半波偶极子实验报告
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。
半波偶极子天线的hfss解析
半波偶极子天线的ＨＦＳＳ仿真设计Xxxxxxxxxxxxxxxxxxx一、实验目的：1.以一个简单的半波偶极子天线设计为例，加深对对称阵子天线的了解；2.熟悉HFSS软件分析和设计天线的基本方法及具体操作；3.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；4.通过仿真设计掌握天线的基本参数：频率、方向图、增益等。
二、实验步骤：本次实验设计一个中心频率为3GHz的半波偶极子天线。
天线沿着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。
１、添加和定义设计变量参考指导书，在Add Property对话框中定义和添加如下变量：２、设计建模１）、创建偶极子天线模型首先创建一个沿Z轴方向放置的细圆柱体模型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，材质为理想导体，模型命名为Dipole，如下：然后通过沿着坐标轴复制操作生成偶极子天线的另一个臂。
此时就创建出了偶极子的模型如下：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YZ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。
该矩形面需要把偶极子天线的两个臂连接起来，因此顶点坐标为（0，-dip_radius，-gap/2），长度和宽度分别为2*dip_radius和gap。
如下：然后设置该矩形面的激励方式为集总端口激励。
由之前的理论分析可得，半波偶极子天线的输入阻抗为73.2Ω，为了达到良好的阻抗匹配，将负载阻抗也设置为73.2 Ω。
随后进行端口积分线的设置。
此处积分线为矩形下边缘中点到矩形上边缘中点。
3）、设置辐射边界条件要在仿真软件中计算分析天线的辐射场，必须先设置辐射边界条件。
本次设计中采用辐射边界和天线的距离为1/4个工作波长。
矩量法求解半波偶极子天线上的电流分布
矩量法求解半波偶极子天线上的电流分布天线技术是无线通信领域的重要组成部分，其作用是将电磁波转换为电信号或将电信号转换为电磁波。
其中，半波偶极子天线是一种常见的天线类型，其结构简单、性能优良、使用方便，被广泛应用于无线通信、雷达、电视、广播等领域。
本文将介绍矩量法求解半波偶极子天线上的电流分布。
一、半波偶极子天线简介半波偶极子天线是一种简单的天线结构，由两个长度相等的导体构成，中心点连接馈线。
通常，半波偶极子天线的长度为λ/2，其中λ是天线工作的波长。
在天线工作时，馈线会向天线输入电信号，导致天线上的导体发生电流分布，从而辐射出电磁波。
图1 半波偶极子天线结构示意图半波偶极子天线的电流分布对其性能具有重要影响。
因此，研究半波偶极子天线上的电流分布是天线设计和优化的重要内容。
二、矩量法原理矩量法是一种求解电磁问题的数值方法，其基本思想是将电磁场分解为一系列基函数的叠加，然后通过求解系数来确定电磁场的分布。
在天线设计中，矩量法可以用来求解天线上的电流分布、阻抗等参数。
具体地，矩量法的基本步骤如下：1. 将天线导体分割为若干小段，并在每个小段上选择一个基函数。
2. 通过求解每个小段上的电流分布，得到整个导体上的电流分布。
3. 通过电流分布计算出天线的辐射电场强度和辐射阻抗等参数。
在矩量法中，常用的基函数包括点函数、线函数、面函数等。
其中，点函数是最简单的基函数，其表示为δ(x-x')，其中x和x'分别表示两个点的位置。
线函数和面函数则是在点函数的基础上推广得到的，分别表示为G(x,x')和H(x,x')。
三、半波偶极子天线上的电流分布半波偶极子天线的电流分布可以通过矩量法求解得到。
具体地，我们可以将天线导体分割为若干小段，然后在每个小段上选择一个基函数，通过求解每个小段上的电流分布，得到整个导体上的电流分布。
在半波偶极子天线中，常用的基函数是线函数，其表示为G(x,x')=exp(-jkr)/r，其中r表示两个点之间的距离，k表示波数。
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。
半波偶极子天线设计
