HFSS天线设计-有限元方法
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。
基于ANSYS HFSS软件的Wi-fi天线设计与优化
基于ANSYS HFSS软件的Wi-fi天线设计与优化摘要：本文通过分析实际当中Wi-fi技术的技术要求，包括天线增益、辐射方向、工程实际情况等因素。
建立了基本的模型，通过ANSYS HFSS软件进行电磁场有限元方法（FEM）仿真分析并优化，最终采用双层微带阵列的结构，顶层材料为Rogers TMM(4)的介质板，底层为空气层。
在微带天线中介质板的介电常数和损耗对整个天线的增益和损耗的影响很大，是一个必须要考虑的要求。
由于空气的介电常数低，损耗小，不仅减小了损耗，提高了增益，拓宽了带宽，而且在一定程度上降低了工程中对优良介质板的要求。
关键字：ANSYS HFSS软件；微带天线；辐射增益；有限元法Abstract:This article through the analysis the requirements of wi-fi technology technical in practical application, including the antenna gain, radiation direction, the engineering actual situation and other factors. Basic model is established by ANSYS HFSS software electromagnetic field finite element method (FEM) simulation analysis and optimization, eventually adopt double-layer microstrip array structure, top material to Rogers TMM (4) of medium plate, the bottom as the air layer. Dielectric constant and loss of medium plate in the microstrip antenna affect the whole antenna gain and loss is very evident, is a must to consider requirements. Due to the dielectric constant is low and the air loss is small, not only reduced the loss, improve the gain, broaden the bandwidth, and to a certain extent, reduces the demand for excellent medium plate in engineering.Key words: ANSYS HFSS；microstrip antenna；antenna gain；finite element method (FEM)引言近代以来移动通信技术迅猛发展，并且越来越普及，Wi-fi技术是现代无线通信技术的重要组成部分。
hfss有限元法
hfss有限元法
HFSS（High-FrequencyStructureSimulator）是一种基于有限元法的电磁仿真软件，广泛应用于微波和射频电路设计领域。
它可以帮助工程师设计和优化射频、微波器件和天线，如功分器、耦合器、滤波器、天线等。
有限元法是一种数值分析方法，它将连续物理问题分割为有限数量的子问题，然后通过求解每个子问题的数学模型来得到整个问题的解。
在HFSS中，它将电磁问题分割为有限数量的元素，然后求解每个元素的电场和磁场，并通过这些元素之间的相互作用来得到整个问题的解。
HFSS的主要优点是其高精度和高效率。
它可以处理复杂的电磁问题，并且可以针对不同的物理现象进行建模和仿真。
此外，HFSS 具有可视化界面，可以帮助用户更直观地理解仿真结果，并进行更精细的优化。
在实际应用中，HFSS已经成为了微波和射频电路设计的主流工具之一。
它可以帮助工程师快速准确地评估不同设计方案的性能和特性，从而优化设计并提高产品的质量和可靠性。
- 1 -。
Ansoft HFSS在天线设计中的应用
微波电路 � � � � � 滤波器－腔体滤波器、微带滤波器、介质滤波器 电磁兼容（EMC）/电磁干涉（EMI）－电磁屏蔽、耦合、近/远场辐射 连接器－同轴、SFP/XFP、底板、转换器 波导－滤波器、谐振器、转换器、耦合器 半导体/GAAs－螺旋导体、变压器
�
信号完整性/调整数字电路 � � � � 封装－BGA、QFP、flip-chip PCB 板－功率/地板、网格地板、底板 连接器－SFP/XFP、VHDM、GBX、NexLev、同轴 转换器－Differential/Single-ended 过孔
7
