实验五对称振子天线的设计与仿真

、实验目的

1. 设计一个对称振子天线

2. 查看并分析该对称振子天线的反射系数及远场增益方向

、实验设备

装有HFSS 软件的笔记本电脑一台

三、实验原理

1、电流分布

对于从中心馈电的偶极子，其两端开路，故电流为零。工程上通常将其电流分布近似为正弦分布。

假设天线沿z 轴放置，其中心坐标位于坐标原点，如图所示，则长度为l 的偶极子天线的电流分布为：I(z)=Imsink(l-|z|) ，其中Im是波腹电流，k波数。对半波偶极子而言l= λ/4.

则半波偶极子的电流分布，可以写成：I(z)=Imsin (π/2 -kz ) =Imcos ( kz )。

首先明白一点：半波偶极子天线就是对称阵子天线。

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。

式中，

称为半波偶极子的方向性函数。

3、方向系数：

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，长度为I 。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=21。对称振子的

长度与波长相比拟，本身己可以构成实用天线。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，忽略振子损耗。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。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。

四、实验内容

利用HFSS软件设计一个近似理想导体平面的UHF 对称振子天线。

中心频率为，采用同轴线馈电，并考虑平衡馈电的巴伦结构。最后得到反射系数和二维辐射远场仿真结果。

五、实验步骤

. 建立新工程

了方便建立模型，在Tool>Options>HFSS Options 中讲Duplicate Boundaries with geometry 复选框选中。

2. 将求解类型设置为激励求解类型：

（1）在菜单栏中点击HFSS>Solution Type 。

（2）在弹出的Solution Type 窗口中

（a）选择Driven Modal 。

（b）点击OK按钮。

3. 设置模型单位

（1）在菜单栏中点击3D Modeler>Units 。

（2）在设置单位窗口中选择：in 。

4. 设置模型的默认材料

在工具栏中设置模型的默认材料为copper 。

5. 创建对称振子模型

（1）创建ring_1 。

创建圆柱ring_inner ：中心在坐标原点，半径为，高为5in ；创建圆柱ring_1: 中心在坐标原点，半径为, 高为5in ；用ring_1 将ring_inner 减去，使之成为一个圆环柱体。

（2）创建ring_2 。

（a）Ctrl ＋A 选中ring_1 。

（b）在菜单栏中点击Edit>Copy 。

（c）在菜单栏中点击Edit>Paste 。

（d）在3D 模型的操作历史树中将ring_2 的Create Cylinder 半径改为；ring-inner1 的Create Cylinder 半径改为，。

（3）创建Arm_1。

长方体的起始点位置坐标:X ：，Y：，Z：；长方体的X、Y、Z 三个方向尺寸：dX：，dY：，dZ：

（4）将已建立的模型组合起来。

将建立好的ring_1 、ring_2 及Arm_1 组合成为一个模型。

5）创建Center pin ，即同轴线的内导体，半径为，高度为。

6）创建对称振子的另一臂Arm_2。

长方体的起始点位置坐标：X：，Y：，Z：；长方体的X、Y、Z三个方向尺寸：dX：，dY：，dZ：

（7）创建Grounding pin 。

圆柱中心点的坐标：X：，Y：，Z：；圆柱半径：dX：，dY：，dZ：；圆柱的高度：dX：，dY：，dZ：

（8）将已建立的模型组合起来。

6. 创建波端口

（1）创建端口圆面模型，半径为。

（2）设置波端口，并将该端口命名为p1

选择New Line ，在坐标栏中输入:X ：，Y：，Z：；dX：，dY：，dZ：

7. 创建辐射边界

（1）设置默认材料为真空（vacuum）。

（2）创建Air 。

长方体的起始点位置坐标：X：，Y：，Z：；长方体X、Y、Z 三个方向的尺寸：dX：，dY：，dZ：

（3）设置辐射边界，将辐射边界命名为Rad1

8. 创建地板gnd_plane

9. 辐射场角度设置

在Infinite Sphere 标签中，做如下设置：

Name：ff_2d

Phi ：（Start ：0，Stop：90，Step Size ：90）

Theta ：（Start ：-180 ，Stop ：180 ，Step Size ：2）

10. 求解设置

（1）设置求解频率。

Solution Frequency:

Maximum Number of Passes:10

Maximum Delta S per Pass:

( 2)设置扫频。

Sweep Type:Fast

Frequency Setup Type:Linear Count

Start:

Stop:

Count:401

11. 保存工程

12. 求解该工程

13. 后处理操作

(1)S 参数(反射系数) 。

(a) 绘制该问题的反射系数曲线，该问题为单端口问题，因此反射系数是S11。

(b) 在Trace 窗口中做以下设置：

Solution:Setup1:Sweep1

Domain:Sweep

(2)2D辐射远场。

(a) 在菜单栏中点击HFSS>Results>Create Report 。

(b) 在创建报告对话框中做以下选择：

Report Type:Far Fields

Display Type:Radiation Pattern

六、实验结果

仿真图如下：

对称阵子的反射系数曲线如下：

由上图可知，在天线的中心频率，反射系数S_11 约为。转换成驻波比指标，ρ约为，满足实验设计要求。

对称阵子的远场增益方向图如下：

由上图可知，由于理想导体平面的存在，存在水平角

方向出现在仰角θ=0 处（正Z方向），其增益约为。

七、问题思考及小结

设计一个天线，无论是作为发射天线还是接收天线，我们都很关心其方向参数输入阻抗参数、增益参数、频带宽度等参数。这里也主要就上诉几个参数来讨论半波偶极子天线的优缺点。

1、对阵子天线在轴向无辐射

2、对阵子天线的辐射与其电长度密切相关。当电长度小于时，波瓣宽度最窄，在垂直

与轴向的平面内辐射最强，随着电长度的增加，开始出现副瓣，主瓣宽度变宽，最大辐射方

向发生偏移。

φ=时天线都被抬高了。最大辐射

3、对阵子天线的输入阻抗受频率影响很剧烈，说明宽频带时其较难实现负载匹配，所以相对应的频带宽度也较窄。

4、在谐振频率附近时，天线的输入阻抗接近传输线的特性阻抗，实现匹配较易，而且在中心频率附近，电波的传输特性也最好，从而可以实现较大效率的功率传输。

5、通过对实验得到结果的分析，不难发现，对阵子天线的诸多特性与电长度关系很大，所以可以通过调整天线的电长度来实现不同功能和要求的对阵子天线应用。

6、半波偶极子的输入阻抗还与天线的粗细有关。

通过本次HFSS天线仿真实验，我更加深入的了解天线的结构、原理和用途。最开始在实验时由于粗心设置模拟单位时没有设置成in ，导致结果出不来，重新设置之后，问题解决。

单极子天线的设计

第五章常用单极子天线的设计与实例 §5.1常用的单极子天线...........................................................................................................- 2 - §5.1.1单极子天线..........................................................................................................- 2 - §5.1.2单极子天线的辐射场和电特性...........................................................................- 4 - §5.1.3单极子天线的馈电方法.....................................................................................- 11 - §5.2宽频带平面单极子天线的设计......................................................................................- 13 - §5.2.1 具有切角的平面单极子天线................................................................................- 14 - §5.2.2 具有短路节加载的平面单极子天线....................................................................- 17 - 5.3 总结....................................................................................................................................- 22 -

宽带印刷偶极子天线设计

宽带印刷偶极子天线设计何庆强何海丹 (中国西南电子技术研究所，成都610036) 摘要：构建了一个宽带印刷偶极子天线，基于等效电路模型进行分析，给出了一套完整的设计计算公式。采用该方法进行设计，可一次成功，不必进行参数扫描和优化。给出的例子所得天线带宽达到54.15%，优于最新的国内外报道。关键词：偶极子，巴伦，等效电路，宽带 Design of a Broadband Printed Dipole Antenna He Qingqiang He Haidan (Southwest China Institute of Electronic Technology, Chengdu 610036) Abstract: A broadband printed dipole antenna is created. Based on the analysis of equivalent circuit model, a perfect designing calculated process is given. Applying the proposed method, the dipole design can be successful once time and doesn’t need parameter tune and optimization. The designed dipole obtains a 54.15% bandwidth and has a better wideband characteristic compared with recent reports. Keywords: Dipole; Balun; Equivalent circuit; Broadband 1 引言印刷巴伦偶极子天线最早研究起源于1974年[1]。最近几年的研究表明：通过快速的单元模型分析计算，天线带宽可以达到18%[2]；通过采用V形地平面，天线带宽可以达到33%以上[3]；通过神经网络参数优化，天线的带宽可以达到40%[4]；采用等效电路优化结合周期性加载原理，印刷偶极子天线的带宽可以达到47.8%[5]。在这篇文章里，我们基于等效电路模型进行分析，计算出了偶极子天线的物理参数尺寸。采用该方法进行设计，可一次成功，无须参数优化，所得天线的带宽可达54.15%，优于文献[1-5]给出的设计结果。2 等效电路模型分析与设计图1给出了偶极子天线的几何结构及其参数。图中实线部分为天线结构示意图，该天线印刷在厚度为h，介电常数为 r ε的介质板上。印刷振子辐射臂长为L t，宽为L w；振子的下底长为L H，宽为L d。在振子的中间，刻有一纵向长槽，长为L ab，宽为S w。该天线采用标准的50欧SMA馈电。

