基于HFSS的偶极子天线设计与仿真

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。

HFSS_半波偶极子天线设计解析

（2）设置求解类型
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_半波偶极子天线设计

双击操作历史树中的Dipole下的 createcylinder节点，打开新建圆柱体属性对话框的command选项卡，在该选项卡中设置圆柱体的底面圆心坐标、半径和长度。在center Position文本框中输入底面圆心坐标（0，0，gap /2）,在Radius文本框中输入半径值dip_radius，在height文本框中输入长度值dip_length，如下图所示。然后单击确定按钮，完成圆柱体Dipole的创建。到此为止创建好了名称为Dipole的理想导体细圆柱体模型，按快捷键ctrl+D全屏显示。
辐射边界圆柱体高度
3.3 HFSS天线设计流程
设置求解类型：模式驱动（driven model）、终端驱动（driven Terminal）创建天线的结构模型：根据天线的初始尺寸和结构，在HFSS窗口中创建出天线的HFSS参数化设计模型。设置边界条件：在HFSS 中，与背景接触的表面都被默认设置为理想导体边界（Perfect E）；为了模拟无限大的自由空间，必须把与背景相接触的表面设置为辐射边界条件或者理想匹配层（PML），这样才能计算出远区辐射场。
cos cos 2 2 15I 2 r 2 sin dd 36.6 I 2 m Pr Pav dS m 2 2 0 0 r sin 这里使用R r 来表示辐射电阻，有：
2
1 2 Pr 36.6 I I m Rr 2 所以：Rr 73.2
3.4天线的HFSS仿真设计
1.新建设计工程（1）运行HFSS并新建工程启动HFSS软件，新建一个工程文件，把工程文件另存为dipole.hfss。（2）设置求解类型在主菜单栏中选择HFSS----Solution Type，选中 Driven Model单选按钮，然后单击ok按钮，完成设置。

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。

基于HFSS天线去耦仿真的设计

基于HFSS天线去耦仿真的设计 1、天线去耦网络的意义大多数无线系统天线单元的都尽可能的松散排布，其相互之间的间隔足够大，因此天线间的互耦效应较弱。

但是在手机等移动终端，由于空间狭窄，天线单元之间间距很小，从而会产生强烈的电磁耦合。

研究表明，当天线间的间距小于或等于信号波长的一半时，接收天线上所收到的信号已经明显受到互耦效应的影响了。

当天线单元之间的间距继续减小，这种现象就会变得更加明显，从而严重影响无线系统的接收性能。

因此，一个空间狭窄的无线系统，在其天线设计过程中就必须考虑尽可能好的处理天线间的互耦。

在工程中，一般用隔离度表征天线间的互耦效应，在wifi频段的天线设计中，通常要求天线隔离度大于15dB。

解决天线互耦问题的方法有很多，例如改变天线的间距和极化方式、设计去耦网络、设计缺陷地结构、设计电流中和线等。

这些方法都可以利用HFSS来进行仿真分析，其中利用去耦网络技术来降低天线间的耦合度，天线单元的设计和去耦网络的设计可以分开进行，避免了联合仿真优化设计的复杂性，因此这里先介绍如何使用HFSS仿真设计天线去耦网络。

2、HFSS仿真设计天线去耦网络的步骤从网络分析的角度来看，去耦的实质就是使多端口网络的阻抗矩阵的互阻抗趋向于零，或者使散射矩阵的反向传输系数趋向于零。

常见的去耦网络结构如下图所示，其去耦原理正是基于对网络参数的分步分析来实现的。

简单来说，可以分为以下三个步骤：第一步，由于初始天线阻抗匹配良好，而天线之间却存在强烈的耦合。

因此网络D的功能是将两个端口之间的传输导纳从复数变为纯虚数。

第二步，引入并联电抗来抵消上述的纯虚数传输导纳，使得传输导纳的取值为零，这样便达到了去耦的目的。

第三步，由于去耦网络的引入，从端口看去天线的阻抗失配，因此，再外加匹配网络使得天线达到阻抗匹配。

HFSS不仅可以准确仿真天线的远场辐射特性，在去耦网络、匹配网络的EM仿真运用上也便利。

下面举一个简单的实例。

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

基于HFSS的天线设计流程HFSS（High Frequency Structure Simulator）是一种用于高频电磁场仿真的软件工具，常用于天线设计领域。