Maxwell 方程有积分和差分两种形式，因此也各有算法相对应。矩量法（ MOM ）是求 解积分方程的一种算法， 它通过求得散射体上的电流从而推出整个空间的场， 因此它只需在 散射体上划分网格。而时域有限差分法（FDTD）和有限元是求解差分方程的算法。它们直 接求解整个空间的场从而得到整个空间的场。直接求解整个空间的场？Are you crazy?好吧， 我承认求解整个空间的场是不可能的， 但不代表这种算法只存在于想像中。 总有聪明的人想 出聪明的办法来，他们人为的在散射体周围放置一种吸收边界，类似于暗室的吸波材料， 来 波入射到上面就被吸收， 因此不会有反射干扰到吸收边界之内的场， 由求得的近场则可以推 得整个空间的场。 还有一个分支是图上没有表达出来的，那就是时域、频域之分。时域有限差分法顾名思 义是时域算法，与之类似的还有 CST 采用的有限积分法。而矩量法和有限元法则属于频域 算法。至于具体的原理就不多说了，我们只要知道时域算法适用于宽频带，而频域算法适用 于窄频带就好。 另外， 我们还要知道为什么这几种算法为什么称为低频算法。 称为低频算法并不意味只 能计算很低的频率。 这主要是因为这种算法假设工作波长远远大于结构体的尺寸， 所以在对 结构离散化的时候就不能忽略细节问题，是一种严格的分析方法。而与之对应的高频算法， 则是假设工作波长远远小于结构体的尺寸， 这样就可以在计算的时候做一些近似。 比如一个 球面上的散射问题，由于有上面的假设，则可以把球面的某个区域等效为一个平面来求解。 既然是讲 HFSS 的，那我们还是主要来了解一下有限元这种算法的几个主要术语吧。 � � FEM－finite element method 有限元; Element － 单 元 指 有 限 元 法 中 对 整 体 问 题 细 分 后 的 小 个 体 。 HFSS 中 采 用”tetrahedral”（四面体）elements; � Meshing－网格剖分，即对求解空间细分、然后定义所有四面体单元顶点位置的过 程。我们必须给予 HFSS 的自适应网格剖分技术充分的肯定。我认为在电磁仿真软 件中最重要的不是算法，而是网格剖分。模型易建，算法成熟，直接决定最后的计 算精度的是网格对模型离散化的效果。可以把网格看作模型和算法之间的桥梁， 它 使算法得以实用化，而不是只存在于文献中的大量让人头痛的公式。HFSS 初始网 格（将几何子分为四面体单元）的产生是以几何结构形状为基础的，利用初始网格 可以快速解计算并提供场解信息， 以区分出高场强或大梯度的场分布区域。 然后只 在需要的区域将网格加密细化，其迭代法求解技术节省计算资源并获得最大精确
基于HFSS的微带天线设计与仿真
N o 16 D ec1
文章编号: 167226413 (2009) 0620040203
基于H F SS 的微带天线设计与仿真
来雪梅, 王代华, 张 哲
(中北大学, 山西 太原 030051)
摘要: 针对专用冲击波测试系统中微带天线的特性要求, 利用仿真软件H FSS 建立天线模型, 并对模型进行仿 真优化, 得到了最佳的天线参数。同时为该系统设计了中心频率为214 GH z的微带天线, 采用矢量网络分析仪 对天线的各参数进行了实测, 实测结果与仿真结果吻合, 验证了设计的有效性。 关键词: 微带天线; H FSS 软件; 仿真 中图分类号: TN 82 文献标识码: A
仿真曲线吻合较好。设计的天线在2149 GH z处的反射 系数达到- 31 dB、V SW R 值为1109、输入阻抗为Z in= 471293+ 6107j , 说明了本设计的有效性。
图 6 实测的V SW R 曲线图
图 4 仿真得到的史密斯圆图
图 5 实测的反射系数曲线图
4 结论 讨论了微带天线的设计原理, 根据天线尺寸的计
的波长为125 mm。综合考虑天线设计参ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ及环境适应
性要求, 最终选定介质基板厚度h= 018 mm , Εr= 414, 材料为 FR 4。 贴片和接地板材料为铜, 铜箔的厚度为
T , 其电导率为Ρ= 1157×107 s m。由式 (1) 可得: W ≤
38 mm。该值是微带天线宽度的最大值, 经过仿真、优
算公式, 分析了不同尺寸参数对微带天线的性能影响。 设计了中心频率为214 GH z的微带天线, 利用H FSS 软 件建立天线模型, 得出了天线特性的仿真曲线。 采用 矢量网络分析仪对设计的天线进行实测, 实测曲线与
2024版HFSS中文翻译及概述
场分布，进而得到整个模型的电磁场
值函数来逼近真实解。
分布和传播特性。
三维模型离散化
HFSS将三维模型离散化为有限个四面
体或六面体单元，并在每个单元上定
义电场和磁场的自由度，从而构建出
整个模型的有限元方程。
边界条件与求解器选择
边界条件设置
在HFSS中，用户可以根据实际问题的需求设置不同的边界条件，如完美电导 体（PEC）、完美磁导体（PMC）、辐射边界条件等。这些边界条件能够模拟 电磁波在不同介质和物体表面的反射和透射行为。
复杂几何体构建
通过基本图形的组合、变换和布尔运算等操 作，构建复杂几何体。
导入外部CAD文件
