天线的分类（1）、按用途分：通信天线、广播电视天线、雷达天线等;（2）、按工作波长分：长波天线、中波天线、短波天线、超短波天线、微波天线等;（3）、按辐射元分：线天线和面天线;3.1.3天线的技术指标大多数天线电参数是针对发射状态规定的,定向辐射的能力。
（1） 天线方向图与其有关参数所谓方向图,是指在离天线一定距离处,辐射场的相对场强<归一化模值>随方向变化的曲线图。
如图1所示。
若天线辐射的电场强度为E <r ,θ,φ>,把电场强度〔绝对值〕写成式中I 为归算电流,对于驻波天线,通常取波腹电流I m 作为归算电流； f <θ,φ>为场强方向函数。
因此,方向函数可定义为(,,)(,)260/E r f I rθϕθϕ=式 为了便于比较不同天线的方向性,常采用归一化方向函数,用F <θ,φ>表示,即 式中,f max <θ,φ>为方向函数的最大值；E max 为最大辐射方向上的电场强度;E <θ,φ>为同一距离<θ,φ>方向上的电场强度。
实验三_半波偶极子
实验三 半波偶极子一、【实验目的】1. 以一个简单的半波偶极子天线设计为例，熟悉HFSS 软件分析和设计天线的基本方法及具体操作；2. 利用HFSS 软件仿真设计了解半波振子天线的结构和工作原理；3. 通过仿真设计掌握天线的重要指标：回波损耗S11、3D 方向图二、【实验仪器】计算机一台、HFSS 软件三、【实验内容】1、对半波偶极子进行HFSS 建模2、仿真计算其特性参数四、【实验原理】半波偶极子是工程中常用的一种经典天线，其全长为半个波长。
五、【实验步骤】本次实验设计一个中心频率为915 MHz 的半波偶极子天线。
根据f c /=λ可以计算出915MHz 在真空中对应的波长是328mm ，所以真空中放置的半波偶极子天线的长度为半个波长即164mm 。
故天线的初始尺寸设置如下图所示，两侧82mm 长的矩形条为半波偶极子的两个臂，中间3mm*3mm 的矩形面用于模拟RFID 芯片。
1、初始步骤（1）打开HFSS ，新建一个项目，将project 重命名为较规则的名字，如dipole 。
（2）设置求解类型：点击菜单栏HFSS/SolutionType ，在跳出窗口中选择Driven Modal ，再点击OK 按钮。
（3）为建立的模型设置单位：点击菜单栏3D Modeler/Units，在跳出窗口中选择mm，再点击OK按钮。
2、设计建模1）创建偶极子天线模型首先创建一个沿Y轴方向放置的矩形条作为偶极子天线的一个臂，矩形条线宽为3mm，长度为82mm。
并将其改为铜黄色。
画好后，使用（视图旋转功能）、（放缩到合适大小）和（拖曳放缩）等功能按钮，将矩形面调整到合适的视图。
然后选中刚才画好的上臂，并利用（绕着坐标轴复制）操作生成偶极子天线的另一个臂。
由于天线是金属材质，需将矩形条设置为理想导体，选中两个矩形条，右键→assign boundary→Perfect E。
2）、设置端口激励半波偶极子天线由中心位置馈电，在偶极子天线中心位置创建一个平行于XY平面的矩形面作为激励端口平面，并设置端口平面的激励方式为集总端口激励。
半波偶极子天线设计
微波技术与天线实验报告
3.创建天线的一个臂
将天线的臂命名为yuanzhu，并设置天线的材料为pec，透明度为0.6，位置用La
4.创建天线的另一个臂
将第一个臂进行复制，即可生成第二个臂。
Edit--Duplicate--Around Axis，Axis选
6.设置端口激励
将长方形贴片设置为激励端口，半波偶极子的输入阻抗为73.2Ω。
设置完成后进行辐射边界的设置，选中圆柱体后右键选择Assign Boundary--Radiation。
三：求解设置
检查设计的正确性，正确无误后进行下一项。
从图中可以看出，当频率为3.0GHz时，S11的值最小，为-24.07dB。
从圆图中可以看出，在3.0GHz时，天线的归一化阻值为0.8905+0.0449i 2.查看天线的电压驻波比。
从图中可以看出，当频率为2.7GHz-3.3GHz之间，电压驻波比小于2.