以下是基于HFSS的天线设计流程，详述了设计前的准备、模型建立、仿真和优化等关键步骤。

一、设计准备1.需求分析：明确天线设计的要求，如频率范围、增益、方向性等。

2.材料选择：根据设计要求选择合适的材料，如介电常数、磁导率等。

二、模型建立1.创建天线几何体：使用HFSS的建模工具，绘制天线的几何形状，如导线、片状、贴片等。

2.导入材料参数：为天线几何体设置材料参数，指定介电常数和磁导率等参数。

3.锁定边界条件：确定边界条件，如天线周围是否存在接地平面或闭合结构等。

三、仿真设置1.电磁辐射频率范围：设定天线的工作频率范围。

2.网格划分：对天线模型进行网格划分，使得模型细节得到准确表达。

3.求解器设置：选择合适的求解器类型和参数，如自适应网格细化程度、计算精度等。

4.激励方式：选择天线的激励方式，如电流激励、电压激励等，设定激励位置和幅度。

四、仿真分析1.获取S参数：运行仿真分析，获得天线的S参数，即反射系数和传输系数。

2.方向图：计算天线的方向图，分析天线的辐射花样和辐射功率密度。

3.阻抗匹配：根据S参数结果，优化天线的匹配网络，以提高天线的输入阻抗匹配度。

五、优化设计1.参数化：对天线的关键参数进行参数化设置，方便后续的优化建模。

2.参数扫描分析：对参数进行范围扫描分析，观察参数变化对天线性能的影响。

3.优化算法：根据优化目标，选择合适的优化算法，如遗传算法、粒子群算法等。

4.优化迭代：根据优化算法计算出新的参数组合，重新运行仿真，比较新的性能结果。

5.反馈分析：根据优化结果进行反馈分析，调整参数范围，直至达到设计要求。

六、仿真验证1.原型制作：根据优化结果，制作实际天线样机。

2.测量验证：通过测试设备对样机进行测量，比较测量结果与仿真结果的一致性。

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。

实验一、半波偶极子天线的仿真设计

实验一、半波偶极子天线的仿真设计一、设计目标设计一个半波偶极子天线，其中心工作频率为3.0GHz左右，回波损耗S11的10dB带宽大于300MHz,并给出天线的仿真模型和仿真结果（S11、VSWR、Smith圆图、输入阻抗、E面增益方向图和三维增益方向图）。

二、设计步骤1、添加和定义设计变量：将天线的相应变量定义好，如图：2、创建偶极子天线模型先建立一个圆柱体模型，作为偶极子天线的一个对称臂，再利用复制操作，生成偶极子天线的另外一个对称臂，如图：并设定好坐标参数：3、设置端口激励将工作平面设置成YZ平面，并创建矩形激励：端口阻抗设为73.2ohm，积分线从下边缘中点到上边缘中点。

4、设置辐射边界条件先创建辐射边界的圆柱体（把当前工作面设置为xy平面），并把圆柱体的名称设置为“Rad_air”，材质设置为“air”，颜色设置为浅蓝色蓝，透明度（Transparent）设置为“0.8”，圆柱体底面的圆心坐标为（0mm，0mm，-rad_height），半径为rad_radius，高度为2*rad_height。

再设置辐射边界条件，选中该圆柱体模型，单击鼠标右键，选择【Assign Boundary】→【Radiation】命令，会弹出辐射边界条件的对话框，选择“Radiating Only”，单击OK按钮，把园柱体模型“Rad_air”的表面设置为辐射边界条件。

5、求解设置先设置求解频率和网格剖分，选择主菜单【HFSS】→【Analysis Setup】→【AddSolution Setup】命令,打开Solution Setup对话框;在该对话框中，SolutionFrequency项输入求解频率3.0GHz,Maximum Number of Passes项输入最大迭代次数20，Max Delta S项输入收敛误差0.02，其他保持默认设置不变，然后单击确定按钮，退出对话框，完成求解设置。

再设置扫频，选择主菜单【HFSS】→【Analysis Setup】→【Add Frequency Sweep】命令,会弹出Select a Solution Setup对话框，在该对话框中选择Setup1,单击OK按钮;随之会弹出Edit Frequency Sweep对话框,在该对话框中，Sweep Type项选择扫描类型为Fast;在Frequency Setup栏，Type项选择LinearStep;Start项输入2.5GHz;Stop项输入3.5GHz;Step项输入0.01GHz;其他项都保留默认设置不变，最后单击对话框确定按钮，完成设置，退出对话框。