(完整版)双频单极子天线毕业设计

摘要本设计介绍了射频双频单极子天线的基本原理以及基于HFSS的射频双频单极子天线的设计过程。双频天线一个最为简单的颁发就是采用印刷单极子天线来实现，这类天线所需成本极低，而且结构和加工都极为简易，是目前为止众多学者的研究方向。本篇论文主要设计与仿真射频双频单极子天线。半波偶极子天线和单极子天线是迄今为止应用较为广泛的天线。利用镜像原理，引入接地面可以将半波偶极子天线的长度减少一半，即1/4波长单极子天线。然后，文中设计并仿真了一个单极子天线，能够使用在无线局域网中。其L 型单极子天线由微带线直接馈电，天线工作于IEEE802.11a和802.11b两个工作频段，实现了天线的双频工作特性。仿真结果表明，该天线低频单极子天线垂直方向长度等于19mm时，该单极子天线的双频振

点，也就是高频振点对应IEEE802.11a （5.15GHz~5.825GHz），低频振点对应IEEE802.11b （2.4GHz~2.4825GHz），能够应用在无线局域网所涉及到到相关频段力，同时具备较佳的辐射方向图性质。关键词：双频单极子；射频； WLAN； HFSS Design of Radio-Frequency Monopole Antenna ABSTRACT This design introduces the basic principles of radio dual-band monopole antenna and a dual-band radio-based HFSS monopole antenna design process. Printed monopole antenna as a dual-band antenna in the form of a simple structure, easy processing, low cost, is also a hot topic in the antenna field. In this thesis, dual-band monopole antenna

半波偶极子天线的HFSS仿真设计

天线原理与设计华中科技大学半波偶极子天线的HFSS仿真设计一、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。图1 对称振子对称结构及坐标 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点对称；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。

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。 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。这里创建一个沿Z轴放置的圆柱模型，材质为空气。把圆柱体的表面设置为辐射边界条件。 5、外加激励求解设置分析的半波偶极子天线的中心频率在3G Hz，同时添加2.5 G Hz ~3.5 G Hz频段内的扫频设置，扫频类型为快速扫频。

CST-偶极子相控阵天线的仿真及优化

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第二题微带到波导转换的仿真与优化：在26~30GHz频率围优化下图微带到波导的转换，使全频带反射最小，并绘出中心频点28GHz的电场、磁场与表面电流的分布；微带是Duroid5880基片，介电常数2.2，基片厚0.254mm，金属层厚0.017mm，介质上的空气尺寸3*1*8mm，标准50欧姆微带线宽0.77mm；波导是Ka波段的BJ320波导，尺寸7.112*3.556*10mm；L 是微带基片底面到波导短路面距离，W0*L0是伸入波导中的微带探针的宽与长，W1*L1是第一段变阻线的宽与长，W2*L2是第二段变阻线的宽与长，7个待优化变量可取下图给的初值。七、实验器材（设备、元器件）：台式计算机；CST Design Environment 2009仿真软件；U盘（学生自备）。八、实验步骤：第一题：偶极子相控阵天线的仿真 a.单个偶极子天线模型单个偶极子天线方向图

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73.2?，为了达到良好的阻抗匹配，将负载阻抗也设置为73.2 ?。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。这里，我们先创建一个沿着Z轴放置的圆