了解导入外部CAD文件的方法及注意事项。
网格划分策略及优化建议
网格划分原则
遵循由粗到细、逐步细化的原则 进行网格划分。
网格类型选择
根据模型特点选择合适的网格类 型，如四面体网格、六面体网格 等。
网格质量控制
主界面布局与操作习惯培养
主界面布局
HFSS主界面包括菜单栏、工具栏、项 目管理器、属性窗口、设计树等部分， 整体布局合理，方便用户操作。
操作习惯培养
建议用户从基础操作入手，逐步熟悉 HFSS的操作流程和界面布局，培养良 好的操作习惯。
菜单栏功能介绍
文件菜单
用于新建、打开、保存、导入、导出项目 文件等操作。
仿真菜单
包括运行仿真、查看仿真结果、优化设计 等核心功能。
编辑菜单
提供撤销、重做、复制、粘贴、删除等常 用的编辑功能。
工具菜单
提供网格设置、单位设置、选项设置等辅 助功能。
视图菜单
用于调整视图显示方式，如缩放、旋转、 平移等。
工具栏快捷方式使用技巧
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基于HFSS的超宽带天线的仿真设计学生姓名:学号:学院(系):2014年06月基于HFSS的超宽带天线的仿真设计摘要:超宽带通信技术以其高速率、抗多径效应和低成本等一般窄带系统无法比拟的优势成为最具竞争力和发展前景的技术之一。
作为系统的重要组成部分，超宽带天线的设计引起了越来越多的关注。
与传统的宽带天线相比，超宽带天线的设计更具有挑战性，这是由于天线除了需要具有超宽的工作频带(3.1GHz-10.6GHz)，还要能够保持尺寸的紧凑,价格的低廉,并且易于与平面大规模电路集成。
同时，由于在超宽带频段中还存在着一些窄带通信系统是使用的频段，因此，这就要求尽量避免潜在的电磁干扰。
本文主要基于HFSS仿真及分析超带宽天线。
关键词:HFSS 超宽带天线电磁干扰1、超宽带天线的特点以及研究背景无论是军事通信还是民用通信都对天线的宽频性提出了更高的要求，特别是UWB通信中，要求天线的带宽达3.1GHz-10.6GHz。
在超宽带天线的应用中，要求天线具有尺寸小，便于集成等特性。
因此，设计出能够与射频通信电路集成的平面微带天线就成为本文的主要研究目标。
此外，在FCC规定的3.1GHz-10.6GHz频段中，还存在的IEEE 802.16 Wimax系统(3.3GHz-3.6GHz)、C波段卫星通信系统(3.7GHz-4.2GHz)、IEEE 802.11bWLAN/HIPERLAN系统(5.15GHz-5.825GHz)。
因此，如何解决这些已经存在的系统与UWB 频段的电磁兼容问题，是本文研究的一个重中之重。
超宽带天线因为其频带特别宽，容易受到频带范围内其它窄带信号的干扰，如果窄带信号的所在的固定频率已知，那么可以用射频滤波技术来滤除这些干扰信号。
假如一个超宽带接收机，同时兼有高功率的窄带系统，高功率的窄带信号就会对超宽带接收机的信号进行干扰。
有时候希望把超宽带天线和具有高灵敏度的窄带接收机结合在一起，这样在一定环境里，超宽带系统就容易受到窄带接收机的干扰。
2024版HFSS19官方中文教程系列L05
2023REPORTING HFSS19官方中文教程系列L05•教程介绍与背景•基础知识回顾•模型建立与网格划分•边界条件与激励设置•求解设置与结果分析•高级功能与应用实例•总结与展望目录20232023REPORTINGPART01教程介绍与背景HFSS19软件概述HFSS19是一款高频电磁场仿真软件，广泛应用于天线设计、微波器件、电磁兼容等领域。
该软件基于有限元方法，支持多种求解器和高效算法，可快速准确地分析复杂电磁问题。
HFSS19提供了丰富的建模工具和材料库，支持多种导入格式，方便用户进行模型建立和编辑。
教程目标与内容01本教程旨在帮助用户掌握HFSS19软件的基本操作和分析方法，培养解决实际问题的能力。
02教程内容包括HFSS19软件安装与启动、界面介绍与基本操作、建模与网格划分、求解设置与后处理等方面。
03通过本教程的学习，用户将能够独立完成简单电磁问题的建模、分析和优化。
A BCD学习方法与建议在学习过程中，可以结合实际操作和案例分析，加深对知识点的理解和应用。
建议用户按照教程顺序逐步学习，掌握每个步骤的操作方法和注意事项。
为了更好地掌握HFSS19软件的应用技巧，建议用户多进行实践练习和案例分析。
遇到问题时，可以参考教程中的常见问题解答或寻求专业人士的帮助。
2023REPORTINGPART02基础知识回顾电磁场理论基本概念电场和磁场电荷周围存在电场，电流周围存在磁场。
电场和磁场是相互联系的，变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场。
麦克斯韦方程组描述电场、磁场与电荷密度、电流密度之间关系的偏微分方程，由四个方程组成，分别是高斯定律、高斯磁定律、麦克斯韦-安培定律和法拉第感应定律。
电磁波电场和磁场交替变化并相互激发，形成电磁波。
电磁波在真空中以光速传播，具有能量和动量。
有限元方法简介有限元方法的基本思想将连续的求解区域离散为一组有限个、且按一定方式相互连接在一起的单元的组合体。
