HFSS天线设计实例

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基于HFSS的超宽带天线的仿真设计

基于HFSS的超宽带天线的仿真设计超宽带（Ultra-Wideband，UWB）技术在通信、雷达、生命科学以及计算机网络等领域都有着重要的应用。

为了实现超宽带通信，需要设计优化的超宽带天线。

本文介绍了基于HFSS软件的超宽带天线的仿真设计。

首先，超宽带天线的设计需要考虑其频率范围和辐射特性。

超宽带天线能够在多个频段内工作，其辐射波形应该符合超宽带信号的要求。

因此，我们需要设计一种在整个频率范围内都能够辐射信号的天线。

在超宽带天线设计中，一种常见的方法是采用螺旋天线。

螺旋天线是一种能够产生圆极化辐射的天线，其具有较宽的频带。

通过调整螺旋天线的尺寸和参数，可以实现在超宽带频率范围内的工作。

使用HFSS软件进行超宽带天线的设计和仿真。

HFSS是一种电磁场仿真软件，能够帮助工程师分析和解决各种无线电频率设备的问题。

使用HFSS软件，可以对超宽带天线进行三维电磁场模拟，并获得其频率响应、辐射图案等参数。

在使用HFSS软件进行仿真设计时，首先需要生成天线的三维模型。

可以通过绘制天线的结构和几何形状，或通过导入CAD文件生成。

在建模过程中，需要注意准确的尺寸和几何参数。

接下来，需要通过设置边界条件和材料参数来定义仿真模型。

在超宽带天线的仿真中，可以采用均匀网格和适当的边界条件来提高计算效率和准确度。

完成模型设置后，可以进行频率扫描仿真来获得天线的频率响应。

通过设置所需的频率范围和步进值，可以获取超宽带天线在整个频率范围内的响应特性。

然后，进行辐射特性的仿真。

通过设置天线的激励条件，可以得到天线的辐射图案和增益等参数。

辐射图案是描述天线辐射能力的重要指标，可以通过HFSS软件进行仿真和分析。

在得到仿真结果后，可以对超宽带天线的性能进行评估和优化。

可以根据仿真结果对天线的尺寸、结构和材料进行调整，以达到设计要求。

总之，基于HFSS的超宽带天线的仿真设计可以帮助工程师实现高效、准确的天线设计。

通过HFSS软件的仿真分析，可以获得超宽带天线的频率响应、辐射图案等各种性能指标，为超宽带通信和其他应用领域提供支持。

利用ADS和HFSS仿真微带天线案例

利用ADS和HFSS仿真微带天线案例01矩形微带天线设计原理在工程上，微带天线采用传输模法设计，在PCB板上实现，如图1(a)所示：L是微带天线长边，电场正弦变化；W是其宽边，天线的辐射槽便是宽边的边沿；ΔL是由边沿电容引起的边沿延伸。

图1(b)给出其等效电路图，可看成源阻抗通过长为L+2ΔL的传输线与负载阻抗ZL 相连，其中ZS=ZL是辐射槽的阻抗；Zin是从输入端口位置的辐射槽向里看的输入阻抗，即不包含第一个辐射槽阻抗在内的输入阻抗。

由具有任意负载阻抗的一段传输线的输入阻抗公式可得（微波工程51页）：其中，Z0为宽度W的微带线的特性阻抗，β为传播常数。

谐振时，把(2)带入(1)式得到：Zs=Zin=ZL。

这也表明半波长线不改变负载阻抗。

ΔL、εe由以下两个式子确定。

其中，W为微带天线的宽边；h为介质板的厚度；εr为相对介电常数。

W值不是很关键，通常按照下面的式子确定：02矩形微带天线ADS仿真设计。

要求：PCB基片εr=3.5，厚度h=1mm，导体厚度T=0.035mm，工作频率3GHz，输入阻抗50Ω。

2.1 几何参数计算根据式（2）-（5）计算天线几何参数。

2.2 馈线设计、ADS LineCalc工具使用（1）启动LineCalc,如图2所示。

（2）Substrate Parameters 栏中，设置PCB参数；Component Parameters 栏中，设置频率；Electrical 栏中设置阻抗和电长度。

具体设置如下：相对介电常数Er: 3.5介质厚度H: 1mm导体厚度T：0.035mm工作频率Freq:3GHz特征阻抗Z0=50Ω电长度E_Eff:180°其他为默认值。