3.查看E场的增益图。
在Radiation节点设置E平面。
此图为电场的切面图。
从此图可以看出增益最大为z轴方向，值为2.44dB。
半波偶极子天线
半波偶极子天线仿真、原理二、步骤：1、新建设计工程（1）新建工程文件（2）设置求解类型【Solution Type】为"Driven Modal”（3）设置模型长度单位【Un its】为"mm ”2、添加和定义设计变量选择【Design Properties】，打开设计属性对话框，打开Add Property对话框，添加变量3、设计建模（1）创建偶极子天线模型选择【Draw】T【Cylinder】，在三维模型窗口中创建一个任意大小的圆柱体，新建的圆柱体会添加到操作历史树的Solids节点下，其默认的名称为Cylinder1设置Cylinder1的属性，名称设置为"Dipole ”，材质设置为"pec ” 双击"CreateCylinder ”节点，打开"Comman d选项卡，设置圆柱体的底面圆心坐标、半径和长度。
通过沿着坐标轴复制操作，生成偶极子天线的另一个臂。
Around Axis 】，设置如图对话框(2) 设置端口激励把当前工作平面设置为 yz 平面：在工具栏上的“XY'下拉列表框中选择“ YZ ”。
在三维模型窗口的 yz 面上创建一个任意大小的矩形面。
把矩形面的名称设置为“ Port ”。
设置矩形面的顶点坐标和大小，如图：设置该矩形面的激励方式为集总端口激励：选中该矩形面，单击右键，选择 【Assign Excitation 】f 【Lumped Port 】【Edit 】T 【Duplicate 】Lcnpcd Port : GeneralLumped Fort : lodes ：Us A DafAulti£ I;—齿 下T 爼)》|全屏显示矩形面 Port ,在矩形面的下边缘处移动鼠标指针， 当指针变成三角形时，单击确定下边缘的中点位置(即积分线的起点) ，沿z 轴向上移动鼠标指 针，当指针变成三角形时，单击确定上边缘的中点位置(即积分线的终点)。
基于HFSS的偶极子天线设计与仿真
实验三：基于HFSS勺偶极子天线设计与仿真、实验目的1、熟悉HFSS仿真环境及仿真过程；2、掌握天线相关参数，相关概念；3、掌握偶极子天线结构,建模方法；4、根据仿真结果，进行相关分析研究。
、实验内容设计一个中心频率为3GH的半波偶极子天线,其HFSS设计模型如图所示。
天线沿Z轴方向放置，中心位于坐标原点，天线材质使用理想导体，总长度为0∙48 λ半径为”200。
天线馈电采用集总端口激励方式，端口距离为0∙24mm ，辐射边界和天线的距离为λ4.根据仿真结果求天线的回波损耗、驻波比、Smith圆图、输入阻抗和方向图。
变量含义变量名变量初值(mm)工作波长Iambda100天线总长度Ien gth0.48XIambda端口距离gap0.24单个极子长度dip_le ngth Ien gth/2—gap/2天线半径dip radius Iambda/200辐射边界圆柱体半径rad radius dip radius+lambda/ 4辐射边界圆柱体高度/2rad height dip le ngth+gap/ 2+Iambda/10学号：201524124228 姓名：陈文观、实验步骤新建工程设计建模，按上表数据进行建模求解设置设计检查和运行仿真计算看运行结果进行截图ArrSoft HF＊ dipolt * HFSSD⅞⅞igπ1 — 3D MOdder ^ ［dipole — HFSSDeSjgnI — Modeler］〈,File Edit VJeW Projeet DraW Modelelr HFSS TOOIS WindoW HelP⅛¾⅛回“苗I ⅛国I區⅛h？? ∣eee∆θ^s^i⅛i j© o jχγ Zl l≡—^3 ∣ ¾ E ⅛ E□ Q U!倉⅛s ！妝巒气也＆1解PrOieCt Manager 丄X E IflZl dipole＊申融HFSSMsignI+s —! I DefinitiOnS did§DiPOle CJ CrtatKyE ；■““[J f JDUPliCatle lI— LJ DUPIiC^eIPrOigr t JName Val,.。