利用在每一个单元内假设的近似函数来分片地表示全求解域上待求的未知场函数。
hfss计算天线s11参数的算法
hfss计算天线s11参数的算法
HFSS（高频结构模拟器）是一种电磁场仿真软件，用于分析和设计高频和微波器件，包括天线。
在HFSS中计算天线的S11参数通常需要以下步骤和算法：
1. 建立几何模型，首先，需要使用HFSS软件建立天线的几何模型。
这包括定义天线的形状、尺寸和材料等参数。
2. 设置边界条件，在建立几何模型后，需要设置适当的边界条件，如边界类型、边界条件和激励方式等。
这些边界条件将影响
S11参数的计算结果。
3. 离散化网格，HFSS会将几何模型离散化为有限元网格，以便进行电磁场的求解。
在计算S11参数时，需要确保网格的密度和分布能够准确地捕捉天线的特性。
4. 设置频率范围，S11参数是随着频率变化的，因此需要在HFSS中设置计算的频率范围，通常是通过设置频率扫描或频率点来实现。
5. 求解电磁场，一旦设置好了模型、边界条件和频率范围，HFSS将求解电磁场分布，并计算S参数。
在计算S11参数时，HFSS
会考虑天线的输入端口和辐射特性，以及与外界的匹配情况。
6. 分析结果，最后，需要分析HFSS计算得到的S11参数结果。
这可能涉及到对S参数曲线的图形化显示、频率特性的分析以及参
数对天线性能的影响等方面。
总的来说，HFSS计算天线S11参数的算法涉及建立几何模型、
设置边界条件、离散化网格、设置频率范围、求解电磁场和分析结
果等多个步骤。
这些步骤需要综合考虑天线的物理特性和电磁场行为，以确保得到准确的S11参数结果。
基于HFSS的超宽带天线仿真设计
基于HFSS的超宽带天线仿真设计超宽带技术（uhra-wideband/UWB）是一种新型无线通信技术，它通过对具有很陡上升和下降时间的冲激脉冲进行直接调制，使信号具有Ghz量级的带宽。
不同于普通的载波调制，直接在时域中进行信号操作，所以UWB方式占用带宽非常宽，且频谱功率密度极小，具有通常扩频通信的特点。
在与其他系统共存时，不仅难产生干扰，而且还有抗其他系统干扰的优点。
摆脱了传统通信技术中在带宽和通信质量之间取舍两难的境地，在频率资料日益紧张的今天这种优势显得尤为突出。
这种优势使得超宽带技术首先在雷达等军用领域得到较为广泛的应用。
近年来，超宽带短距离无线通信引起了全球通信技术领域极大的重视，在雷达跟踪、无线通信、穿透障碍物成像、武器控制系统、测距、精确定位等领域大展拳脚，它的应用也从军用领域逐渐过渡到民用领域。
由于超宽带系统的特点，对超宽带天线的特性又提出了不同于一般天线的要求。
本着对知识的求真探索的精神，设计出性能优良的超宽带天线，得要从实际实验出发，但现实条件有限：一是天线测试场地要求较高，难以满足；二是天线测量设备昂贵，院校测量设备有限；三是天线种类繁多，很多天线的制作要求较高，周期较长等，降低了实验的可实施性。
所以AnsoftHFSS、CSTMICROWA VESTUDIO等为代表的电磁仿真软件应运而生，解决了实际实验中一系列问题。
下面将利用HFSS软件进行超宽带天线仿真实验并进行优化设计。
HFSS仿真软件的介绍高频结构仿真器（HighFrequencyStructureSimu-lator）是美国Asoft公司开发的一款电磁仿真软件。
这是一款用于解决复杂电磁学问题的计算机辅助设计软件。
HFSS是一种基于有限元分析法的电磁仿真辅助软件。
它的计算结果非常准确，是业界公认的可靠的电磁仿真软件。
采用图形用户界面，界面简洁直观，操作简单。
在仿真过程中，用户创建或者导入相关模型并设置边界条件和激励等，软件就能自动进行仿真计算并得到用户需要的相关结果。
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）是一种基于有限元法的高频电磁场仿真软件，常用于微带天线的仿真与设计。
微带天线是一种常见的高频天线，广泛应用于通信系统、雷达系统、航天航空领域等。
HFSS软件可以通过电磁场分析和仿真，帮助工程师进行微带天线的设计和优化。
以下是基于HFSS矩形微带天线仿真与设计的一般流程：1. 几何设计：确定微带天线的基本结构和尺寸。
对于矩形微带天线，需要确定矩形天线的长度和宽度。
2. 设置材料参数：选择合适的材料参数，包括介电常数和损耗 tangent。
3. 建立模型：使用HFSS软件中的设计工具，绘制微带天线的三维几何模型。
4. 设置边界条件：为模型设置适当的边界条件，包括射频端口（端口的位置和大小）和地面端口。
5. 网格划分：根据模型的尺寸和几何形状，进行网格划分。
合理的网格划分可以提高仿真结果的准确性和仿真速度。
6. 应用激励：给模型应用合适的电磁激励条件，电源电流或电压。
7. 运行仿真：通过HFSS软件运行电磁场仿真，得到微带天线的频率响应、辐射图案等关键参数。
8. 优化设计：根据仿真结果，对微带天线的参数进行优化。
可以通过调整天线的尺寸或形状，改变天线的工作频率和增益。
9. 评估性能：通过仿真结果评估微带天线的性能，包括工作频率带宽、谐振频率、辐射效率和辐射模式等。
