HFSS双频微带天线设计
HFSS设计微带天线的心得
hfss在仿微带贴片天线的心得（1）
（1）仿真结果稍有偏差的问题
用hfss仿双频微带天线的时候，
在setup里面设置求解频率，
比如设计的天线是1.5G和2.5G，
那么据仿真的结果和加工出来的天线实测结果来看，
如果把求解频率设置为2.5G，那么通常低频的1.5G算不准（实际上是偏高）
把求解频率设置为1.5G，那么高频又算不准；
这与网上盛传的求解频率不超过3个倍频有点出入；
建议大家在精仿的时候对于多个频率的天线，
最好还是一个一个的仿，不要设置好一个频率就不再变动了。
对于粗仿倒是无所谓。
hfss在仿微带贴片天线的心得（2）
（2）设置多端口实现圆极化问题
hfss10中设置多个端口，以两个端口为例，展开HFSSDesign1，在其子目录下找到field overlays，右键f ield overlays，选择edit sources，出现一个选择表如图1，
图1
这样就可以实现两个端口相差90度馈电了，依次类推，要实现4端口90相差馈电可参照图2，图2
也可以设置各个端口任意相差馈电；
这在仿双端口馈电圆极化天线和四端口馈电圆极化很有用。
微波仿真论坛_HFSS设计微带天线
微波仿真论坛_HFSS设计微带天线
一、前言
微带天线，即微带感应力天线，是一种先进的电磁发射天线，它采用微细空心管及其他微带元件，广泛应用于宽带、多址无线通信、脉冲定位系统、脉冲探测系统等许多应用中。
以HFSS为工具，设计微带感应力天线，能够更加直观地分析微带天线的性能，从而帮助我们了解微带天线的传输特性，并根据实际应用需求实现天线高效性能设计。
二、微波仿真HFSS的设计步骤：
1、首先，选择好所采用的HFSS软件，确定需要分析的微带感应力天线的构型，并建立计算模型。
2、根据相关理论，计算出微带天线的基本参数，如振子长度、空心管半径和微带宽度等，以及天线的振荡频率、相位阶跃和频带宽等。
3、设置相应的仿真网格，根据天线实际的构形，划分仿真区域，确定网格大小和步长，以达到较高的空间分辨率，从而获得更准确的仿真结果。
4、设置仿真参考电路，根据计算出的微带天线振子长度、空心管半径和微带宽度等，及其传输特性，利用HFSS软件设置好参考模型，以及仿真频率。
5、开启仿真计算，间接计算和直接计算，从而获得微带感应力天线的S参数，用于评估微带天线的性能。
应用HFSS设计一种双频段GPS微带天线
应用 HFSS 设计一种双频段 GPS 微带天线彭祥飞，钟顺时（上海大学通信与信息工程学院，上海 200072）摘要：本文应用Ansoft 公司的HFSS 软件仿真设计一种双频段GPS 微带天线。
此天线由不同介电常数的 微波陶瓷基片组成,双层正方形切角的微带贴片通过单个探针馈电。
文中给出了天线的详细设计及实验结 果，仿真结果和实验结果很好的吻合,结果说明HFSS 软件的高效性和准确性。
关键词： Ansoft HFSS ； 微带天线；全球定位系统；双频段；圆极化；1前言Ansoft 公司 HFSS 仿真器提供了一种采用有限元法对三维高频结构电磁特性进行仿真计算的工具。
该软件具有很高的 计算精度,已经成为天线与微波电路设计方面的有力工具。
本文采用 Ansoft 公司的 HFSS 模块设计出一种双频段 GPS 微带 天线。
近年来微带天线由于它的尺寸小、成本低、易实现圆极化等优点在全球定位系统（GPS ）应用中独占鳌头。
大部分的 GPS 仅工作在L 1 频率，常用的GPS 微带天线加工在高 ∑ r 的厚陶瓷基片上 [1]，这样的天线低仰角性能好和带宽足够宽，具有 良好的广角圆极化。
但为了满足GPS 的一些特殊应用，如高精度的一体化检测或差分基准系统 [ 2 ]，GPS 天线必须在L 1/L 2 两 个频率(L 1：1575 MHz, L 2:1227 MHz )上实现圆极化。
如果用单馈电点实现双频圆极化，可以用两种微带天线结构：一种使 用单块贴片 [3, 4] , 其两圆极化工作频率比大约是 1.5 倍或更大些；另一种使用双层贴片 [5 7 ]，两圆极化频率比小于 1.5 倍。
本 设计中，L 1 和L 2 的频率比为 1.28 倍，小于 1.5 倍，所以用双层贴片设计能满足GPS 天线L 1/L 2 两个频率的要求。
但是绝大 多数文献[5~7]报道的双层贴片天线都加工在同一介电常数的两块基片上,基片中间引入空气层（可采用泡沫材料来支撑上 层），这样既增大了尺寸，又不便于加工。
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
刘振;石雄
【期刊名称】《武汉工业学院学报》
【年(卷),期】2013(032)003
【摘要】在一种常用的2.45 GHz同轴馈电微带天线的基础上,利用HFSS三维电磁仿真软件对天线尺寸进行优化改进,选择合适的50 Ω同轴电缆的馈电位置使天线工作在1.9 GHz和2.45 GHz频段.HFSS仿真结果表明,天线工作在1.9 GHz和2.45 GHz时回波损耗达到最小值,且输入阻抗为50 Ω左右.最后在仿真基础上制作出天线实物并对回波损耗进行测试,结果表明该双频天线的设计是可行的.