摘要近年来,Radio frequency identification(RFID)技术飞速发展并逐渐成为自动物体识别应用中的主要技术[1].现今有很多种RFID天线类型,如偶极子天线、分形天线、环形槽天线和微带贴片天线等[2].这里着重研究RFID技术中的半波偶极子天线，即是对称振子天线，最常用的是半波振子，偶极子天线是研究天线的基础，具有很多特性，比如辐射特性阻抗特性，波长缩短效应，谐振特性等，它既可作为简单的天线单独使用,又可作为天线阵的单元或面天线的馈源[3-4].所以深入了解半波偶极子天线的设计理论与优化技术是非常重要的.传统的天线设计方法是由设计师根据天线的分析理论以及自己的经验通过编程进行数值计算的方法来确定天线的各参数，这样做不仅花费了大量的时间和精力，而且费用昂贵.本设计采用现代计算机为基础，使用High Frequency Structure Simulator（HFSS）三维电磁仿真软件对半波偶极子天线进行设计及仿真、优化分析方法可以节省时间和精力，设计出符合要求的天线.论文从课题研究的背景和目的出发，介绍了半波偶极子天线的基本知识、设计原理.随后从设计和实现角度出发，针对半波偶极子天线提出了优化设计方案，并加以仿真并验证.最后依照仿真数据进行实物设计制作并验证其性能.关键词：3GHz；天线；HFSS10；偶极子天线ABSTRACTIn recent years, Radio frequency identification (RFID) technology and the rapid development of automatic object recognition has become the main technology applications. Today there are many types of RFID antennas, such as dipole antennas, fractal antennas[1], microstrip patch antenna and annular groove antenna[2]. RFID technology here focuses on the half-wave dipole antenna, dipole antenna that is most commonly used is the half-wave dipole, dipole antenna of the antenna base, has many features, such as radiation characteristic impedance, the wavelength reduction effect, resonance characteristics, etc. it can be used alone as a simple antenna, but also as a unit or antenna array antenna feed surface[3-4]. Therefore, in-depth understanding of a half-wave dipole antenna design theory and optimization technology is very important. Traditional antenna design approach is an analysis by the designer according to the antenna theory and their own experience through the programming of numerical calculation method to determine the parameters of the antenna, so do not spend a lot of time and effort, and expensive. This design uses modern computer-based, using High Frequency Structure Simulator (HFSS) three-dimensional electromagnetic simulation software half-wave dipole antenna design and simulation, optimization analysis method can save time and effort, designed to meet the requirements of the antenna.Papers from the background and purpose of the research, this paper introduces a half-wave dipole antenna basics design principles. Then from the design and implementation point of view, for the half-wave dipole antenna proposed optimal design, and make the