10. 进行实验验证：对设计好的微带天线进行实际制造和测试，验证仿真结果的准确性。
HFSS矩形微带天线的仿真与设计流程主要包括几何设计、设置材料参数、建立模型、设置边界条件、网格划分、应用激励、运行仿真、优化设计、评估性能和实验验证。
通过HFSS软件的仿真和优化，可以帮助工程师设计出高性能的矩形微带天线。
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及其应用解析
HFSS能够快速精确地计算天线的各种性能，包括二维、三维远场和 近场辐射方向图、天线的方向性、增益、轴比、半功率波瓣宽度、 内部电场分布、天线阻抗、电压驻波比、S参数等。
三、HFSS的应用
高速数字信号完整性分析
HFSS能够自动和精确地提取高速互联结构和版图寄生效应，结合 Ansoft Designer或其它电路仿真分析工具去仿真瞬态现象。
三、HFSS的应用
目标特性研究和雷达散射截面(RCS)仿真
HFSS中定义了平面波入射激励，结合辐射边界条件或PML边界条 件，可以准确地分析复杂目标的RCS。
三、HFSS的应用
比吸收率(SAR)计算
比吸收率是单位质量的人体组织所吸收的电磁辐射能量，它的 大小表明了电磁辐射对人体健康的影响程度。
二、HFSS原理
有限元方法 (Finite Element Method , FEM)
自适应网格剖分技术
三、HFSS的应用
射频和微波无源器件设计
HFSS能够快速精确地计算各种射频/微波无源器件的电磁特性，得到S参 数、传播常数、电磁特性，优化器件的性能指标，并进行容差分析。
三、HFSS的应用
HFSS可以准确地计算出指定位置的局部SAR和平均SAR。
三、HFSS的应用
光电器件仿真设计
半导体热器件：热敏电阻
HFSS的应用频率（30MHz~300GHz）达到光波波段，能够精确仿 真光电器件的特性。
四、HFSS设计流程
新建工程
设置求解类型
创建设计模型
分配材料属性 分配边界条件 分配端口激励
三、HFSS的应用
电磁干扰和电磁兼容(EMI/EMC)分析
HFSS强大的场后处理功能可以把整个空间的场分布以色标图的方式直 观地显示出来，进一步通过场计算器(Field Calculator)可以给出电场/磁 场强度的最强点，并能输出详细的场强值和坐标值。
HFSS天线设计流程
2. 设置求解类型
模式驱动求解—— Driven Modal • 以模式为基础计算S参数，根据各模式场的入射功率和反射功率来计算S参数矩阵的解，多数情况都可以使用模式驱动求解类型。
终端驱动求解—— Driven Terminal • 以终端为基础计算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来计算S参数矩阵的解。eγ1l1Biblioteka ,0,0 [eγl]
=
0,
e
γ
2l2
,0
0,0,
eγ 3l3
[Sdeembed ] = [eγl ][S ][eγl ]
5.设置激励方式——波端口激励（5）
波端口大小
• 波端口四周默认的边界条件是理想导体边界 • 对于波导或同轴线这类横截面闭合的器件，端口截面四周
理想匹配层 VS 辐射边界条件 • 理想匹配层因为能够完全吸收入射的电磁波，零反射，因此计算结果更精确。 • 理想匹配层表面可以距离辐射体更近，差不多λ/8即可，而辐射边界表面和辐射体之间的距离一般需要大于λ/4 • 同一个问题，使用理想匹配层仿真速度要比辐射边界条件慢
4. 设置边界条件—天线设计中常用边界条件(3)
有限导体边界——Finite Conductivity • 实际天线结构的导体部分，通常都是使用良导体，如金属铜。使用有限导体边界，可以 实现把一个平面的边界条件设置为金属铝、金属铜等良导体。
4. 设置边界条件—天线设计中常用边界条件(2)
辐射边界条件——Radiation • 在使用HFSS进行天线设计时，必须定义辐射边界条件或者理想匹配层用以模拟开放的自由空间；设计中只有定义了辐射边 界条件或者理想匹配层之后，软件才会分析计算天线的远区场。 • 辐射边界条件也称为吸收边界条件（Absorbing Boundary Condition，简称ABC），用于模拟开放的自由空间；系统在辐射边界 处吸收了电磁波，本质上可以把边界看成是延伸到空间无限远处。 • 辐射边界条件是自由空间的近似，这种近似的准确程度取决于波的传播方向与辐射边界之间的角度，以及辐射源与边界之间 的距离。辐射边界和辐射物体表面的距离一般不小于λ/4
基于HFSS的微带天线线阵仿真
基于HFSS的微带天线线阵仿真本文将介绍基于HFSS（High Frequency Simulation Software）的微带天线线阵仿真。
我们将确定文章类型为议论文，围绕HFSS技术和微带天线线阵仿真展开论述。
在无线通信领域，微带天线作为一种常见的天线类型，具有体积小、易于集成、易于共形等特点，被广泛应用于各种无线设备中。
为了优化微带天线的性能，常常需要对天线进行仿真和设计。
其中，HFSS是一款广泛使用的三维电磁仿真软件，可以用于微带天线的设计和仿真。