（3）设置完成后，将Physical 栏中W和L的单位改成mm，然后点击Synthesize 栏下的“向上箭头”按钮，在Physical 栏中得到馈线的宽度为2.219360mm，长度为30.162200mm。

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。

Example1.3_HFSS_共面波导(CPW)馈电蝶形天线

第六节共面波导(CPW)馈电蝶形天线·这个例子教你如何在HFSS设计环境下创建、仿真、分析一个共面波导（CPW）馈电蝶形天线。

·采用集总端口（Lumped Port）激励源为共面波导（CPW）馈电F.5.6. 1参考资料Guiping Zheng, A. Z. Elsherbeni, and C. E. Smith, “A coplanar waveguide bowtie aperture antenna,”Antennas and Propagation Society International Symposium, 2002. IEEE, Volume 1, 16-21 June 2002, Page 564-567.设计回顾一） C PW槽以及天线形状将会在一个金属平面上。

试想一下端口是怎样的？二）将在8—12GHz的频段上对该天线进行分析。

试想空气体积应该设为多大？微波仿真论坛组织翻译第179 页一.开始一）启动Ansoft HFSS1．点击微软的开始按钮，选择程序，然后选择Ansoft，HFSS10程序组，点击HFSS10，进入Ansoft HFSS。

二）设置工具选项注意：为了按照本例中概述的步骤，应核实以下工具选项已设置：1．选择菜单中的工具（Tools）>选项（Options）>HFSS选项（HFSS Options）2．HFSS选项窗口：1）点击常规（General）标签a．建立新边界时，使用数据登记项的向导（Use Wizards for data entry when creating new boundaries）：勾上。

b．用几何形状复制边界（Duplicate boundaries with geometry）：勾上。

2）点击OK按钮。

3．选择菜单中的工具（Tools）>选项（Options）>3D模型选项（3D Modeler Options）4．3D模型选项（3D Modeler Options）窗口：1）点击操作（Operation）标签自动覆盖闭合的多段线（Automatically cover closed polylines）：勾上。

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HFSS（High Frequency Structure Simulator）是一款广泛应用于天线设计领域的电磁仿真软件。

本文将基于HFSS进行双频微带天线的仿真和设计，包括仿真模型构建、参数设置、频率扫描、天线设计优化等内容。

以下是对于每个步骤的详细介绍。

首先，在HFSS软件中创建一个新的项目，然后选择"Design Type"为"Antenna"。

接下来，根据双频微带天线的特点，构建天线的几何结构。

双频微带天线通常由一个辐射贴片和一个馈电贴片组成。

辐射贴片的几何结构决定了辐射频率，馈电贴片的几何结构决定了馈电频率。

根据具体的设计要求，可以选择矩形、圆形或其他形状的贴片。

在构建天线的几何结构后，需要设置天线的材料属性。

可以选择常见的介质材料，如FR-4、Rogers等，然后设置其相对介电常数和损耗因子。

这些参数对天线的性能有重要影响，需要根据具体的设计需求进行调整。

完成材料属性设置后，需要定义辐射贴片和馈电贴片的端口。

通常，辐射贴片和馈电贴片的接地为共地，但其余部分分开。

可以通过选择适当的面来定义每个端口。

然后，设置端口的激励类型和激励参数。

常见的激励类型有电流激励和电压激励，而激励参数包括频率、幅度和相位等。

在设置好端口后，可以进行频率扫描，以获取天线的频率响应。

可以选择在一定范围内进行频率扫描，也可以单独指定感兴趣的频率点。

通过分析结果可以得到辐射和馈电贴片的共振频率，以及频率响应的带宽等信息。

如果设计的频率不满足要求，可以对几何结构和材料参数进行调整，然后重新进行频率扫描。

当天线的频率响应满足要求后，可以进行天线设计的优化。

优化的目标通常包括增加天线的增益、改善天线的辐射效率、扩展天线的带宽等。

可以通过对辐射贴片的长度、宽度、形状等进行调整，或者对馈电贴片的长度和宽度进行调整。

优化过程中，可以通过设置参数范围和优化目标，使用HFSS内置的优化算法进行自动优化。

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：的超宽带天线设计实例：一、一、建立工程建立工程菜单Project->Insert HFSS Design 二、二、设置求解模式设置求解模式菜单HFSS->Solution Type->天线为Driven Modal 三、三、天线模型建立天线模型建立 1、设置模型尺寸长度单位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. 超宽带平面天线结构图图1 超宽带平面天线结构图初步设计的超宽带平面天线尺寸表1 初步设计的超宽带平面天线尺寸w=16mm l=32mm h=0.8mm wd=1.5mm l1=12mm h1=11mm w1=3mm h2=20mm h3=4mm 微带线阻抗验证：1)、采用Agilent AppCAD计算计算2、采用LineCalc计算工具（ADS中的工具）中的工具）、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，详见下图变量，详见下图中全部变量，最终如下图4、建立模型、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。