simulation and verification. Finally simulation data in accordance with the physical design and verify its performance.Key Words：3GHz; antenna; HFSS10; dipole antenna目录1绪论 (1)1.1课题研究的背景 (1)1.2课题研究的意义 (1)1.3本次课题的主要工作 (1)2概述 (2)2.1半波偶极子天线简述 (2)2.2Ansoft HFSS 10仿真软件简介 (2)2.3Ansoft HFSS 10仿真软件设计流程概述 (3)2.4本设计的方案思路 (4)2.5主要技术指标 (4)2.5.1天线的输入阻抗 (4)2.5.2天线的极化方式 (5)2.5.3方向性系数 (5)2.5.4天线的增益 (6)2.5.5天线的效率 (6)3理论分析 (7)3.1电基本振子的辐射场 (7)3.2对称天线的辐射 (9)3.3半波偶极子天线性能参数的理论计算 (11)3.3.1电流分布 (11)3.3.2 辐射场和方向图 (11)3.3.3方向性系数 (12)3.3.4辐射电阻 (12)3.3.5输入阻抗 (13)4HFSS仿真设计 (14)4.1HFSS设计概述 (14)4.2HFSS仿真设计 (15)4.2.1新建设计工程 (15)4.2.2添加和定义设计变量 (15)4.2.3设计建模 (16)4.2.4求解设置 (19)4.2.5设计检查和运行仿真计算 (20)5天线实物 (25)结论 (26)参考文献 (27)致谢 (28)1绪论1.1课题研究的背景Radio frequency identification(RFID)技术是一种利用射频技术实现的非接触式自动识别技术,近年来,RFID技术飞速发展并逐渐成为自动物体识别应用中的主要技术[1].现今有很多种RFID天线类型,如偶极子天线、分形天线、环形槽天线和微带贴片天线等[2].这里着重研究RFID技术中的半波偶极子天线.由于它结构简单,广泛应用于通信、雷达和探测等各种无线电设备中,适用于短波、超短波,甚至微波.它既可作为简单的天线单独使用,又可作为天线阵的单元或面天线的馈源[3-4].由于半波偶极子是基本的天线,很多天线都是在半波振子的基础上设计的.1.2课题研究的意义传统的天线设计方法是由设计师根据天线的分析理论以及自己的经验通过编程进行数值计算的方法来确定天线的各参数，这样做不仅花费了大量的时间和精力，而且费用昂贵.近年来，无线通信发展迅速，作为系统发射和接收电磁波的重要前段器件——天线，其性能对整个系统的通信质量至关重要.而半波偶极子天线这种基础天线在未来需求量巨大，便宜高质量基础天线将会是各生产厂家喜爱的产品.制作简单，成功率高，性能优越的基础天线也将会受到需求者的青睐.如果能采用现代计算机为基础，使用三维电磁仿真软件对半波偶极子天线进行设计及仿真、优化分析方法可以节省时间、精力以及费用，设计出符合要求的半波偶极子天线.1.3本次课题的主要工作本次课题的主要工作是使用HFSS三维电磁仿真软件对半波偶极子天线进行设计及仿真、优化分析，设计出符合要求的天线.最后依照仿真数据进行实物设计制作并验证其性能.2概述2.1半波偶极子天线简述半波偶极子天线是一种结构简单的基本线天线，也是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线之一.如图2-1所示，半波偶极子天线由两根直径和长度都相等的直导线组成，每根导线的长度为1/4个工作波长.[5]但实际应用中大多数情况下都要适当缩短长度，目的就是实现谐振使输入阻抗接近纯电阻，很多时候都是用工作波长的0.48.导线的直径远小于工作波长，天线的激励是等幅反向的电压信号，加在天线中间的两个相邻端点上，且天线中间两个相邻端点间的距离远小于工作波长，可以忽略不计.图2-1 半波偶极子天线2.2Ansoft HFSS 10仿真软件简介本设计主要采用Ansoft HFSS 10三维电磁仿真软件对半波偶极子天线进行设计及仿真、优化分析，下面介绍下HFSS这个软件.HFSS是利用我们所熟悉的windows图形用户界面的一款高性能的全波电磁场(EM)段任意3D无源器件的模拟仿真软件.它易于学习，有仿真，可视化，立体建模，自动控制的功能，使你的3D EM问题能快速而准确地求解.Ansoft HFSS使用有限元法(FEM)，自适应网格划分和高性能的图形界面，能让你在研究所有三维EM问题时得心应手.Ansoft HFSS能用于诸如S-参数，谐振频率和场等的参数计算.HFSS是基于四面体网格元的交互式仿真系统.