我们来了解一下HFSS的基本原理。
HFSS是一款基于有限元方法的电磁仿真软件，通过建立三维模型，对电磁场进行数值计算和仿真。
使用HFSS进行微带天线线阵仿真时，我们需要建立天线的三维模型，设置材料属性、边界条件和激励源等参数，然后进行计算和后处理。
在微带天线线阵仿真中，选用HFSS技术的原因主要有以下几点。
HFSS 可以精确地模拟电磁场分布和天线性能。
HFSS具有强大的网格划分功能，可以对复杂的微带天线结构进行精确的建模和仿真。
HFSS还提供了丰富的数据处理和可视化工具，方便用户对仿真结果进行分析和优化。
在进行微带天线线阵仿真时，需要注意以下几点。
需要对微带天线线阵的结构进行仔细设计，确保天线的性能符合要求。
在设置材料属性和边界条件时，需要充分考虑天线的实际情况，保证仿真的准确性。
在仿真过程中，需要对计算时间和计算精度进行合理控制，以获得最佳的仿真效果。
通过使用HFSS进行微带天线线阵仿真，我们可以获得以下成果。
我们可以得到天线的辐射特性和阻抗特性等关键性能参数。
我们可以观察到电磁场的分布情况，以及天线在不同频率和不同方向上的性能表现。
我们可以根据仿真结果对天线进行优化设计，提高天线的性能指标，例如增益、波束宽度、交叉极化等。
基于HFSS的微带天线线阵仿真是一种有效的天线设计和优化方法。
通过使用HFSS进行仿真和分析，我们可以快速地获得天线的性能参数和电磁场分布情况，从而更好地理解微带天线的性能和设计要点。
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【摘要】本文基于HFSS软件，对矩形微带天线进行仿真与设计，通过分析HFSS仿真原理和矩形微带天线设计原理，提出了HFSS仿真与设计流程。
对参数进行优化分析，进行性能评估与实验结果比对。
最后总结了HFSS矩形微带天线的仿真与设计，展望未来研究方向，探讨研究成果的应用前景。
该研究意义重大，可以为微带天线的设计与应用提供重要参考，推动通信领域的发展。
【关键词】矩形微带天线、HFSS仿真、设计、原理、流程、参数优化、性能评估、实验结果、总结、展望、研究成果、应用。
1. 引言1.1 研究背景矩形微带天线是一种常见的微波天线类型，在通信领域有着广泛的应用。
随着通信技术的发展和应用，对天线设计的要求也越来越高。
研究人员对矩形微带天线的性能进行优化和改进，以满足不同应用场景的需求。
在这种背景下，基于HFSS仿真技术的矩形微带天线设计成为了一个热门的研究方向。
HFSS是一种常用的高频电磁场仿真软件，能够较为准确地模拟微波元器件的电磁场分布和特性。
通过HFSS仿真可以快速评估不同设计参数对矩形微带天线性能的影响，为设计优化提供有力支撑。
本研究旨在通过HFSS仿真与设计，对矩形微带天线进行参数优化分析，并对其性能进行评估与实验验证。
通过探究HFSS矩形微带天线的仿真与设计流程，为进一步优化微波天线设计提供参考。
本研究将结合理论分析与实验结果，总结HFSS矩形微带天线的仿真与设计经验，并展望未来对矩形微带天线设计的进一步研究方向。
1.2 研究意义通过对矩形微带天线的仿真与设计研究，可以深入理解天线的工作原理和特性，为设计更加优秀的微带天线提供理论支持。
通过参数优化分析和性能评估，可以提高矩形微带天线的性能，并且在实际工程中实现更好的应用效果。
矩形微带天线的仿真与设计研究也有助于推动天线技术的发展，促进通信技术的进步和应用场景的拓展。
本文研究的矩形微带天线仿真与设计对于推动通信技术和天线技术的发展具有重要的意义，有助于提高微带天线的性能和应用效果，同时也为相关领域的研究和实际应用提供了理论支持和实用价值。
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。
基于有限元的某卫星通信天线反射体的设计
基于有限元的某卫星通信天线反射体的设计卫星通信天线的设计是基于有限元方法的反射体设计。
在设计该天线反射体时，首先需要了解有限元方法以及其在反射体设计中的应用。
有限元方法是一种数值分析方法，广泛应用于工程领域中的结构分析、声学分析和电磁场分析等问题。
该方法将被研究的结构划分为有限数量的网格单元，称为有限元。
通过对每个有限元的特性进行计算，再将它们组合起来进行整体性能分析，从而获得结构的行为和性能。
在卫星通信天线反射体的设计中，有限元方法可以用于优化反射体的形状和尺寸，并确定其在电磁场中的响应。
以下是该反射体设计的一般步骤：1.初步设计反射体：通过经验或基于理论的方法，确定反射体的大致形状和尺寸。
2.建立有限元模型：将反射体划分为有限数量的网格单元，并确定每个单元的适当尺寸和形状。
通常，在中心和边缘区域需要更多的单元来更好地表示复杂的形状。
3.定义边界条件：为有限元模型定义适当的边界条件。
这些条件一般包括电磁场的入射波和边界上的电磁辐射条件等。
4.求解有限元问题：利用有限元软件求解有限元问题，得到电磁场的分布和反射体的响应。
5.优化设计：根据求解结果，根据反射体的电磁场分布和性能要求，进行反射体的形状和尺寸的优化。
这可以通过改变有限元模型中的参数来实现。