基于HFSS的天线设计

一、实验目的●利用电磁软件Ansoft HFSS 设计一款微带天线。

◆微带天线要求：工作频率为2.5GHz ，带宽 (回波损耗S11<-10dB)大于5%。

●在仿真实验的帮助下对各种微波元件有个具体形象的了解。

二、实验原理1、微带天线简介微带天线的概念首先是由Deschamps 于1953年提出来的，经过20年左右的发展，Munson 和Howell 于20世纪70年代初期制造出了实际的微带天线。

微带天线由于具有质量轻、体积小、易于制造等优点，现今已经广泛应用于个人无线通信中。

图1是一个简单的微带贴片天线的结构，由辐射源、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 、辐射源的宽度W 、介质层的厚度h 、介质的相对介电常数r ε和损耗正切δtan 、介质层的长度LG 和宽度WG 。

图1所示的微带贴片天线是采用微带天线来馈电的，本次将要设计的矩形微带贴片天线采用的是同轴线馈电，也就是将同轴线街头的内心线穿过参考地和介质层与辐射源相连接。

对于矩形贴片微带天线，理论分析时可以采用传输线模型来分析其性能，矩形贴片微带天线的工作主模式是TM10模，意味着电场在长度L 方向上有2/g λ的改变，而在宽度W方向上保持不变，如图2（a ）所示，在长度L 方向上可以看做成有两个终端开路的缝隙辐射出电磁能量，在宽度W 方向的边缘处由于终端开路，所以电压值最大电流值最小。

从图2（b ）可以看出，微带线边缘的电场可以分解成垂直于参考地的分量和平行于参考地的分量两部分，两个边缘的垂直电场分量大小相等、方向相反，平行电场分量大小相等，方向相反；因此，远区辐射电场垂直分量相互抵消，辐射电场平行于天线表面。

（a ）俯视图（b ）侧视图图2 矩形微带贴片天线的俯视图和侧视图2、天线几何结构参数推导计算公式假设矩形贴片的有效长度设为e L ，则有2/g e L λ=式中，g λ表示波导波长，有eg ελλ/0=式中，0λ表示自由空间波长，e ε表示有效介电常数，且21)121(2121-+-++=W h r r e εεε 式中，r ε表示介质的相对介电常数，h 表示介质层厚度，W 表示微带贴片的宽度。

Example1.1_HFSS_同轴探针馈电微带贴片天线（1-3.5GHz）

Example1.1_HFSS_同轴探针馈电微带贴⽚天线（1-3.5GHz）第五章天线实例第三节同轴探针微带贴⽚天线这个例⼦教你如何在HFSS设计环境下创建、仿真、分析⼀个同轴探针微带贴⽚天线。

F 5.3.1F 5.3.2微波仿真论坛组织翻译第133 页第五章天线实例⼀.开始⼀)启动Ansoft HFSS1、点击微软的开始按钮，选择程序，然后选择Ansoft，HFSS10程序组，点击HFSS10，进⼊Ansoft HFSS。

⼆)设置⼯具选项1、设置⼯具选项注意：为了与这个例⼦的后续步骤⼀致，要对⼯具选项进⾏如下设置：1、选择菜单：Tools > Options > HFSS Options2、HFSS选项窗⼝a、点击常规（General）标签创建边界时使⽤数据输⼊条：选复制⼏何图形的边界：选b、点击确定键。

