印刷偶极子天线FSS仿真研究报告

印刷偶极子天线设计及振子长度对天线特性影响的研究

温州大学 愚 公

2012年10月20日

一、 所用仪器

1、装有windows XP系统的PC一台

2、HFSS10.0仿真软件

二、 操作步骤

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。

定义对称偶极子天线的基本参数并初始化，如下表。

2、创建印刷偶极子天线模型如图。其中另外一个臂是通过坐标轴复制来实现的。过程

省略。

3、设置端口激励

印刷偶极子天线由中心位置馈电。

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。这里创建一个长方体设置为辐射边界条件。

5、外加激励求解设置

设计的印刷偶极子天线的中心频率在2.45G Hz，同时添加2.0G Hz ~3.0G Hz频段内的扫频设置，扫频类型为快速扫频。

三、 实验结果

1、回波损耗S11

回波损耗回波损耗是电缆链路由于阻抗不匹配所产生的反射，是一对线自身的反射，是天线设计需要关注的参数之一。HFSS10.0的设置方法与HSFF13有较大区别，具体步骤

如下面三个图所示：

其余各项结果的输出基本类似。以下不再赘述。

图中所示是在2G Hz ~3 G Hz频段内的回波损耗，设计的印刷偶极子天线中心频率约为2.45G Hz。

2、电压驻波比VSWR

电压驻波比VSWR,是指驻波的电压峰值与电压谷值之比。

由图可以看到在2.45GHz附近时，电压驻波比约为1.1，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。

图中所示的输入阻抗分别为实部和虚部，在中心频率 2.45GHz时，归一化输入阻抗为0.998‐j04,折合49.9‐j2，呈弱电容性。

4、输入阻抗

传输线、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2.45GHz 时，输入阻抗约为50‐j2，呈弱电容性。与SMITH园的显示结果基本一致。

5、xoz方向图

方向图是方向性函数的图形表示，他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，‐10db夹角为‐10~170度。

7、三维增益方向图：

天线的三维增益图如下，不赘述。

8、优化单极子长度

设置单极子长度变化范围为21‐23mm，三角翼高度为6‐14mm。回波损耗对比图如下：

可见当振子长度为21mm毫米、三角翼高度为6mm时，中心频率最接近2.45G，且天线增益最大。