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3!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，偶极于天线臂，微带巴伦线，微带传输线，见三、建模和仿真步骤1、新建HFSSC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■I批注[y1]:实际报告撰写中，表格应手动编制，不允许直接截图。

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。

基于HFSS的偶极子天线设计与仿真

基于HFSS的偶极子天线设计与仿真偶极子天线是一种常见的无线通信天线，具有简单的结构和较高的工作频率范围。

在HFSS（High Frequency Structure Simulator）软件中，可以进行偶极子天线的设计和仿真，以评估其性能和优化设计。

首先，设计偶极子天线需要确定工作频率范围和天线结构。

根据通信系统的需求，可以选择工作频率范围，例如2.4GHz或5.8GHz，以及天线结构，例如半波长偶极子天线、全波长偶极子天线等。

这些参数决定了天线的尺寸和形状。

其次，使用HFSS软件创建一个新项目，并绘制天线的几何结构。

可以使用绘制工具（例如直线、圆弧）绘制偶极子天线的导线元件，以及其他必要的辅助结构（例如基板、地面平面）。

确保导线元件合适地分布在基板上，并具有所需的长度和间距。

在绘制完成后，为偶极子天线和辅助结构分配材料属性。

可以选择适当的材料，例如导电性能好的金属材料作为导线元件，介电常数合适的绝缘材料作为基板。

通过指定材料的属性，可以准确地模拟天线的电磁特性。

接下来，设置仿真参数，例如频率范围、网格分辨率等。

确保仿真参数能够覆盖所需的工作频率范围，并设置适当的网格分辨率以获得更准确的结果。

然后，进行天线的仿真分析。

使用HFSS软件的求解器进行电磁场的求解，并得到天线的电磁特性，例如S参数、辐射图案、增益等。

通过观察仿真结果，可以评估天线的性能，并进行设计优化。

根据仿真结果，可以进行天线的优化设计。

例如，可以调整导线长度和间距以改变天线的共振频率和阻抗匹配。

也可以通过修改基板尺寸和形状，进一步改善天线性能。

在进行优化设计时，可以使用HFSS软件的参数化设计功能，通过自动改变参数值进行批量仿真分析，以便更高效地寻找最优解。

最后，根据优化设计的结果，可以制作并测试实际的偶极子天线样品，以验证仿真结果的准确性。

根据测试结果，可以对天线进行细微调整，以进一步优化性能。

总之，HFSS是一款强大的工具，可用于设计和仿真偶极子天线。

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。

HFSS天线仿真操作步骤

TTTH
teCircla
rLines
e
_1
Le2
[=1 CreateRectangl
O CoverLines
I III
选“下一步”
I I t±j uy-LLitaeri _oi_iu
点"None",弹出下拉菜单，选"NewLine”
出现下面菜单
Draw the port line・When you are finished, the port edit dialog will reappea匚
Origin
Relative
PariTii tti vi ty
R^lati va
Parnaability
入
—
点“确定”
3
重新选择某个面:
2
□Zile
View Project Draw 3D Modeler HFSS Tools Window Help
凰够曇⑥口
01Redo
Ctrl+Y
■)创口OOo占0 e B A c
Faces
Edges兰erti ces
Faces
Edges
Verti
ces
Hext Behind
kll O"bject Faces
Faces On Plane
Select Connected ices
Select Connected Edges Select Corjiected Faces
-邙]GAO 3 (D:/Program File$7.An$oft/) -：駆HFSSDesignl
船Cut
Ctrl+X
1 F ® [Object J