3、选择菜单Tools 〉 Options 〉3D Modeler Options 。

4、3D模块选项窗⼝a、点击Operation 键曲线⾃动封闭：选b、点击Drawing 键新的原始模型编辑属性C、点击确定。

三)打开新⼯程1、在HFSS窗⼝，点击⼯具条上的，或者选择菜单File > New 。

2、从Project菜单选择Insert HFSS Design 。

F 5.3.3四)设置求解类型微波仿真论坛组织翻译第134 页第五章天线实例1.选择菜单 HFSS 〉 Solution Type 。

2.Sloution Type 窗⼝：1).选择终端驱动（ Driven Terminal ）。

2).点击确定。

F 5.3.4⼆.建⽴3D模型⼀)设置模型单位1.选择菜单3D Modeler 〉 Units 。

2.设置单位：A、选择单位厘⽶（cm）B、点击确定⼆)设置默认材料1.在3D模型材料⼯具栏，选择Select。

F 5.3.52.选择定义窗⼝：A、在通过名称区域输⼊Rogers RT/duroid 5880（tm）。

阵列天线HFSS分析实例.docx

内容概述
问题简介
HFSS设计步骤和设计流程
1.改名：工程名：Antenna_Array；设计名：Cell
2.设置求解类型
3.修改单位：in（英尺）
4.创建矩形波导模型
4.1创建长方体
4.2修改属性：WaveGuide,0.4
4.3修改参数：顶点（0,0,0）,X=0.4,Y=0.9,Z=1.0
5.创建自由空间模型
5.1创建长方体
5.2修改属性：Airbox,0.4
5.3修改参数：顶点（-0.05,-0.05,1）,X=0.5,Y=1.0,Z=1.0
6.设置边界条件
6.1前后表面
6.1.1前表面
6.1.2后表面（-0.05,-0.05,1） dX=0, dY=1,DZ=0
6.2左右表面6.2.1有表面
6.2.2左表面
7.设置上表面端口激励：Floquet端口激励
8.设置下表面端口激励：波端口激励
9.添加求解设置
10.设计检查
11.运行仿真分析
12.定义辐射表面
12.12D Plane
12.23D Sphere
13.查看方向图13.1查看平面方向图
13.2查看3D方向图
14.构造天线阵列
科教兴国。

HFSS双频微带天线设计

一设计内容简介双频工作是微带天线设计的重要课题之一，相关的设计包括使用多层金属片，具槽孔负载之矩形金属片，具矩形缺口的正方形金属片，具短金负载的金属片，倾斜槽孔耦合馈入的矩形金属片等。

其中，获得双频工作的一种最简单的方法是辐射贴片的长度对应一个频率谐振，其宽度对应另一个频率谐振，然后从对角线的一角馈电，就能使同一个辐射贴片工作于两个频率上。

其结构如图1所示。

图1故在这个设计中，L1是表示馈电点长度方向的x坐标的变量，其值为7mm,表示的中心频率为2.45GHZ，输入阻抗为50欧姆。

L2是表示馈电点的y坐标的变量，其值为10mm,表示的中心频率为1.7GHZ。

输入阻抗为50欧姆。

设计模型的中心在坐标原点上，辐射贴片的长度方向是沿着x轴方向，宽度方向是沿着y方向的。

介质基片的大小是辐射贴片的两倍，参考地面辐射贴片使用理想薄导体。

因为使用50欧姆的同轴线馈电，这里使用半径为0.6mm的材质为pec的圆柱体模型。

而与圆柱体相接的参考地面需挖出一个半径为1.5mm的圆孔，将其作为信号输入输出端口，该端口的激励方式设置为集总端口激励，端口归一化阻抗为50欧姆。

HFSS仿真设计过程1.新建工程文件（1）运行HFSS并新建工程：双击快捷图标，启动HFSS软件。

新建一个工程文件，工程名为Dual_Patch.hfss文件。

（2）设置求解类型：选择hfss→Solution Type,选中Driven Modal,然后点击OK。

（3）设置模型长度：选择Modeler→Units选项设置为mm。

点击OK。

2.添加和定义设计变量在HFSS →Design Propertied 命令，打开设计属性对话框，然后单击对话框。

在Name文本框中输入第一个变量名称H，在value文本框中输入该变量的初始值为1.6mm。

使用相同的方法，分别定义变量L0,W0,L1,length，L2。

其初始值分别为28mm，37.26mm,7mm，30mm，10mm点击确定。

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。

hfss设计天线范例

第二章创建项目本章中你的目标是：√保存一个新项目。

√把一个新的HFSS设计加到已建的项目√为项目选择一种求解方式√设置设计使用的长度单位时间：完成这章的内容总共大约要5分钟.一。

打开HFSS并保存一个新项目1.双击桌面上的HFSS9图标，这样就可以启动HFSS。

启动后的程序工作环境如图：图2－1 HFSS工作界面1．打开File选项（alt+F）,单击Save as.2．找到合适的目录，键入项目名hfopt_ismantenna。