这使你能解决任意的3D几何问题，尤其是那些有复杂曲线和曲面的问题，当然在局部会利用其他技术.HFSS是高频结构仿真器（High Frequency Structure Simulator）的缩写.Ansoft公司最早在电磁仿真中使用如切线矢量有限元，自适应网格，和ALPS等有限元法解决EM仿真问题. Ansoft HFSS是高生产力研究，发展和虚拟的工具之一.2.3Ansoft HFSS 10仿真软件设计流程概述本设计使用HFSS v10软件对半波偶极子天线进行仿真设计，设计流程如图2-2所示，设计流程中的各个步骤的功能分述如下.设置求解类型.使用HFSS进行天线设计时，可以选择模式驱动（driven modal）求解类型或者终端驱动（driven terminal）求解类型.图2-2 HFSS天线设计流程创建天线的结构模型.根据天线的初始尺寸和结构，在HFSS模型窗口中创建出天线的HFSS参数化设计模型.设置边界条件.在半波偶极子天线的设计中，我使用辐射边界条件，为了模拟出无限大的自由空间.设置激励方式.无线必须通过传输线或者波导传输信号，天线与传输线或者波导的连接处即为馈电面或者称为激励端口.半波偶极子天线的设计中，由于在模型内部馈电面的激励方式使用集总端口激励（Lumped Port）.设置求解参数，包括设定求解频率和扫频参数，其中，求解频率通常设定为天线的中心工作频率.波长和频率的关系是倒数关系，具体的计算公式是：波长（单位：米）=300/频率（单位：MHz）.运行求解分析.上述操作完成后，整个仿真计算由HFSS软件自动完成.分析完成后，如果结果不收敛，则需要重新设置求解参数；如果结果收敛，则说明计算结果达到了设定的精度要求.查看求解结果.求解分析完成后，子数据后处理部分可以查看HFSS分析出的天线各项性能参数，如回波损耗错误!未找到引用源。
半波偶极子天线实验结果总结
半波偶极子天线实验结果总结我跟你说啊，这半波偶极子天线实验啊，可真是让我又爱又恨。
那天啊，我就站在那个实验室里，周围的仪器啊，就像一群沉默的士兵，都等着我去摆弄呢。
我瞅着那半波偶极子天线，它就那么静静地待着，像是在等着我揭开它的秘密。
我眼睛盯着它，心里就琢磨着，这玩意儿到底能搞出啥名堂来呢。
我开始动手做实验了。
那些个线路啊，就像一团乱麻似的，我得一根一根地理顺。
我那手啊，就像个不听话的小猴子，有时候就哆哆嗦嗦的，心里可紧张了。
旁边的小李还打趣我呢，“哟，刘老师，您这手咋跟第一次摸这玩意儿似的。
”我就瞪他一眼，“去去去，你懂啥，这叫谨慎。
”其实我心里也知道，我这确实有点紧张过度了。
等我好不容易把线路都接好了，开始测试数据的时候，那感觉就像在黑暗里摸瞎，不知道会出来个啥结果。
我眼睛紧紧地盯着那个仪器屏幕，就像盯着我心爱的宝贝似的，大气都不敢出。
数据一点一点地出来，我就像个守财奴一样，仔细地记录着每一个数字。
这过程中啊，还出了点小岔子。
有个数值突然变得特别奇怪，我就像热锅上的蚂蚁，急得不行。
我在那捣鼓来捣鼓去，嘴里还不停地嘟囔着，“这是咋回事儿呢？这是咋回事儿呢？”旁边的小张就过来说，“刘老师，您看是不是这个接口有点松啊？”我一瞅，还真是。
我就拍了下自己的脑袋，“你看我这脑子，这么明显的事儿都没发现。
”不过啊，最后结果总算是出来了。
看着那些数据，我心里就像开了花一样。
那些数据就像一群听话的孩子，规规矩矩地排列在那儿。
我心里那个成就感啊，就甭提了。
我就跟周围的人说，“你们看，咱这努力没白费啊。
”这半波偶极子天线实验啊，就像一场冒险，有惊有喜。
我从中学到的东西可不少，这就像在生活里摸爬滚打一样，有时候虽然磕磕绊绊的，但最后总能收获点啥。
我啊，对这实验结果就像对自己的孩子一样满意，以后再搞这方面的事儿，我心里就更有底儿了。
半波偶极子天线原理
半波偶极子天线原理半波偶极子天线是一种常用的无线通信天线，其工作原理是根据麦克斯韦方程组的推导，利用电场和磁场之间的相互耦合关系实现的。
半波偶极子天线的主要原理是：当天线中通以高频电流时，电流会在天线的两个部分上产生反向的电荷分布，这个分布产生的电势差形成天线上下两个部分之间的电场。
与此同时，电场与通过电流产生的磁场相互作用，形成一个闭合的电磁场传播出去，从而实现无线信号的发射或接收。
半波偶极子天线的电场分布呈现出一个半波长的特点，这就是天线被称为半波偶极子天线的原因。
在天线的中心位置，电场的幅值最大，而在两端位置，电场的幅值逐渐减小。
同时，天线的磁场分布与电场分布相互垂直，形成一个相位差为90度的电磁波。
半波偶极子天线具有许多显著的特点，使得它被广泛应用于无线通信领域。
首先，半波偶极子天线的辐射效果良好，能够实现较远的传输距离和较强的信号强度。
其次，由于天线的结构简单，制作成本相对较低，容易进行安装和调试。
此外，半波偶极子天线具有较宽的工作频带范围，适合用于不同频段的无线通信系统。
最后，半波偶极子天线还具有高效率、抗干扰能力强等优点。
在实际应用中，半波偶极子天线的设计和布局需要根据具体应用需求进行调整。
首先，天线的长度应为波长的一半，以保证天线的辐射效果。