6.验证设计：通过验证设计的反射体模型，验证其性能是否满足设计要求。
可以使用实验测量和数值仿真来验证。
在进行卫星通信天线反射体设计时，有限元方法能够帮助设计者进行反射体的优化设计，提高对电磁波的反射效果和通信性能。
通过对反射体形状和尺寸的优化，可以获得更高的反射效率和增益，从而提高天线系统的性能。
总之，基于有限元方法的卫星通信天线反射体设计可以通过逐步优化反射体的形状和尺寸，实现对电磁波的高效反射和天线系统的高性能设计。
该方法在天线工程中具有广泛应用前景，可以满足不同应用领域对天线性能的要求，为卫星通信提供更好的服务。
有限元分析软件HFSS于天线工程设计的仿真应用
有限元分析软件HFSS于天线工程设计的仿真应用
王洪
【期刊名称】《福建电脑》
【年(卷),期】2010(026)003
【摘要】文章以微带贴片天线及天线阵的设计为例,介绍了基于有限元分析的计算电磁仿真软件HPSS在天线工程设计领域的典型应用.通过将已设计好初始参数的天线在软件上应用结构建模、设置仿真、分析优化等操作,实现了天线工程设计的智能化,简化了传统的实物制作与测试的方式,缩短了从设计到实现所需要的时间.【总页数】2页(P31-32)
【作者】王洪
【作者单位】福建信息职业技术学院,福建福州,350003
【正文语种】中文
【相关文献】
1.大型通用有限元分析软件ANSYS在天线结构力学分析中的应用 [J], 郭海鹰;郑元鹏
2.HFSS在微波天线教学中的应用 [J], 李云潇
3.HFSS在微波天线教学中的应用 [J], 李云潇
4.2.4GHz/12GHz微带天线的设计——基于HFSS9.2软件微带天线的设计 [J], 任伟;曾文波
5.有限元分析软件HFSS在工业仪表中的应用 [J], 许晓亮;张延萍;秦鹏;严震;吴莹因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
建模过程：
（1）设置模型单位：3D Modeler>Units>选择cm>OK
2) 选择模型材料： 在search 材料框中 输入 rogers RT/等选 择5880材 料
3）建立基底：Draw>Box>在底部的坐标输入框中输入坐标,确认后在属性对话 框中输入基底名称SUB1，键入CTRL+D，缩小全部显示基底
1 S11 VSWR 1 S11
VSWR 2, S11 10dB
由于天线与馈线的阻抗不匹配或者天线与发射机的阻抗不匹配，高频能量反 射，并与前行波干扰形成驻波。当完全匹配时，反射系数为0，驻波比为1， 这是理想状态。
b)远区辐射场特性 创建求解报告如图示：
如图设置输出参数
有关增益单位的定义：
四、HFSS的使用与实例
1、HFSS的安装：
依次安装: HFSS SCAP LIB 然后安装补丁：
见后图
并复制 license.lic to \Admin\
2、HFSS的应用：
以实例说明：
实例1：探针馈电的贴片天线
基底：10 by 9 cm 厚度：0.32 cm 相对介电常数：2.2
贴片：4 by 3 cm
12）创建辐射边界条件
首先选择真空材料 Draw>box>输入辐射边界的位置坐标 （-5，-4.5,0） 长宽高（10, 9, 3.32）确认 命名为air， Ctrl+D 缩小观察尺寸
下边设置辐射边界条件：
Edit>select>faces> 选择air的5个面，除了底面。 HFSS>boundaries>radiation 命名为rad1, 确认即可
9）馈电同轴线建模：
首先设置默认材料为真空 Draw>Cylinder>输入位置坐标 （-0.5, 0, 0）回车， 半径（0.16, 0, 0）回车 同轴线长度（0, 0，-0.5）回车 从properties 窗口中输入名称 coax
按住ctrl+alt,拖动鼠标变换视角
选择默认材料为pec， 建立同轴线的轴心 Draw>cylinder>输入 柱位置坐标（-0.5, 0, 0） 柱半径（0.07, 0, 0）
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
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。
柱长（0, 0, -0.5）确认
输入名称coax_pin ok
10）创建波端口激励 Draw>Circle>输入端口面 的位置坐标 （-0.5,0，-0.5） 输入半径（0.16,0,0） 命名为port1，确认 选择port1,设置激励 HFSS>Excitations>Assign >Wave prot>
工作频率：2.25GHz
创建一个工程
注意检查： a)Tools>Options>HFSS Options b)Tools>Options>3D Modeler Options
Check it
设置求解类型：HFSS>Solution Type>Driven Tenminal