图2－2 保存HFSS项目二。

加入一个新的HFSS设计1．在Project菜单，点击insert HFSS Design选项。

（或直接点击图标。

）一个新的工程被加入到hfopt_ismantenna项目中，默认名为HFSSModel n。

图2－3 加入新的HFSS设计2．为设计重命名.在项目树中选中HFSSModel1,单击鼠标右键,再点击Rename项,将设计重命名为hfopt_ismantenna。

图2－4 更改设计名三.选择一种求解方式1．在HFSS菜单上，点击Solution Type选项.2．选择源激励方式,在Solution Type 对话框中选中Driven Mode项.图2－5 选择求解类型图2－6 选择源激励方式四.设置设计使用的长度单位1.在3D Modeler菜单上,点击Units选项.2.选择长度单位,在Set Model Units 对话框中选中mm项。

图2－5 选择长度单位图2－6 选择mm作为长度单位第三章构造模型本章中你的目标是：√建立物理模型。

√设置变量。

√设置模型材料参数√设置边界条件和激励源√设置求解条件时间：完成这章的内容总共大约要35分钟。

一。

建立物理模型1．画长方体。

在Draw菜单中,点击Box选项（或直接点击图标)；图3－1 通过菜单加入一个Box2．输入参数。

按下Tab键切换到参数设置区(在工作区的右下角)，设置长方体的基坐标为（x=—22.5mm,y=—22.5mm，z=0.0mm）；按下Enter键后输入三边长度：x方向45mm， y方向45mm， z方向5mm。

HFSS天线设计-有限元方法(1)

3、dB dB是一个表征相对值的值，当考虑甲的功率相比于乙功率大或小多少个dB时，按下面计算公式：10lg（甲功率/乙功率）是说，甲的功率比乙的功率大3 dB。 [例7] 7/8 英寸GSM900馈线的100米传输损耗约为 3.9dB。 [例8] 如果甲的功率为46dBm，乙的功率为40dBm，则可以说，甲比乙大6 dB。
设置端口名p1,点击下一步
终端数目：1 从终端线中选择new line 出现下列对话框，并在底部的坐标输入框中输入矢量线的位置坐标始点（-0.34,0，-0.5）长度为（-0.09,0,0）确认，下一步到完成即可。
说明两点：
（1）两种波端口加法： Wave port：假定你定义的波端口连接到一个半无限长的波导，该波导具有与端口相同的截面和材料，每个端口都是独立的激励并且在端口中每一个入射模式的平均功率为1瓦。 Lumped port：这种激励避免建立一个同轴或者波导激励，从而在一定程度上减轻了模型量，也减少了计算时间。Lumpport也可以用一个面来代表，要注意的是对该port的校准线和阻抗线的设置一定要准确，端口在空间上一定要与其他金属（或者电面）相连，否则结果记忆出错。（2）本例中波端口新线的定义位置示意
（-5，-4.5, 0）回车（10, 9， 0.32）回车
键入Sub1
键入Ctrl+D
4）建立infinite ground：Draw>Rectangle>在底部的坐标输入框中输入坐标,确认后在属性对话框中输入地的名称inf_gnd，Ok, 然后键入 CTRL+D，缩小全部显示基底
（-5，-4.5, 0）回车
（-7，-4.5, 0）回车（12, 9， 0.32）回车
键入Sub1

HFSS仿真实验报告样例

《微波技术与天线》HFSS仿真实验报告实验二印刷偶极子天线设计专业通信工程年级2011 级姓名毛佳雯学号1116428042指导老师评分一、仿真实验内容和目的使用HFSS设计一个中心频率为 2.45GHz的采用微带巴伦馈线的印刷偶极子天线，并通过HFSS软件Opitmetrics模块的参数扫描分析功能对印刷偶极子天线的一些重要结构参数进行参数扫描分析，分析这些参数对天线性能的影响。