实验一半波振子天线仿真设计
实验一 半波振子天线仿真设计一、 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半波振子天线的结构和工作原理； 通过仿真设计掌握天线的基本参数：频率、方向图、增益等。
预习要求熟悉天线的理论知识。
熟悉天线设计的理论知识。
实验原理与参考电路 天线介绍天线的定义：用来辐射和接收无线电波的装置。
天线的作用：将电磁波能量转换为导波能量，或将导波能量转换为电磁波能量。
天线的基本功能天线应尽可能多的将导波能量转变为电磁波能量，要求天线是一个良好的开放系统，其次要与发射机(或接收机)良好匹配;天线应使电磁波能量尽量集中于需要的方向， 对来波有最大的接收;天线应有适当的极化，以便于发射或接收规定极化的电磁波; 天线应有只够的工作带宽; 天线的分类按用途分：通信天线、广播电视天线、雷达天线等;按工作波长分：长波天线、中波天线、短波天线、超短波天线、微波天线等; 按辐射元分：线天线和面天线; 天线的技术指标大多数天线电参数是针对发射状态规定的，以衡量天线把高频电流能量转变成空间电波能量以及定向辐射的能力。
天线方向图及其有关参数所谓方向图，是指在离天线一定距离处，辐射场的相对场强 (归一化模值)随方向变化的曲线图。
如图1所示。
若天线辐射的电场 强度为E (r ,θ,φ)，把电场强度（绝对值）写成60(,,(,)1I E r f rθϕθϕ=式式中I 为归算电流，对于驻波天线，通常取波腹电流I m 作为归算电流； f (θ,φ)为场强方向函数。
因此，方向函数可定义为(,,)(,)260/E r f I rθϕθϕ=式为了便于比较不同天线的方向性，常采用归一化方向函数，用F (θ,φ)表示，即max max(,)(,)(,)3(,)E f F f E θϕθϕθϕθϕ==式图1 方向图球坐标系式中，f max (θ,φ)为方向函数的最大值；E max 为最大辐射方向上的电场强度;E (θ,φ)为同一距离(θ,φ)方向上的电场强度。
实验三_半波偶极子
实验三 半波偶极子一、【实验目的】1. 以一个简单的半波偶极子天线设计为例，熟悉HFSS 软件分析和设计天线的基本方法及具体操作；2. 利用HFSS 软件仿真设计了解半波振子天线的结构和工作原理；3. 通过仿真设计掌握天线的重要指标：回波损耗S11、3D 方向图二、【实验仪器】计算机一台、HFSS 软件三、【实验内容】1、对半波偶极子进行HFSS 建模2、仿真计算其特性参数四、【实验原理】半波偶极子是工程中常用的一种经典天线，其全长为半个波长。
五、【实验步骤】本次实验设计一个中心频率为915 MHz 的半波偶极子天线。
根据f c /=λ可以计算出915MHz 在真空中对应的波长是328mm ，所以真空中放置的半波偶极子天线的长度为半个波长即164mm 。
故天线的初始尺寸设置如下图所示，两侧82mm 长的矩形条为半波偶极子的两个臂，中间3mm*3mm 的矩形面用于模拟RFID 芯片。
1、初始步骤（1）打开HFSS ，新建一个项目，将project 重命名为较规则的名字，如dipole 。
（2）设置求解类型：点击菜单栏HFSS/SolutionType ，在跳出窗口中选择Driven Modal ，再点击OK 按钮。
（3）为建立的模型设置单位：点击菜单栏3D Modeler/Units，在跳出窗口中选择mm，再点击OK按钮。
2、设计建模1）创建偶极子天线模型首先创建一个沿Y轴方向放置的矩形条作为偶极子天线的一个臂，矩形条线宽为3mm，长度为82mm。
并将其改为铜黄色。
画好后，使用（视图旋转功能）、（放缩到合适大小）和（拖曳放缩）等功能按钮，将矩形面调整到合适的视图。
然后选中刚才画好的上臂，并利用（绕着坐标轴复制）操作生成偶极子天线的另一个臂。
由于天线是金属材质，需将矩形条设置为理想导体，选中两个矩形条，右键→assign boundary→Perfect E。