模式驱动：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、散射场等多用这个模式。这是种从场的方式进行仿真分析，给 出的是功率。 终端驱动：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。这是种从路的角度仿真分 析，给出的是电压电流，而集中端口就是通过RLC参数计算阻抗。 本征模：计算某一结构的本征模式或谐振，本征模求解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。
（-7，-4.5, 0.16）回车
（12, 9， 0）回车
5）设置ห้องสมุดไป่ตู้的边界条件：
Edit>Select>by name>选择gnd>ok Hfss>Boundaries>Assign>Perfect E >输入名称perfe_gnd, 确认infinite ground plane 未被checked>ok
0.07 0.16 中心位置坐标是-0.5，所以外径的位置是： -0.5+0.16=-0.34 指向轴心的长度为：0.16-0.07=0.09 矢量线的位置坐标始点（-0.34,0，-0.5） 长度为（-0.09,0,0）
11）创建探针（probe)，完成贴片天线设计
Draw>Cylinder>输入坐标 （-0.5,0,0） 半径（0.07,0,0） 长度（0,0,0.32）确认 命名为probe即可。
Check it
设置求解类型：HFSS>Solution Type>Driven Tenminal
（1）设置模型单位：3D Modeler>Units>选择cm>OK
2) 选择模型材料：
在search 材料框中 输入 rogers RT/等选 择5880材 料
3）建立基底：Draw>Box>在底部的坐标输入框中输入坐标,确认后在属性对话 框中输入基底名称SUB1，键入CTRL+D，缩小全部显示基底
6)创建缝隙，通过减运算完成地的设计 Draw>rectangle> 位置(-0.0775,-0.7,0.16)和 大小（0.155,1.4,0），输入名称slot确认 即可
完成地的设计： 从选择窗口选择gnd和slot, 从3d modeler>boolean> Subtract 选择：blank part：ground tool part:slot 如图完成减运算。
13）设置辐射场分析条件 HFSS>radiation>insert far field setup>infinite sphere 在对话框中如图选择参数 确定
14）创建分析设置
HFSS>analysis setup>add solution setup 选择General tab 求解频率：2.25GHz 最大迭代处理阶段数：20 （即hfss完成仿真的最大迭代次数，如果 在这个次数之内达到了delta S的收敛值， 就可以认为达到计算要求，否则会要求修 正收敛精度和迭代次数） 每个阶段的最大delta S: 0.02 （即收敛精度，这个与端口设计有关，是 两个连续迭代求解S参数的数量变化的收 敛值，即如果两次迭代过程的S参数的数 量变化和相位变化均小于这个设定值，那 么自适应分析求解就会停止，否则将继续 修改网格，直到在规定的迭代次数内达到 精度要求为止，否者结果是发散的，不能 用）
[例9] 如果甲天线为12dBd，乙天线为14dBd，可以说 甲比乙小2 dB。
实例2：缝隙耦合贴片天线
尺寸参数：
Patch:4*3cm
Sub:12*9*0.32cm
Permittivity:2.2
Feedline:7*0.495cm Slot:0.155*1.4cm
同样注意检查： a)Tools>Options>HFSS Options b)Tools>Options>3D Modeler Options
继续加人频率计算范围：
HFSS>analsis setup>add sweep>ok 如图编辑sweep 窗口：
保存工程，即可开始经行求解分析。
15）求解分析
模型检查：HFSS>Validation check 分析开始：HFSS>analyze 查看求解结果的敛散性： HFSS>results>solution data
（-7，-4.5, 0）回车 （12, 9， 0.32）回车
键入Sub1
键入Ctrl+D
4）建立有限大 ground：Draw>Rectangle>在底部的坐标输入框中输 入坐标(-7,-4.5,0.16)和（12,9,0）,确认后在属性对话框中输入地的名 称gnd，Ok, 然后键入CTRL+D，缩小全部显示基底
2、dBi 和dBd dBi和dBd是考征增益的值（功率增益），两者都是一个 相对值， 但参考基准不一样。dBi的参考基准为全方向 性天线，dBd的参考基准为偶极子，所以两者略有不同。 一般认为，表示同一个增益，用dBi表示出来比用dBd表 示出来要大2. 15。 [例3] 对于一面增益为16dBd的天线，其增益折算成单位 为dBi时，则为18.15dBi（一般忽略小数位，为18dBi）。 [例4] 0dBd=2.15dBi。 [例5] GSM900天线增益可以为13dBd（15dBi）， GSM1800天线增益可以为15dBd（17dBi)。