偶极子天线仿真设计

Ansoft High Frequency Structure SimulatorTutorialThe Dipole AntennaApril 2004Introduction In this tutorial, a dipole antenna will be constructed and analyzed using the HFSS simulation software by Ansoft. The example will illustrate both the simplicity and power of HFSS through construction and simulation of this antenna structure. The following notes will provide a brief summary of goals.✔General navigation of software menus, toolbars, and quick keys.✔Variable assignment.✔Overview of commands used to create structures.✔Proper design and implementation of boundaries.✔Analysis Setup.✔Report Creation and options.1Creating the ProjectFrom the Project Manager window Right-Click the project file and select Save As from the sub menu. Name the file “dipoledipole” and Click Save. To begin working with geometries, you must insert an HFSS design. Right-Click the project file and select Insert -> Insert HFSS Design from the menu.➢Note:2Always create a personal folder to store all HFSS projects. You may find that you donot have access rights to some portions of the hard drive. This will also allow the user to quickly backup/copy data from projects.Variable Definition Due to the nature of this design we will use Driven Modal as the solution type. From the HFSS menu select Solution Type and Driven Modal. The units are chosen as mm by choosing the heading 3D modeler and Units from the menu.HFSS relies on variables for any parameterization / optimization within the project. Variables also hold many other benefits which will make them necessary for all projects.✔Fixed Ratios (length, width, height) are easily maintained using variables.✔Optimetrics use variables to optimize the design according to user-defined criteria.✔All dimensions can be quickly changed in one window as opposed to altering each object individually.Click the HFSS heading and select Design Properties at the bottom of the menu.Variable Definition This will open the variable table. Add all variables shown below by selecting Add. Be sure to include units as needed.3➢Note: 4Creating variables before defining the structure will allow the user to buildthe geometry much faster than using a fixed system.The3D Modeler toolbars play a vital role in the creation of geometric structures within HFSS. By default, the 3D modeler toolbars should be visible on the screen. If you cannot locate the toolbar then right-click on the upper border of the form and select them from the drop down menu.We will start by creating the dipole element using the Draw Cylinder button from the toolbar. Choose 3 Arbitrary points inside the drawing area. These points will be defined using the variables created previously so there is no need to specify points.Follow the format below for structure size. Give the name dip1to this object. Assign the material PEC and click OK .PEC(Perfect Electric Conductor) will create ideal conditions for the element.5Under the Command tab, enter the following information:The next command is essential when building symmetric structures. Right-Click the drawing area and select Edit -> Duplicate -> Around Axis.6A mirror image is produced by enter the following:The dipole structure is illustrated below:Ideally, the structure is one solid geometry. A slot has been created at the origin in this example. This will allow later placement of a source for excitation.7In the section the user will create a Lumped Gap Source. This will provide an excitation to the dipole structure. Begin by selecting the YZ plane from the ing the3D toolbar,click Draw Rectangle and place two arbitrary points within the model area.Enter the following:8Click the Command tab and enter the following:Please note that the variable gap_src was chosen relatively small in comparison to the dipole structure. This was done to minimize effects due to the source and place emphasis upon the structure. The source is depicted below.9Creating the Port With the source geometry in place, the user must provide an excitation. A lumped port will be used for the dipole model. This excitation is commonly used when the far field region is of primary interest. In the project explorer, right-click Excitation -> Assign -> Lumped Port.Name the port source and leave the default values for impedance. Click Next and enter the following:Using the mouse, position the cursor to the bottom-center of the port. Ansoft's snap feature should place the pointer when the user approaches the center of any object. Left-click to define the origin of the E-field vector. Move the cursor to the top-center of the port. Left-click to terminate the E-field vector. Click finish to complete the port excitation.10In this section, a radiation boundary is created so that far field information may be extracted from the structure. To obtain the best result, a cylindrical air boundary is defined with a distance ofλ/4.From the toolbar,select Draw Cylinder and choose 3 arbitrary points within the model window.Enter the following:11Click the Command tab and enter the following:Assuming all steps were properly completed,the boundary should resemble the illustration below:12With the geometry complete, the actual radiation boundary may now be assigned. From the 3D toolbar select face from the drop down window as shown below.Click and select all faces as follows:With all faces selected, right-click the Boundary icon in the object explorer and select Boundary -> Assign -> Radiation.Leave the