2）、设置端口激励半波偶极子天线由中心位置馈电，在偶极子天线中心位置创建一个平行于XY平面的矩形面作为激励端口平面，并设置端口平面的激励方式为集总端口激励。
实验四 半波偶极子天线设计
实验四半波偶极子天线设计
（一）实验目的
1.对半波偶极子天线有个大概的了解
2.对HFSS软件的参数设计认识。
（二）实验内容
1.通过学习HFSS软件以及天线PPT的课件知识，对半波偶极子天线有了初步的了解，建立的半波偶极子天线模型如下：
SH的扫频分析图如下：
该天线的回波损耗SH<=-10dB时BW=（3.25-2.775）/3=0.15833
电压驻波比VSWR
Smith圆图
输入阻抗
半波偶极子天线XZ面增益方向图
XY面增益方向图
三维增益方向图
三．实验总结
1.根据天线的课件以及老师学教的知识，我学会了对半波偶极子天线的设计。
2.其实HFSS软件很有用，以后多学习一下。
实验三、 半波振子天线仿真设计
实验三、半波振子天线仿真设计一、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半波振子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、预习要求1、 熟悉天线的理论知识。
2、 熟悉天线设计的理论知识。
三、实验原理与参考电路 3.1天线介绍天线的定义：用来辐射和接收无线电波的装置。
天线的作用：将电磁波能量转换为导波能量，或将导波能量转换为电磁波能量。
3.1.1天线的基本功能天线应尽可能多的将导波能量转变为电磁波能量，要求天线是一个良好的开放系统，其次要与发射机(或接收机)良好匹配;（1）、 天线应使电磁波能量尽量集中于需要的方向， （2）、 对来波有最大的接收;（3）、 天线应有适当的极化，以便于发射或接收规定极化的电磁波; （4）、 天线应有只够的工作带宽; 3.1.2天线的分类（1）、 按用途分：通信天线、广播电视天线、雷达天线等;（2）、 按工作波长分：长波天线、中波天线、短波天线、超短波天线、微波天线等; （3）、 按辐射元分：线天线和面天线; 3.1.3天线的技术指标大多数天线电参数是针对发射状态规定的，以衡量天线把高频电流能量转变成空间电波能量以及定向辐射的能力。
（1） 天线方向图及其有关参数所谓方向图，是指在离天线一定距离处，辐射场的相对场强 (归一化模值)随方向变化的曲线图。
如图1所示。
若天线辐射的电场强度为E (r ,θ,φ)，把电场强度（绝对值）写成 60(,,(,)IE r f rθϕθϕ=式式中I 为归算电流，对于驻波天线，通常取波腹电流I m 作为归算电流；f (θ,φ)为场强方向函数。
因此，方向函数可定义为(,,)(,)260/E r f I rθϕθϕ=式为了便于比较不同天线的方向性，常采用归一化方向函数， 用F (θ,φ)表示，即max max(,)(,)(,)3(,)E f F f E θϕθϕθϕθϕ==式图1 方向图球坐标系式中，f max(θ,φ)为方向函数的最大值；E max为最大辐射方向上的电场强度;E(θ,φ)为同一距离(θ,φ)方向上的电场强度。
基于HFSS天线去耦仿真的设计
基于HFSS天线去耦仿真的设计HFSS（高频结构模拟软件）是一种广泛应用于微波与射频领域的天线设计和分析工具。
基于HFSS进行天线去耦仿真设计，是一种常见的方法，下文将探讨相关内容。
天线的去耦设计是确保天线的输入阻抗与馈源阻抗相匹配，以最大化功率传输的重要步骤。
在设计过程中，可以使用HFSS软件来模拟和优化天线的性能。
首先，进行去耦设计之前，需要先确定天线的工作频率和所需的增益和方向性。
然后，在HFSS中创建一个天线模型，选择适当的天线形状和材料参数，比如矩形或半径形状、金属导体等。
接下来，进行天线的初始仿真。
通过在HFSS中定义适当的边界条件、设置频率和网格密度等参数，模拟天线的输入阻抗和辐射特性。
然后，通过调整天线的尺寸和形状来优化天线的性能。
可以使用HFSS的参数化设计工具，自动化调整天线的参数，如长度、宽度、高度等。
在进行优化之前，可以在HFSS中设置一些目标函数，如最小化输入阻抗或最大化辐射效率等。