其次，天线的位置和方向应根据通信区域和传输距离进行选择，以实现最佳的信号覆盖。
此外，天线的高度和水平位置的调整也可以对天线的辐射方向和范围进行调控。
总之，半波偶极子天线是一种重要的无线通信天线，其工作基于电场和磁场的相互作用关系。
通过合理的设计和布局，半波偶极子天线能够实现有效的无线信号传输和接收，为无线通信系统的可靠性和性能提供了有力的支持。
希望本文能够帮助读者更好地理解和应用半波偶极子天线。
半波偶极子电流分布
半波偶极子电流分布半波偶极子是一种天线结构，用于辐射或接收电磁波。
它由一个较短的导体杆和两个辐射元件组成，通常被用于无线通信领域。
在电磁学中，半波偶极子是一种理想化的电流分布模式。
半波偶极子的电流分布是指在导体杆上的电流强度随着位置的变化而变化的情况。
根据电磁场理论，半波偶极子的电流分布可以通过求解麦克斯韦方程组得到。
然而，在本文中，我们将从一个直观的角度来探讨半波偶极子的电流分布。
在半波偶极子的导体杆上，电流分布呈现出一个波动的形态。
电流在导体杆上的分布可以被描述为一个正弦函数，具有周期性的特点。
这是因为半波偶极子的导体杆长度约为电磁波的半个波长，所以在导体杆两端的电流相位相差180度。
半波偶极子的电流分布还受到辐射元件的影响。
辐射元件通常是金属片或金属环，它们与导体杆之间存在电容和电感耦合。
这些辐射元件的存在改变了导体杆上的电流分布，使其不再是简单的正弦函数。
由于辐射元件的存在，半波偶极子的电流分布在导体杆两端出现了极值点。
在极值点附近，电流分布呈现出一个局部最大值或最小值。
这种非均匀的电流分布对于半波偶极子的辐射特性具有重要影响。
半波偶极子的电流分布还受到工作频率的影响。
在不同频率下，电流分布的形态和幅度都会发生变化。
当频率接近半波偶极子的共振频率时，电流分布的波动形态会变得更加明显，并且电流幅度会增加。
除了频率的影响，半波偶极子的电流分布还受到导体杆的长度和形状的影响。
当导体杆的长度不等于半个波长时，电流分布会发生改变。
而当导体杆的形状不是直线时，电流分布也会受到影响。
总结起来，半波偶极子的电流分布是一个复杂的问题。
它受到导体杆、辐射元件、工作频率以及导体杆的长度和形状等多个因素的共同影响。
了解半波偶极子的电流分布对于设计和优化天线具有重要意义，可以提高天线的辐射效率和性能。
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。
半波偶极子天线的输入阻抗
半波偶极子天线的输入阻抗1. 前言半波偶极子天线是一种常见的天线类型，广泛应用于无线通信系统中。
在设计和优化天线系统时，了解和分析半波偶极子天线的输入阻抗是至关重要的。
本文将深入探讨半波偶极子天线的输入阻抗，从理论分析到实际应用，为读者提供详尽的知识和理解。
2. 理论基础2.1 偶极子天线半波偶极子天线是一种简单而有效的无线通信天线。
它由两个相等长度、相等直径、相邻并且平行放置的金属导体组成。
这两个导体被称为偶极子臂。
2.2 输入阻抗输入阻抗是指在特定频率下，外部电路与电源或信号源之间的等效电阻。
对于半波偶极子天线而言，输入阻抗直接关系到其性能和效率。
3. 输入阻抗计算方法3.1 理论计算方法理论计算方法基于Maxwell方程组和边界条件来推导半波偶极子天线的输入阻抗公式。
这些公式可以用来预测在特定频率下的输入阻抗。
3.2 数值计算方法数值计算方法使用电磁仿真软件，如有限元方法（FEM）或有限差分时间域（FDTD）方法，来模拟和计算半波偶极子天线的输入阻抗。
这些方法可以考虑更复杂的天线结构和材料特性。
4. 输入阻抗的影响因素4.1 天线长度半波偶极子天线的长度对其输入阻抗有很大影响。
当天线长度等于波长的一半时，其输入阻抗为理论值75欧姆。
当天线长度减小或增大时，输入阻抗将发生变化。
4.2 天线直径半波偶极子天线的直径也会对其输入阻抗产生影响。
较大直径会导致更低的输入阻抗，而较小直径则会导致更高的输入阻抗。
4.3 天线高度半波偶极子天线与地面之间的高度也会对其输入阻抗产生影响。
一般来说，当天线离地面越近时，其输入阻抗趋近于理论值75欧姆。
5. 输入阻抗匹配技术为了提高天线系统的性能和效率，输入阻抗匹配技术被广泛应用。
输入阻抗匹配可以使天线的输入阻抗与传输线或无线电设备的输出阻抗相匹配，从而实现最大功率传输和最小反射损耗。
5.1 阻抗变换器阻抗变换器可以通过电感、电容和变压器等元件来实现输入阻抗的变换。
1半波偶极子
附录：\3D模型回波损耗（S11）电压驻波比（VSWR）Smith圆图输入阻抗增益方向图三维增益方向图半波偶极子天线一、实验目的1.熟练使用HFSS软件。
2.掌握半波偶极子天线的原理。