default name Rad1 and click OK.13In this section a solution must be defined to display the desired data. We are primarily interested in the frequency response of the structure. We will also explore HFSS's ability to calculate general antenna parameters such as directivity,radiation resistance,radiation efficiency,etc... .From the project explorer, select Analysis -> Add Solution Setup.Enter the following:Leave all other settings as default. Click OK when complete.14To view the frequency response of the structure, a frequency sweep must be defined. From the project explorer select Setup1 -> Add Sweep.Enter the following:15Structure Analysis At this point, the user should be ready to analyze the structure. Before running the analysis, always verify the project by selecting from the3D toolbar. If everything is correct the user should see:Analyze the structure by clickingAllow 5-20 minutes for the analysis, depending on the machine.16After completion of the analysis, we will create a report to display both the resonant frequency and also the radiation pattern. Click on the heading HFSS and select Results -> Create Reports.Choose the following in the Create Report window:17Select the following highlighted parameters and click Add Trace to load the options into the Trace window.Click Done to display a graph of impedance vs. frequency.18Looking at the graph below, both real and imaginary components of the impedance are displayed.The input resistance can be directly determined from the graph. We will mark the point at which imaginary component crosses zero. This mark will allow the user to determine input impedance at the point of resonance. Right-Click the graph and select Zoom In.Using the mouse select a zoom window around the imaginary component as it crosses zero.19Mark the zero point by right-clicking the plot window and selecting Data Marker.Select a point as close as possible to zero along the imaginary line. You will not be able to choose exactly zero due to the resolution chosen (1000 points) in the solution setup. Left-click to mark the point as shown below:Right-click the plot window and select Fit All. Follow the same procedure to mark the real component at exactly the same frequency of the imaginary component.20Both marked data can be seen in the graph below:The input resistance of the antenna is 78.83 ohms according to the graph. Performing calculations from a text,the user should compute a resistance between 65 and 75 ohms. The port was previously defined with an impedance of 50 ohms. This will produce sub-optimal results due to mismatched impedance. This will be corrected shortly.21In the next step,we will plot S11vs.frequency.Create a Report as previously shown and add the following trace:Click Done when complete.22The graph is displayed below:The point of resonance was marked at -14.57dB. In order to compute accurate antenna parameters,the input must be matched.From the project explorer, right-click source and select Properties. Adjust the port impedance as shown:23We will now re-analyze the structure with a properly matched port. In order to preserve memory and calculation time, right-click Analysis -> Revert to Initial Mesh in the project explorer.Re-analyze the structure. When complete create another plot of S11vs. frequency as shown below:Note the improved response of -55.81dB at resonance.24HFSS has the ability to compute antenna parameters automatically. In order to produce the calculations, the user must define an infinite sphere for far field calculations. Right-click the Radiation icon in the project manager window and select Insert Far Field Setup -> Infinite Sphere.Accept all default parameters and click Done. Right-click Infinite Sphere1 -> Compute Antenna Parameters... from the project explorer as shown:25Select all defaults and results are displayed as follows:From the chart the Peak Directivity is 1.68. Calculations from standard antenna texts will show this model to be approximately 1.63.All other parameters can be seen as slightly elevated above the expected. Adjustments to the radiation boundary might provide more accuracy.26Next, the far field will be plotted. Create Reports as previously shown. Modify the following:Enter the following:Select the Mag and enter the following:27Select Add Trace and click Done when complete. 28The radiation pattern is displayed below:29Conclusion This tutorial was intended to introduce the user to the basic commands and the general procedure for simulation. The software is complex in nature and requires extensive knowledge Electromagnetic Theory to fully utilize its capabilities. The dipole antenna was intended to accelerate the software learning curve and generate interest in the subject.30。

基于HFSS的偶极子天线设计及仿真

实验三：基于HFSS的偶极子天线设计与仿真
学号：8 ：陈文观
一、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、掌握偶极子天线构造，建模方法；
4、根据仿真结果，进展相关分析研究。

二、实验内容
设计一个中心频率为3GH的半波偶极子天线，其HFSS设计模型如下图。

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0.48λ，半径为λ/200.天线馈电采用集总端口鼓励方式，端口距离为0.24mm，辐射边界和天线的距离为λ/4.
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lambda 100
天线总长度length 0.48Xlambda
端口距离gap 0.24
单个极子长度dip_length length/2-gap/2
天线半径dip_radius lambda/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/2 rad_height dip_length+gap/2+lambda/10
三、实验步骤
新建工程
设计建模，按上表数据进展建模求解设置
设计检查和运行仿真计算
看运行结果进展截图
四、结果分析
截图仿真结果，并简单分析结果
五、实验收获与体会
按实验指导进展操作，正常情况下都可以得到预期的实验效果。

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。