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一种单极鞭状天线分析与设计【摘要】文章分析了一种单极鞭状天线的工作原理、设计方法，并给出了模型天线。针对实测结果对天线结构进行改进，结果显示天线工作频率在334～346MHz，中心频率为340MHz，在整个频带内驻波系数小于2，增益较为稳定，均值达到2.2dBi。这种天线体积小，重量轻，方便携带，重复性和一致性较好。【关键词】单极鞭状天线电性能驻波系数方向图 1 引言鞭状天线由于尺寸小、结构紧凑而在当今各类通信设备中被广泛应用，其研究设计也因此受到广泛关注。各种地面电台及车载电台配用了形式多样的鞭状天线，在舰船上也常看到林立的鞭状天线。由于鞭状天线在物理尺寸上仍是小天线，尤其是HF频段低端，电阻小、电抗大，匹配困难，因此大多数鞭状天线应用在窄带工作状态，带宽大约在5%～10%左右[1]。单极鞭状天线属于鞭状类里结构颇为简单的一种，适合于车载等便携工作方式，体积小，辐射效率高，架设方便。 2 理论分析本文设计的鞭状天线结构采用长度为1/2波长的单极子。单极天线是偶极子天线的一半，这种天线几乎总是高于安装地平面，其基本原理结构如图1所示，由长为h的直立振子和无限大的地板组成。地面的影响可用天线的镜像来代替，这样单极子天线就可等效为自由空间内臂长为2h的对称振子。当然，这样的等效仅对地面上的半空间等效，原因是地板以下没有辐射场[2]。 2.1 辐射场与方向图架设在无限大理想导电平面上的单极接地天线产生的辐射场，可直接应用自由空间对称振子的计算公式进行计算[3]： · (1) 式中Im为波腹电流。将Im=I0/sinβl，θ=90°-Δ，l=h，(I0为输入电流，Δ仰角，h为单极子天线的高度)。代入上式，得：

实验五对称振子天线的设计与仿真

实验五对称振子天线的设计与仿真、实验目的 1. 设计一个对称振子天线 2. 查看并分析该对称振子天线的反射系数及远场增益方向、实验设备装有HFSS 软件的笔记本电脑一台三、实验原理 1、电流分布对于从中心馈电的偶极子，其两端开路，故电流为零。工程上通常将其电流分布近似为正弦分布。假设天线沿z 轴放置，其中心坐标位于坐标原点，如图所示，则长度为l 的偶极子天线的电流分布为：I(z)=Imsink(l-|z|) ，其中Im是波腹电流，k波数。对半波偶极子而言l= λ/4. 则半波偶极子的电流分布，可以写成：I(z)=Imsin (π/2 -kz ) =Imcos ( kz )。首先明白一点：半波偶极子天线就是对称阵子天线。 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。式中，

称为半波偶极子的方向性函数。 3、方向系数：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，长度为I 。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=21。对称振子的长度与波长相比拟，本身己可以构成实用天线。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，忽略振子损耗。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。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。四、实验内容利用HFSS软件设计一个近似理想导体平面的UHF 对称振子天线。中心频率为，采用同轴线馈电，并考虑平衡馈电的巴伦结构。最后得到反射系数和二维辐射远场仿真结果。五、实验步骤 . 建立新工程了方便建立模型，在Tool>Options>HFSS Options 中讲Duplicate Boundaries with geometry 复选框选中。 2. 将求解类型设置为激励求解类型：（1）在菜单栏中点击HFSS>Solution Type 。（2）在弹出的Solution Type 窗口中（a）选择Driven Modal 。（b）点击OK按钮。 3. 设置模型单位（1）在菜单栏中点击3D Modeler>Units 。（2）在设置单位窗口中选择：in 。

RFID偶极子天线设计与仿真

泉州师范学院毕业论文（设计）题目 RFID偶极子天线设计与仿真物理信息工程学院电子信息科学与技术专业 07 级1班学生姓名连劲松学号 070303044 指导教师余燕忠职称副教授完成日期 2011年4月教务处制