二、设计模型简介整个天线分为5个部分，即介质层，偶极子天线臂，微带巴伦线，微带传输线，见图1。

天线各部分结构尺寸的初始值见表1。

图1印刷偶极子天线结构图（顶视图）。

表1印刷偶极子天线关键结构尺寸初始值。

批注[y1]:实际报告撰写中，表格应手动编制，不允许直接截图。

三、建模和仿真步骤1、新建 HFSS 工程，添加新设计，设置求解类型：Driven Modal。

2、创建介质层。

创建长方体，名称设为 Substrate，材质为 FR4_epoxy,颜色为深绿色，透明度为0.6。

3、创建上层金属部分1）创建上层金属片，建立矩形面，名称 Top_Patch,颜色铜黄色。

2）创建偶极子位于介质层上表面的一个臂。

画矩形面，名称 Dip_Patch,颜色铜黄色。

3）创建三角形斜切角，创建一个三角形面，把由矩形面 Top_Patch 和 Dip_Patch 组成的90 折线连接起来。

4）合并生成完整的金属片模型。

4、创建下表面金属片1）创建下表面传输线 Top_patch_1。

2）创建矩形面 Rectangle1。

3）创建三角形 polyline2。

4）镜像复制生成左侧的三角形和矩形面此步完成后得到即得到印刷偶极子天线三维仿真模型如图2所示。

5、设置边界条件1）分配理想导体。

2）设置辐射边界条件，材质设为 air。

6、设置激励方式：在天线的输入端口创建一个矩形面最为馈电面，设置该馈电面的激励方式为集总端口激励，端口阻抗为50欧姆。

7、求解设置：求解频率（Solution Frequency）为 2.45GHz，自适应网格最大迭代次数（Maximum Number of Passes）：20，收敛误差（Maximum Delta S）为 0.02。

hfss案例

HFSS（High Frequency Structure Simulator）是一款广泛应用于高频电磁场仿真领域的软件，它主要用于分析微波、毫米波以及光波段的电磁场问题。

HFSS提供了丰富的仿真功能，如三维建模、自适应网格剖分、多种求解器选择、后处理等，使得用户能够高效地对各种高频结构进行精确的电磁仿真。

HFSS的应用领域非常广泛，涵盖了通信、雷达、电子对抗、微波器件、天线、电磁兼容等多个方面。

HFSS软件基于有限元法（FEM）进行电磁场计算，可以处理复杂的三维结构，提供精确的电磁场分析结果。

下面我们将通过一个案例来详细介绍HFSS的应用。

案例名称：卫星通信天线优化设计案例背景：随着卫星通信技术的快速发展，天线作为卫星通信系统的关键部件，其性能对整个通信系统的质量有着至关重要的影响。

为了满足不断增长的通信需求，提高天线的性能成为了一个迫切的任务。

在这个案例中，我们将使用HFSS软件对一款卫星通信天线进行优化设计，以提高其增益和波束指向精度。

案例描述：1. 建立天线模型首先，我们使用HFSS的三维建模功能，根据天线的实际尺寸和结构，建立了一个精确的天线模型。

模型包括了天线辐射体、馈电网络、支撑结构等部分。

建模过程中，我们充分考虑了天线材料、工艺等因素对电磁性能的影响。

2. 网格剖分与求解设置完成建模后，HFSS会自动对模型进行网格剖分，生成适合有限元法计算的网格模型。

在求解设置阶段，我们选择了合适的求解器，并设置了相应的边界条件和激励源。

为了提高计算精度，我们采用了自适应网格剖分技术，确保在关键区域获得足够的网格密度。

3. 仿真分析与结果后处理通过求解器计算，我们得到了天线的电磁场分布、增益、波束指向等关键指标。

HFSS提供了丰富的后处理功能，我们可以直观地查看天线的三维辐射方向图、增益曲线等结果。

通过对这些结果的分析，我们发现天线在某些频段的增益较低，波束指向存在一定的偏差。

4. 优化设计针对仿真结果中存在的问题，我们对天线进行了优化设计。

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。
27
07
总结与展望
2024/1/29
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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。
19
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
2024/1/29
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基于HFSS的不同形状微带贴片天线的仿真设计