二、实验原理此次设计为一个中心频率为3GHz的半波偶极子天线，天线沿z轴放置，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激励方式，端口距离为0.24mm，辐射边界和天线的距离为λ/4.模型图如下：1.电流分布对于从中心馈电的偶极子天线，其两端为开路，故电流为零。
假设将偶极子天线沿z轴放置，其中心位于坐标原点，则长度为l的偶极子天线的电流分布可以表示为：I0是波腹电流；k是波数，且k=2π/λ；l是偶极子天线一个臂的长度。
对于半波偶极子天线而言，长度l=λ/4。
将参数代入上式可得半波偶极子天线的电流分布为：下图为分析模型图：2.辐射场和方向图已知半波偶极子天线上的电流分布，可以利用叠加原理来计算半波偶极子天线的辐射场。
经计算得半波偶极子天线的辐射场为：加上方向特性，半波偶极天线的远区辐射电场为：式中：称为半波偶极子天线的方向性函数。
根据远区场的性质，可以求得半波偶极子天线的磁场为：根据方向性函数可以绘出半波偶极子天线的归一化场强方向图，在H平面（θ=90°）极坐标方向图是一个圆。
在E平面（ψ为常数）中，辐射场强会随着角度θ的变化而变化，θ=±90°方向上场强最大，θ=0°和θ=180°方向上场强为零。
3.方向性系数从半波偶极子天线的方向性函数可以计算出半波偶极子天线的功率方向性系数为：以分贝表示为：4．辐射电阻天线的平均功率密度可以用平均坡印廷矢量表示：半波偶极子天线的辐射功率则为：R r表示辐射电阻，计算可得辐射电阻为：R r=73.2Ω。
三、实验步骤1、新建设计工程a．运行HFSS并新建工程b．设置求解类型c．设置模型长度单位2、添加和定义设计变量3、设计建模a.创建偶极子天线模型b.设置端口激励c.设置辐射边界条件4、求解设置分析的半波偶极子天线的中心频率在3GHz附近，因此，求解频率设置为3GH;同时添加2.5GHz~3.5GHz的扫频设置，扫频类型选择快速扫频（Fast)，分析天线在2.5GHz~3. 5GHz频段内的回波损耗和电压驻波比。
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。
电磁场HFSS实验报告
实验一 T形波导的内场分析实验目的1、熟悉并掌握HFSS的工作界面、操作步骤及工作流程。
2、掌握T型波导功分器的设计方法、优化设计方法和工作原理。
实验仪器1、装有windows 系统的PC 一台2、 HFSS15.0 或更高版本软件3、截图软件实验原理本实验所要分析的器件是下图所示的一个带有隔片的T形波导。
其中，波导的端口1是信号输入端口，端口2和端口3是信号输出端口。
正对着端口1一侧的波导壁凹进去一块，相当于在此处放置一个金属隔片。
通过调节隔片的位置可以调节在端口1传输到端口2，从端口1传输到端口3的信号能量大小，以及反射回端口1的信号能量大小。
T形波导实验步骤1、新建工程设置：运行HFSS并新建工程：打开 HFSS 软件后，自动创建一个新工程： Project1，由主菜单选 File\Save as ，保存在指定的文件夹内，命名为Ex1_Tee；由主菜单选 Project\ Insert HFSS Design，在工程树中选择 HFSSModel1，点右键，选择 Rename项，将设计命名为 TeeModel。
选择求解类型为模式驱动（Driven Model）：由主菜单选HFSS\Solution Type ，在弹出对话窗选择Driven Model 项。
设置长度单位为in：由主菜单选 3D Modeler\Units ，在 Set Model Units 对话框中选中 in 项。
2、创建T形波导模型：创建长方形模型：在 Draw 菜单中，点击 Box 选项，在Command 页输入尺寸参数以及重命名；在Attribute页我们可以为长方体设置名称、材料、颜色、透明度等参数Transparent（透明度）将其设为0.8。
Material（材料）保持为Vacuum。
设置波端口源励：选中长方体平行于 yz 面、x=2 的平面；单击右键，选择 Assign Excitation\Wave port项，弹出 Wave Port界面，输入名称WavePort1；点击积分线 (Integration Line) 下的 New line ，则提示绘制端口，在绘图区该面的下边缘中部即（2,0,0)处点左键，确定端口起始点，再选上边缘中部即(2,0,0.4)处，作为端口终点。
偶极子天线特性实验报告
偶极子天线特性实验学号：10329060 姓名：林斋帆 2010光信二班合作人：王贝珊实验日期：2013/4/11一、实验目的1、理解半波偶极子天线的基本功能2、测量半波偶极子天线E面得辐射模式3、测量半波偶极子天线H面的辐射模式二、实验原理图1所示的是半波偶极子天线的结构模型和电流分布图。
在图a中，总长度是半个波长，图b中，电流的分布为在馈点值为最大，在两端点值为0。