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目录摘要 (1) 0.引言 (3) 1.RFID的发展状况 (3) 1.1发展历史 (3) 1.2国内外研究现状 (4) 2.RFID的理论基础 (4) 2.1RFID的工作原理 (4) 2.2RFID系统中的天线的作用 (5) 3.RFID系统中的天线类型 (5) 3.1线圈天线 (5) 3.2缝隙（微带贴片）天线 (7) 3.3偶极子天线 (7) 4. 本文任务要求 (8) 5.偶极子天线仿真设计与分析 (8) 5.1半波偶极子天线 (8) 5.2弯折偶极子天线 (11) 5.3折合偶极子天线 (15) 5.4变形偶极子天线 (17) 6.影响偶极子天线工作性能的因素 (19) 7.总结 (20) 7.1设计中出现的问题及处理 (20) 7.2设计感想 (20) 参考文献 (21) 致谢 (22)

新型超宽带单极子天线的设计概要

文章编号:1001-893X(201108-0121-04 新型超宽带单极子天线的设计徐海洋,张厚,梁建刚,王洪光 (空军工程大学导弹学院,陕西三原713800 摘要:研制了一款超宽带印刷单极子天线,通过在接地板上开方形槽,展宽带宽的同时也改善了带内特性。再在金属贴片顶部开扇形槽,进一步在高频段展宽了频带。实测结果显示,改进后的天线-10dB阻抗带宽为2.1~25.5GHz,而原不加槽天线的仿真带宽为2~11.4GHz,带宽展宽了14GHz。仿真和实测结果显示,天线在2.5GHz、8GHz、25GHz的方向图对称性良好。关键词:超宽带;单极子天线;开槽中图分类号:TN821 文献标识码:A doi:10.3969/j.issn.1001-893x.2011.08.025 Design of a Novel Ultra wideband Monopole Antenna XU Hai yang,Z HANG Hou,LIANG Jian gang,W ANG Hong guang (Missile Institute,Air Force Engineering University,Sanyuan713800,China Abstract:The UWB(Ultra widebandprinted planar antenna in this paper is notched in the ground plane,so that the bandwidth is expanded,and the inner band performance is improved,too.Then through notching in the top of the patch,the bandwidth is further e xpanded at the high frequency section.The measured result shows that the-10dB impedance bandwidth of the improved antenna is2.1~25.5GHz in contrast to2~11.4GHz of the simulated bandwidth of the initial antenna,as a result,the bandwidth enhances14GHz.The simulated and measured results sho w that the radiation patterns are very symmetrical at2.5GHz,8G Hz and25GHz.

半波偶极子实验报告

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

微带单极子

移动通信期末论文题目：基于HFSS的微带单极子“美化”天线姓名：欧阳倩学号：20131060189 序号： 33号专业：通信工程指导老师：申东娅 2016年6月30日

基于HFSS的微带单极子“美化”天线摘要单极子天线或称为直立天线是垂直于地面或导电平面架设的天线，已广泛应用于长、中、短波及超短波波段。半波偶极子天线和单极子天线是迄今为止应用较广泛的天线。这类天线所需成本极低，而且结构和加工都很简易，是目前为止众多学者的研究方向。本文首先介绍了微带单极子天线的基本原理及其结构，然后利用HFSS12.0仿真软件以矩形为基本图形对微带单极子天线进行了仿真与美化。通过观察S参数图，确定了天线大致的谐振点和带宽，研究天线的性能与激励端口尺寸之间的关系，还研究了天线接地面面积与天线性能之间的关系，并找出最佳参数，设计出符合要求，性能完好的超宽带“美化”天线。关键词：天线微带单极子天线HFSS美化天线

第一章引言单极子天线十几年发展迅速，随着其技术的改进，使得单极子天线在实际生活中应用越来越广。目前，为了满足现在通讯设备，科研和天线的朝向几个方面发展，即，体积小，宽带和多波段操作，只能控制模式的需求。单极子天线因其辐射能力强、波长短、高度低、结构简单、易于使用、携带方便、牢固可靠，常被用于制作无线局域网的天线系统。单极子天线不算天线家族的鼻祖，事实上，它产生于水平天线之后。由于水平天线的长波和中波波段，波长较长，天线的架设高度受到限制，受地面的影响，天线的辐射能力弱，而且在此波段主要采取地面传播，造成水平极化波的衰减远大于垂直极化波。为了解决上面的问题人们在长波与中波波段主要适用垂直地面的直立天线，即单极子天线。所谓“美化天线”，也可称为“伪装天线”，即在不增大传播损耗的情况下，通过各种手段对天线的外表进行伪装、修饰来达到美化的目的，既美化了城市的视觉环境，也减少了居民对无线电磁环境的恐惧和抵触，同时也延长了天线的使用寿限，保证通信的质量。第二章 HFSS软件仿真 3.2 仿真部分 3.1 设计要求在所给附录参考图样中，选择一个图样，或类似、或变形的图样，主要在10GHz 以下频段，设计一个微带单极子“美化”天线。微带厚度 1.6mm, 介电常数 4.4。 3.2原始模型这个美化天线的初始方向是一个机器人，其身体构造大体分为4个矩形，将四个大矩形连接合并之后进行了简单的修饰加工，总体效果如下：