然后，使用HFSS的优化算法，如全局优化或局部优化方法，来自动寻找最佳的参数组合。
完成优化后，可以使用HFSS中的结果分析工具来评估天线的性能。
可以查看输入阻抗曲线、方向图、增益图等，以了解天线的频率响应和辐射特性。
另外，HFSS还可以用于天线辐射场的仿真。
可以将天线放置在所需的环境中，如车辆、建筑物等，通过HFSS进行辐射场分析和评估。
总之，基于HFSS进行天线去耦仿真设计是一种可行的方法。
它可以帮助工程师优化天线的性能，实现最佳的频率响应和辐射特性。
通过HFSS的模拟和优化工具，可以节省设计时间和成本，并提高天线的整体性能。
半波偶极子天线的HFSS
半波偶极子天线的ＨＦＳＳ仿真设计【1 】Xxxxxxxxxxxxxxxxxxx一.试验目标：1.以一个简略的半波偶极子天线设计为例,加深对对称阵子天线的懂得;2.熟习HFSS软件剖析和设计天线的根本办法及具体操纵;3.应用HFSS软件仿真设计以懂得半波振子天线的构造和工作道理;4.经由过程仿真设计控制天线的根本参数：频率.偏向图.增益等.二.试验步调：λ,半径为λ/200.天线馈电采取集总端口鼓励方法,端口距离为0.24mm,辐射鸿沟和天线的距离为λ/4.１.添加和界说设计变量参考指点书,在Add Property对话框中界说和添加如下变量：２、设计建模１）.创建偶极子天线模子起首创建一个沿Z轴偏向放置的细圆柱体模子作为偶极子天线的一个臂,其底面圆心坐标为（0,0,gap/2）,半径为dip_radius,长度为dip_length,材质为幻想导体,模子定名为Dipole,如下：然后经由过程沿着坐标轴复制操纵生成偶极子天线的另一个臂.此时就创建出了偶极子的模子如下：2）.设置端口鼓励半波偶极子天线由中间地位馈电,在偶极子天线中间地位创建一个平行于YZ面的矩形面作为鼓励端口平面,并设置端口平面的鼓励方法为集总端口鼓励.该矩形面须要把偶极子天线的两个臂衔接起来,是以极点坐标为（0,-dip_radius,-gap/2）,长度和宽度分离为2*dip_radius和gap.如下：Ω Ω.随落后行端口积分线的设置.此处积分线为矩形下边沿中点到矩形上边沿中点.3）.设置辐射鸿沟前提要在仿真软件中盘算剖析天线的辐射场,必须先设置辐射鸿沟前提.本次设计中采取辐射鸿沟和天线的距离为1/4个工作波长.这里,我们先创建一个沿着Z轴放置的圆柱体模子,其材质为空气,底面圆心坐标为（0,0,-rad_height）,半径为rad_radius,高度为2*rad_height.具体参数如下：然后将圆柱体概况设置为辐射鸿沟前提：３.求解设置剖析的半波偶极子天线的中间频率在3GHz阁下,所以把求解频率设置为3GHz.同时添加2.5~3.5GHz的扫频设置,扫频类型选择快速扫频,剖析天线在2.5~3.5GHz频段内的回波损耗和电压驻波比.1）.求解频率和收集剖分设置设置求解频率为3GHz,自顺应网格剖分的最大迭代次数为20,收敛误差为0.02.如下：2）.扫频设置扫频类型选择快速扫频,扫频规模为2.5~3.5GHz,扫频步进为0.001GHz.如下：４.设计检讨和运行仿真盘算经由过程前面的操纵,我已经根本完成了偶极子天线模子的创建求解设置等ＨＦＳＳ设计的前期工作,如今开端运行仿真盘算并检讨剖析成果.检讨设计的完全性和准确性：随后开端剖析.５.ＨＦＳＳ天线问题的数据后处理在完成了模子的创建和检讨后,如今开端对天线的各项机能参数进行仿真剖析,重要有回波损耗.驻波比.Ｓｍｉｔｈ圆图.输入阻抗和偏向图等.１）.回波损耗的剖析成果：11从成果可以看出,设计的偶极子天线中间频率为3GHz阁下,S11 <-10dB的相对带宽为BW=（3.24-2.789）/3=15.3%.2）.电压驻波比VSWR如图所示：3）.Smith圆图在天线的相干问题的剖析中Smith圆图是一个异常有效的对象,借助它可以便利的进行阻抗匹配,给出驻波比,归一化输入阻抗等各类信息.在HFSS中得到的Smith圆图如下：从Smith圆图中可以看出,在中间频率为3GHz的归一化阻抗约为1,解释天线的端口阻抗匹配优越.VSWR<2（即反射系数的模小于三分之一）的频率规模约为2.78GHz~3.27GHz. 4）.