a) 结构图 b)电流分布图1 半波偶极子天线的结构模型和电流分布图半波偶极子天线是一种谐振天线，它的输入阻抗为 70+j0Ω 。
电流流过Z轴，分布由公式（1）进行计算：I(z)=I0sin[k(λ4−|z|)]（1）其中馈电电流大小为10，端点的大小为0。
电流引起的辐射电场为：Eθ(θ)=jωμ2I0k∙e−jkr4πrF(θ)（2）波函数从公式（2）到下面的公式（3）中：F(θ)=Eθ(θ)E MAX=cos[(π2⁄)cosθ]sinθ（3）功率的计算公式如下：P(θ)=|F(θ)|2={cos[(π2⁄)cosθ]sinθ}2（4）根据公式（4）可绘出下面的辐射图。
电流从南边流向北，沿着Z轴的正方向。
在这个图中，最大辐射发生在θ=±90°的方向上，而在θ=0°，180°的方向上没有辐射。
图2 半波偶极子天线辐射模式在试验中使用的半波偶极子天线有两种：914.5125MHz（将略写成914MHz）和2.45GHz，其波长大小分别为328.04mm和122.45mm。
为了去掉天线输入阻抗中的电抗部分，我们只需使天线的长度稍短于半个波长即可，这个比率称为天线的缩短比例。
还有，如果将天线印刷在绝缘的电路板上，由于绝缘的原因也将导致其性质会有一定的变化趋势。
特别的，绝缘板引起的比例变化将使天线的有效波长减小从而导致天线的尺寸相比于在开阔场地要小一些。
根据相对绝缘比例，波长的缩减比例大小如下所示：λeff=0√ε（5）其中，λ0表示在开阔场地的波长大小，λeff代表有效波长。
半波偶极子天线增益
半波偶极子天线增益半波偶极子天线，是一种常见的天线类型，其设计原理和结构简单，使用方便，且在许多领域得到广泛应用，如通信、雷达、卫星导航等。
对于这种天线，其增益也是我们平常要关注的重要指标之一。
下面，我们来分步骤阐述半波偶极子天线增益。
第一步，认识半波偶极子天线半波偶极子天线，是一种双极天线，由两个长度相等的导体构成，通常为金属棒材料。
这两个导体彼此相邻，并联在同一端子上，通常接受电磁波信号。
该天线主要特点是频率响应宽，增益较高，且适用于近地平线和中短距离通信。
第二步，理解天线增益的概念和计算方法天线增益是指天线辐射强度与同等功率输入下理想点源天线辐射强度之比。
一般情况下，使用分贝（dB）作为它的单位。
在实际应用中，求一个天线的增益需要使用理论计算和实验测量两种方法。
其中，理论计算主要通过计算机仿真得到，而测量则采用天线测试仪器进行。
第三步，了解半波偶极子天线增益的计算方法半波偶极子天线增益计算式为：G = 1.5 × ((L/λ)^2) 其中，G为增益，L为导体长度，λ为波长。
这个计算式只是一个理论值，在实际使用中，由于天线的环境和天线的制造工艺等因素的影响，其实际增益和理论计算的有所偏差。
第四步，考虑半波偶极子天线增益的影响因素半波偶极子天线增益的影响因素主要有两个：环境和天线本身。
对于环境因素，主要包括地形、建筑物等，这些因素可能会产生干扰信号，降低天线的接收能力，从而降低其增益值；对于天线本身，其制造工艺、材质、尺寸等也会对其增益进行影响。
通过以上四步，我们可以初步了解半波偶极子天线增益的相关知识和计算方法。
在实际应用中，除了考虑天线的增益外，还需要结合实际情况和使用要求，选用适合的天线，并进行系统优化和调试，以确保系统性能和稳定性。
半波偶极子天线分析报告
微波技术与天线实验报告
2.添加变量
3.创建天线的一个臂
将天线的臂命名为，并设置天线的材料为，透明度为，位置用进行表示。
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。
，选择，输入，这样即可生成天线的第二个臂。
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Ω。
设置完成后，点击，在矩形面的下边缘处移动鼠标指针，单击确定下边缘的中点位置，沿轴向上移动鼠标指针，单击确定上边缘的中点位置。
完成设置。
设置完成后进行辐射边界的设置，选中圆柱体后右键选择。
三：求解设置
将求解频率设置为，最大迭代次数为，收敛误差为。
四、设计检查
检查设计的正确性，正确无误后进行下一项。
五、查看天线的谐振点
将进行分析，然后生成天线的谐振点图：
从图中可以看出，当频率为时，的值最小，为。
六、查看天线的各项性能
.查看的史密斯圆图。
从圆图中可以看出，在时，天线的归一化阻值为。
2.查看天线的电压驻波比。
从图中可以看出，当频率为之间，电压驻波比小于. .查看场的增益图。
在节点设置平面。
设置完成后查看方向的增益图：
操作完成后，生成增益方向图：
从此图可以看出增益最大为轴方向，值为。
.查看天线的其他参数：。
半波偶极子末端效应
半波偶极子末端效应
半波偶极子天线是一种基本的电磁辐射器，其末端效应指的是天线末端由于电荷积累产生的容性加载效应，这会影响天线的谐振频率和辐射特性。
具体来说：