半波偶极子天线的HFSS

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73.2?，为了达到良好的阻抗匹配，将负载阻抗也设置为73.2 ?。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。这里，我们先创建一个沿着Z轴放置的圆

文献综述单极子天线设计

成绩：西安建筑科技大学毕业设计 (论文)文献综述院（系）：信息与控制工程学院专业班级：电子0901 毕业设计：论文方向综述题目：基于HFSS的单极子天线设计学生姓名：戴伟策学号： 090640133 指导教师：杨放 2012年 3月18日

基于HFSS的单极子天线设计摘要：单极子天线用来发射和接收固定频率的信号，通常用于短波超短波频段。虽然在平时的测量中都使用宽带天线，但在场地衰减和天线系数的测量中都需要使用偶极子天线和单极子天线。随着近年计算机技术的发展，出现了很多仿真软件，这些工具使工程人员能对设计出来的天线进行仿真。本文介绍了HFSS软件，以及基于HFSS的单极子天线的仿真设计。关键词：单极子天线；HFSS； 1、前言天线（antenna)是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介（通常是自由空间）中传播的电磁波，或者进行相反的变换。最早的发射天线是H.R.赫兹在1887年为了验证J.C.麦克斯韦根据理论推导所作关于存在电磁波的预言而设计的。它是两个约为30厘米长、位于一直线上的金属杆其远离的两端分别与两个约40厘米2的正方形金属板相连接靠近的两端分别连接两个金属球并接到一个感应线圈的两端利用金属球之间的火花放电来产生振荡。当时赫兹用的接收天线是单圈金属方形环状天线根据方环端点之间空隙出现火花来指示收到了信号。G.马可尼是第一个采用大型天线实现远洋通信的所用的发射天线由30根下垂铜线组成顶部用水平横线连在一起横线挂在两个支持塔上。这是人类真正付之实用的第一副天线。自从这副天线产生以后天线的发展大致分为四个历史时期. ①线天线时期:在无线电获得应用的最初时期真空管振荡器尚未发明人们认为波长越长传播中衰减越小。因此为了实现远距离通信所利用的波长都在1000米以上。在这一波段中显然水平天线是不合适的因为大地中的镜像电流和天线电流方向相反天线辐射很小。H.C.波克林顿在1897年建立了线天线的积分方程证明了细线天线上的电流近似正弦分布。由于数学上的困难他并未解出这一方程。后来E.海伦利用δ函数源来激励对称天线得到积分方程的解。同时 A.A.皮斯托尔哥尔斯提出了计算线天线阻抗的感应电动势法和二重性原理。R.W.P.金继海伦之后又对线天线作了大量理论研究和计算工作。将对称天线作为边值问题并用分离变量法来求解的有

单极子天线论文电子版

单极子天线电波传播与天线冉强2012302700050 摘要：单极子天线用来发射和接收固定频率的信号，通常用于短波超短波频段。虽然在平时的测量中都使用宽带天线，但在场地衰减和天线系数的测量中都需要使用偶极子天线和单极子天线。随着近年计算机技术的发展，出现了很多仿真软件，这些工具使工程人员能对设计出来的天线进行仿真。本文介绍了FEKO软件，以及基于FEKO的单极子天线的仿真设计。关键词：单极子天线；FEKO。引言 1.1单极子天线简介天线（antenna)是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介（通常是自由空间）中传播的电磁波，或者进行相反的变换。单极子（Monopole）天线或称为直立天线是垂直于地面或导电平面架设的天线，已广泛应用于长、中、短波及超短波波段。其基本原理结构如图1.1 所示，其由长为h 的直立振子和无限大地板组成。地面的影响可用天线的镜像来代替，这样单极子天线就可等效为自由空间内臂长为 2h的对称振子。当然，这样的等效仅对地面上的半空间