输入阻抗输入阻抗是天线的一个重要机能参数,我们可以经由过程HFSS直接检讨天线的输入阻抗值.从成果陈述中可以看出,设计的半波偶极子天线在中间频率3GHz上,输入阻抗为（72.8-j0.4）Ω,与理论剖析比较接近.5）.偏向图天线偏向图是偏向性函数的图形暗示,它可以形象的描写天线的辐射特征跟着空间偏向坐标的变更.起首界说辐射概况如下：E面偏向图参数设置：H面偏向图参数设置：3D偏向图参数设置：随后可以检讨xz,xy和三围增益偏向图.xz增益偏向图 xy增益偏向图3D增益偏向6）.其他参数除了上述参数外,HFSS还可以给出天线在辐射面上的最大辐射强度.偏向性系数.最大场强及其地点偏向等参数.如下：。
HFSS下仿真半波电偶极子天线
HFSS下仿真半波电偶极⼦天线半波电偶极⼦天线就是对称振⼦天线，如图所⽰在HFSS中的模型⾥，天线是由两个圆柱体（pec）组成。
1.在HFSS中建⽴⼀⼯程项⽬，设置基本变量，HFSS->Design properties2.画⼀个圆柱Draw->Cylinder材料选择pec:3.通过镜像复制，画出另⼀个天线选中圆柱模型，Edit->Duplicate->Mirror在右下⾓会出现这个：输⼊0 ，0， 0，如图所⽰，按enter接着出现这个：输⼊0， 0，1，如图所这个就画好了另⼀个圆柱体4.合并两个圆柱体Ctrl+A，选中两个圆柱体，Modeler->Boolean->Unit5.在两个圆柱之间画长⽅形（集总馈电端⼝）选择在XZ⾯画长⽅形设置集总端⼝，选择长⽅形，右击：Assign Excitation->Lumped port点击下⼀步，设置积分线（Inegration Line）在右下⾓出现这个，输⼊：0，0，-0.12（这⾥的0.12就是gap/2的值）如图所⽰，按enter键:出现这个：输⼊：0 ，0， 0.24（这⾥的0.24就是gap的值）如图所⽰，按enter键画好之后如图所⽰6.画辐射边界画⼀个圆柱，透明度设置为0.8设置辐射条件：选中圆柱，右击，Assign Boundary->Radiation模型已经建好了，如图所⽰7.求解设置Analysis->add solution setup右击Setup1->Add Frequency Sweep8.检查模型，如图所⽰，就可以仿真了9,写太累了，不想写了，接下来你就可以看到⼀个红红的⼩苹果。
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天线原理与设计华中科技大学
半波偶极子天线的HFSS仿真设计
一、实验目的
1、学会简单搭建天线仿真环境的方法，主要是熟悉HFSS软件的使用方法；
2、了解利用HFSS仿真软件设计和仿真天线的原理、过程和方法；
3、通过天线的仿真，了解天线的主要性能参数，如驻波比特性、smith圆图特性、方向图
特性等；
4、通过对半波偶极子天线的仿真，学会对其他类型天线仿真的方法；
二、实验仪器
1、装有windows系统的PC一台
2、HFSS13.0软件
3、截图软件
三、实验原理
1、首先明白一点：半波偶极子天线就是对称阵子天线。
图1 对称振子对称结构及坐标
2、对称振子是中间馈电，其两臂由两段等长导线构成的振子天线。
一臂的导线半径为a，长度为l。
两臂之间的间隙很小，理论上可以忽略不计，所以振子的总长度L=2l。
对称振子的长度与波长相比拟，本身已可以构成实用天线。
3、在计算天线的辐射场时，经过实践证实天线上的电流可以近似认为是按正弦律分布。
取图1的坐标，并忽略振子损耗，则其电流分布可以表示为：
式中，Im为天线上波腹点的电流；k=w/c为相移常数、根据正弦分布的特点，对称振子的末端为电流的波节点；电流分布关于振子的中心点对称；超过半波长就会出现反相电流。
4、在分析计算对称振子的辐射场时，可以把对称振子看成是由无数个电流I(z)、长度为dz的电流元件串联而成。
利用线性媒介中电磁场的叠加原理，对称振子的辐射场是这些电流元辐射场之矢量和。
图2 对称振子辐射场的计算
如图2 所示，电流元I(z)所产生的辐射场为
其中
5、方向函数
四、实验步骤
1、设计变量