1. 谐振频率偏移：在理想情况下，半波偶极子天线的长度应为工作波长的一半。
然而，实际中天线有直径尺寸，导体末端的容性加载效应会导致天线的工作频率向低频偏移。
这是因为天线末端的电荷分布改变了电流路径的有效长度，从而影响了天线的谐振频率。
2. 输入阻抗变化：末端效应还会影响天线的输入阻抗。
理想半波偶极子的输入阻抗在一个很窄的频率范围内保持较高值，而实际天线由于末端效应，其阻抗带宽会有所增加。
3. 辐射效率：末端效应还可能导致辐射效率的降低，因为电荷在天线末端的积累会产生反射电流，这些反射电流会与向外辐射的电流相抵消，从而减少辐射效率。
4. 方向图变化：末端效应还会对天线的方向图产生影响，尤其是在高频端，天线的方向性可能会变得更加明显。
半波偶极子天线的末端效应是天线设计中需要考虑的重要因素，它会影响天线的谐振频率、输入阻抗、辐射效率和方向图等关键参数。
在实际应用中，设计师通常会通过加载线圈、改变天线形状或使用匹配网络等方法来补偿末端效应，以优化天线的性能。
半波偶极子谐振基模和高次模
半波偶极子谐振基模和高次模半波偶极子是一种常见的天线结构，广泛应用于无线通信系统中。
它是指一个长度为半个波长的导体，在中心被激励，而两端开路。
半波偶极子具有许多独特的特性，其中包括谐振基模和高次模。
谐振基模是半波偶极子最基本的辐射模态。
在这种模态下，偶极子的长度正好为波长的一半，导致垂直方向上的电场分布对称，形成一个强的辐射场。
谐振频率可以通过简单的计算得到，即 c/2l，其中c 表示光速，l 表示偶极子的长度。
谐振基模的辐射效率高，天线增益大，广泛应用于通信系统中，尤其是无线电和微波通信。
与谐振基模相比，高次模态是指半波偶极子中更复杂的辐射模式。
通过改变偶极子的长度和结构，可以激发出不同的高次模，在不同的频率范围内工作。
高次模的特点是模态分布更加复杂，辐射场不再对称，电场强度和相位也会有所变化。
高次模的应用相对较少，但在特定的场景下具有一定的价值。
了解半波偶极子谐振基模和高次模的特性对于天线设计和优化非常重要。
首先，谐振基模是天线最常用的工作模态，具有高效率和较高的增益，是通信系统中理想的辐射模态。
其次，高次模虽然应用相对较少，但在某些特定的频率和场景下，可以通过调整天线参数激发出更复杂的电磁场分布，满足特定需求。
在实际天线设计中，要根据不同的应用场景选择合适的模态。
如果要求较高的增益和效率，谐振基模是首选。
对于某些特殊要求，如波束形成、辐射方向调节等，可以考虑使用高次模。
此外，还可以通过组合多个半波偶极子，设计复杂的天线结构以实现更复杂的辐射模式。
总之，半波偶极子谐振基模和高次模是天线设计中重要的概念。
谐振基模具有高效率和高增益的特点，广泛应用于通信系统中。
高次模则是一种更复杂的辐射模式，可以在特定的场景下发挥作用。
了解这些模态的特性以及在不同应用中的适用性，对于优化天线性能具有重要意义。
在实际设计中，需要根据具体要求选择合适的模态，以实现更好的通信性能。
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邢台学院
实验报告
课程名称电磁波与天线技术
实验项目2 偶极子和单极子天线设计授课教师
专业班级
实验时间
学号
学生姓名
系部数学与信息技术学院2015～2016学年度第1学期
●实验学时：4
●实验目的及要求：
1、掌握偶极子和单极子天线的几个基本参数；
2、使用HFSS设计半波偶极子天线。
3、使用HFSS设计单极子天线。
●实验环境：
1、Windows操作系统
2、PC连接到Internet
实验内容及步骤：
1、新建设计工程。
2、添加和定义设计变量。
3、设计建模。
4、求解设置。
5、设计检查和运行仿真计算。
6、HFSS天线问题的数据后处理。
●实验结果及体会：
1、建立工程
菜单Project->Insert HFSS Design
2、设置求解模式
菜单HFSS->Solution Type->天线为Driven Modal
3、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。
4、添加和定义设计变量。
5、设计建模
1）创建一个沿z轴方向放置的细圆柱体模型作为偶极子天线的一个臂2）通过沿着坐标轴复制，生成偶极子天线的另一个臂。
3)设置端口激励。
4)设置边界条件。
6、求解设置。
7、设计检查和运行仿真计算。
8、HFSS天线问题的数据后处理
1）S11扫频分析：
2）电压驻波比：
3）Smith圆图查看归一化输入阻抗：
4）输入阻抗：
m1：
m2：
5）方向图：
6）三维方向图：
体会：通过仿真软件对半波偶极子设计仿真，得到符合要求的半波偶极子天线。
通过仿真得到了天线的回波损耗，电压驻波比，3D方向增益图等参数。
从结果可以看出，当工作波长为100mm时，半波偶极子的谐振点在3Ghz。