基于HFSS的不同形状微带贴片天线的仿真设计一、本文概述随着无线通信技术的快速发展，天线作为无线通信系统的关键组成部分，其性能对整个系统的性能具有决定性的影响。

微带贴片天线作为一种常见的天线类型，因其体积小、重量轻、易于集成和制造成本低等优点，在无线通信、雷达、卫星通信等领域得到了广泛应用。

微带贴片天线的性能受到其形状、尺寸、介质基板等因素的影响，如何设计出具有优良性能的微带贴片天线成为了研究的热点。

本文旨在利用高频结构仿真器（HFSS）这一强大的电磁仿真工具，对不同形状微带贴片天线的性能进行仿真研究。

我们将对微带贴片天线的基本理论进行简要介绍，包括其工作原理、主要参数和性能评价指标等。

我们将设计并仿真几种不同形状（如圆形、方形、矩形、椭圆形等）的微带贴片天线，分析它们的性能特点，包括回波损耗、带宽、增益、方向性等。

我们将根据仿真结果，对不同形状微带贴片天线的性能进行比较和评价，以期为实际的天线设计提供有益的参考和指导。

通过本文的研究，我们期望能够为微带贴片天线的设计提供新的思路和方法，推动其在无线通信领域的应用和发展。

我们也期望通过本文的研究，能够加深对微带贴片天线性能影响因素的理解，为其他类型天线的设计提供借鉴和启示。

二、软件介绍及其在天线设计中的应用HFSS（High Frequency Structure Simulator）是由美国Ansoft 公司开发的一款三维电磁仿真软件，专门用于模拟分析高频结构中的电磁场问题。

该软件采用有限元法（FEM）进行求解，能够准确模拟包括微带天线在内的各种高频无源器件的三维电磁特性。

HFSS以其强大的仿真能力和广泛的适用性，在天线设计、微波电路、高速互连、电磁兼容等领域得到了广泛应用。

天线性能分析：通过HFSS，设计师可以分析天线的辐射性能，包括方向图、增益、效率等关键指标。

这对于优化天线设计，提高其性能至关重要。

天线结构优化：HFSS允许用户自由定义天线的几何形状和材料属性，通过参数化扫描和优化算法，找到最优的天线结构，从而提高其性能。

用HFSS对宽波束圆极化天线的设计

- 122 - Ansoft2004年用户通讯用HFSS 对宽波束圆极化天线的设计房丽丽应子罡吕昕（北京理工大学信息科学技术学院100081）摘要：本文用HFSS 设计了一种新型的螺旋天线结构，将角锥螺旋与四臂螺旋的结构巧妙的结合起来，并采用了自相移结构及渐进式的平衡馈电，经HFSS 对其辐射特性进行分析以及实测结果，都说明该种天线在实现宽波束圆极化的同时，展宽了频带，且结构简单。

关键词：圆极化 HFSS 螺旋天线一引言星上测量装置及其他空间通讯设备上，需要天线具有宽波束、圆极化的性能，圆锥螺旋天线、谐振式四臂螺旋天线和微带天线都可以形成半球形的圆极化方向图。

但是考虑到天线装载在太空中，要受到高能粒子、宇宙射线的影响，以及大的温度交变，如果用微带天线的话介质层可能变脆剥落。

另外，微带天线不容易实现高的增益。

相比较下，螺旋天线不仅可以实现宽波束圆极化，还具有体积小、重量轻、结构稳定的优点，引起广泛的重视和应用。

我们这里提出了一种新型的螺旋结构，将圆锥螺旋天线与四臂螺旋天线结合起来，采用自相移实现90°相位差，采用渐变式的平衡馈电。

经过HFSS 仿真分析和实际测试，都说明该天线在实现宽波束圆极化的同时，展宽了频带，结构简单紧凑。

二螺旋天线的结构1. 辐射部分角锥螺旋天线有单螺旋、双臂螺旋等形式，这里我们采用单臂螺旋角锥螺旋天线，可以表示为ϕρρb +=0 （1）其中，ρ为圆锥顶点到螺旋线任一点的距离，ρ0为圆锥顶点到螺旋线起点的距离，b 为常数，由圆锥的锥角和螺旋线的包角决定。

谐振式四臂螺旋部分由四根螺旋臂组成，每根螺旋臂到馈电点的长度为M λ／4(M 为整数)．四根螺旋臂馈电端电流相等，相位两两相差90º；非馈电端开路(M 为奇数时)或短路(M 为偶数时)。

我们将角锥螺旋与四臂螺旋的结构结合起来。

其中，四臂螺旋的相位差通过同轴馈线末端开四个槽，分成四部分，每部分的末端与四臂螺旋的臂相连。