设置求解类型为Driven Model 类型，并设置长度单位为毫米。
提前定义对称阵子天线的基本参数并初始化
2、创建偶极子天线模型，即圆柱形的天线模型。
其中偶极子天线的另外一个臂是通过坐标轴复制来实现的。
3、设置端口激励
半波偶极子天线由中心位置馈电，在偶极子天线中心位置创建一个平行于YZ面的矩形面作为激励端口平面。
4、设置辐射边界条件
要在HFSS中计算分析天线的辐射场，则必须设置辐射边界条件。
这里创建一个沿Z轴放置的圆柱模型，材质为空气。
把圆柱体的表面设置为辐射边界条件。
5、外加激励求解设置
分析的半波偶极子天线的中心频率在3G Hz，同时添加2.5 G Hz ~3.5 G Hz频段内的扫频设置，扫频类型为快速扫频。
6、设计检查和运行仿真计算
7、HFSS天线问题的数据后处理
具体在实验结果中阐释。
五、实验结果
1、回波损耗S11
回波损耗是电缆链路由于阻抗不匹配所产生的反射，是天线设计需要关注的参数之一。
图中所示是在2.5 G Hz ~3.5 G Hz频段内的回波损耗，设计的偶极子天线中心频率约为3 G Hz，S11<-10dBd的相对带宽BW=（3.25-2.775）/3*100%=15.83%
2、电压驻波比
驻波比,一般指的就是电压驻波比,是指驻波的电压峰值与电压谷值之比。
由图可以看到在3GHZ附近时，电压驻波比等于1，说明此处接近行波，传输特性比较理想。
3、smith圆图
史密斯圆图是一种计算阻抗、反射系数等参量的简便图解方法。
采用双线性变换，将z复平面上实部 r=常数和虚部 x＝常数的两族正交直线变化为正交圆并与反射系数|G|=常数和虚部x＝常数套印而成。
从smith圆图可以看到，在中心频率3GHz时的归一化阻抗约为1，说明端口的阻抗特性匹配良好。
4、输入阻抗
传输线等电子电路等的输入端口所呈现的阻抗。
实质上是个等效阻抗。
只有确定了输入
阻抗，才能进行阻抗匹配。
图中所示的输入阻抗分别为实部和虚部，在中心频率3GHz时，输入阻抗比较的理想，容易实现匹配。
5、方向图
方向图是方向性函数的图形表示，可以形象描绘天线辐射特性随着空间方向坐标的变化
关系。
辐射特性有辐射强度、场强、相位和极化。
通常讨论在远场半径为常数的大球面
上，天线辐射（或接收）的功率或者场强随位置方向坐标的变化规律，并分别称为功率
方向图和场强方向图。
天线方向图是在远场区确定的，所以又叫远场方向图。
电场方向图：
由图可以看到，电场方向以Z轴为对称轴，在XOY平面上电场最强，且沿四周均匀辐射。
但沿着Z轴方向电场强度很弱。
磁场方向图：
磁场方向图在XOY平面上接近一个圆，虽然看上去有些误差。
说明磁场在XOY平面上辐射较为均匀。
三维增益方向图：
这张图可以很具体的看出半波偶极子天线沿着Z轴对称辐射的情况。
6、其他参数
利用HFSS软件仿真还可以得到天线在该辐射表面上得最大辐射强度、方向性系数、最大强度及其所在方向等参数。
六、实验分析
设计一个天线，无论是作为发射天线还是接收天线，我们都很关心其方向参数、输入阻抗参数、增益参数、频带宽度等参数。
这里也主要就上述几个参数来讨论半波偶极子天线的优缺点。
1、半波偶极子天线在轴向无辐射；
2、半波偶极子天线的辐射与其电长度密切相关。
当电长度小于0.5时，波瓣宽度最窄，在
垂直与轴向的平面内辐射最强，随着电长度的增加，开始出现副瓣，主瓣宽度变宽，最大辐射方向发生偏移；
3、半波偶极子天线的输入阻抗受频率影响很剧烈，说明宽频带时其较难实现负载匹配，所
以相对应的频带宽度也较窄；
4、在谐振频率附近时，我们从图中可以看到，天线的输入阻抗接近传输线的特性阻抗，实
现匹配较易，而且在中心频率附近，电波的传输特性也最好，从而可以实现较大效率的功率传输；
5、通过对实验得到结果的分析，不难发现，半波偶极子天线的诸多特性与电长度关系很大，
所以可以通过调整天线的电长度来实现不同功能和要求的半波偶极子天线应用；
6、最后还要补充一点：半波偶极子的输入阻抗还与天线的粗细有关。
七、实验总结（略）
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