等效，原因是地板以下没有辐射场。图1.1单极子天线及其等效在长波波段，大地接近理想导电体，电磁能量主要以地波形式在地面和电离层低层所限制的空间内传播；在中波波段，距离较近时也是以地波形式传播。夜间，在距天线一定距离的环形区域中，同时存在强度大体上相近的天波和地波，两者互相干扰从而产生严重的衰落现象。为了防止衰落，应设法降低高仰角( 超过55度) 的辐射。虽然短波以天波传播为主，但对于几十公里的近距离通信，仍主要采用地波传播的方式。在地波传播中，水平极化波的衰减远大于垂直极化波。因此，使用垂直天线是有利的。对于接近地面的超短波移动通信，要求沿地面方向产生最大辐射。一般情况下，也要采用产生垂直极化场的单极子天线。在长、中波波段，单极子天线的主要问题是天线的高度往往受到限制。例如工作于波长为1000米的电台，天线架设高度100 米，以波长衡

半波偶极子天线的HFSS

半波偶极子天线的H F S S The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020

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λ，半径为λ/200。天线馈电采用集总端口激励方式，端口距离为，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：

偶极子相控阵天线的仿真与优化

实验报告学生姓名：学号：指导教师：实验地点：实验时间：一、实验室名称：二、实验项目名称：微波工程CAD实验三、实验学时：20 四、实验原理： CST仿真软件是基于有限积分法，将整个计算区域离散化并进行数值计算，模拟各种实际器件得出场分布及其各种参数的特性曲线，最后可根据实际要求对所得结果进行优化，得出最优化下的器件尺寸参数。本次实验利用CST对偶极子相控阵天线及微带到波导转换模型进行了仿真模拟，以此来掌握CST的应用。五、实验目的：了解并掌握CST仿真软件的基本操作，学习利用CST仿真软件进行一些简单的工程设计。六、实验内容：第一题偶极子相控阵天线的仿真与优化：①偶极子天线尺寸如下图，在4~12GHz的频率范围内，请优化单个偶极子天线的工作频率谐振在f0=8GHz，待优化的变量Lambda初值取为29mm，绘出在该工作频率点的方向图；②将该单个天线在x和y方向分别以Lambda/4作为空间间隙、以90度作为相位间隙，扩展成一个2*2的相控阵天线阵，请使用三种方法计算该天线阵的方向图；③对结果进行比较、分析和讨论。第二题微带到波导转换的仿真与优化：在26~30GHz频率范围内优化下图微带到波导的转换，使全频带反射最小，并绘出中心频点28GHz的电场、磁场与表面电流的分布；微带是Duroid5880基片，介电常数2.2，基片厚0.254mm，金属层厚0.017mm，介质上的空气尺寸3*1*8mm，标准50欧姆微带线宽0.77mm；波导是Ka波段的BJ320波导，尺寸7.112*3.556*10mm；L是微带基片底面到波导短路面距离，W0*L0是伸入波导中的微带探针的宽与长，W1*L1是第一段变阻线的宽与长，W2*L2是第二段变阻线的宽与长，7个待优化变量可取下图给的初值。

半波偶极子天线设计

天津职业技术师范大学Tianjin University of Technology and Education 毕业设计专业：班级学号：学生姓名：指导教师：二○一三年六月

天津职业技术师范大学本科生毕业设计半波偶极子天线设计 The Design of the Half Wave Dipole Antenna 专业班级：学生姓名：指导教师：系别： 2013年6月

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

半波偶极子天线地HFSS仿真设计

实用标准文案半波偶极子天线的ＨＦＳＳ仿真设计一、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；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软件仿真设计以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基本参数：频率、方向图、增益等。 4.二、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：精彩文档．实用标准文案

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：精彩文档．实用标准文案 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：

半波偶极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，。将负载阻抗也设置为73.2 ?为了达到良好的阻抗匹配，子天线的输入阻抗为73.2?，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。）、设置辐射边界条件3本次设计中采必须先设置辐射边界条件。要在仿真软件中计算分析天线的辐射场，轴放置的圆Z这里，1/4用辐射边界和天线的距离为个工作波长。我们先创建一个沿着精彩文档．实用标准文案柱体模型，其材质为空气，底面圆心坐标为（0,0，-rad_height）,半径为rad_radius，高度为2*rad_height。具体参数如下：

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