【总页数】5页(P36-39,57)
【作者】刘振;石雄
【作者单位】武汉轻工大学电气与电子工程学院,湖北武汉430023;武汉轻工大学电气与电子工程学院,湖北武汉430023
【正文语种】中文
【中图分类】TN828.6
【相关文献】
1.基于HFSS的宽频带微带天线的设计和仿真 [J], 惠鹏飞;周喜权;冯浩茹;龙翔宇;
2.基于HFSS的小型圆极化GPS微带天线设计与仿真 [J], 赵一飞;杨阳;杨洪亮;赵益民
3.基于HFSS的无线传感器网络节点微带天线设计与仿真 [J], 吴超;吴明赞;李竹
4.基于HFSS的圆极化微带天线的设计和仿真 [J], 李登丰
5.基于HFSS矩形微带天线仿真与设计 [J], 王琨;王茂丞;李宗泽;林昊晨
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微波仿真论坛_基于HFSS的双层宽带微带贴片天线的研究
and propagat, 1989,48(5):73-76. [6]Ikmo Park. An aperture-couple small microstrip antenna with enhanced bangwidth[J]. Antennas and Propagation Society Interna
关键词：宽频带 微带贴片天线 阻抗带宽 HFSS
中图分类号: TN821
文献标识码: A
文章编号:1674-0874(200８)05-0059-03
微带天线又叫共型天线, 是在带有导体接地板 的介质基片上贴加导体薄片而形成的天线. 它具有 剖面薄、体积小、重量轻、便于获得圆极化、容易 实现双频段、双极化, 平面结构, 与微波毫米波无 源电路、有源电路以及集成电路的兼容性好等优 点. 但微带天线有其固有缺陷, 即宽带比较窄, 一般 微带天线的带宽只有 5%左右[1.5]. 因此, 展宽微带天 线的带宽具有十分重要的意义. 目前, 随着微带天 线的应用越来越广, 对于如何展宽天线的带宽已经 出现了很多有效的方法, 其基本方法有以下几种: ①增大微带介质的厚度[1]; ②降低微带介质的介电 常数[1,4]; ③采用有耗介质[6]; ④附加阻抗匹配网络[7] 等. 前两种方法制作起来比较简单, 容易加工; 第三 种方法以天线增益的降低为代价; 第四种方法需要 设计宽带匹配电路, 电路结构复杂, 制作难度大.
微波仿真论坛_HFSS设计微带天线
用Sonnet & Agilent HFSS设计微带天线摘要：以一同轴线底馈微带贴片为题材，分别用Sonnet 软件及 Agilent Hfss 软件进行Simulate，分析其特性。
并根据结果对这两个软件作一比较。
天线模型：天线为微带贴片天线，馈电方式为50Ω同轴线底馈，中心频率3GHzξ=，尺寸 56mm*52mm*3.175mm基片采用Duroid材料 2.33rPatch ：30mm*30mm馈电点距Patch中心7mm处。
参见下图。
一.Sonnet参数设置如下图：介质层按照天线指标予以设置：画出Antenna Layout.Top viewBottom view其中箭头所指处为via ，并在GND 层加上via port. 即实现了对Patch 的底馈。
至此，Circuit Edit 完成。
下一步对其进行模拟。
模拟结果：S11，即反射系数图：可见中心频率在3G附近，。
进一步分析电流分布：在中心频率的附近，取3G，3.1G作表面电流分布图：可见，在中心频率的电流分布较为对称。
符合设计的要求。
远区场方向图：选取了若干个频率点绘制远区场增益图。
从中可以看到，中心频率的增益较边缘为大。
符合设计的要求。
二.Agilent HfssAgilent Hfss (high frequency structure simulator)是AGILENT公司的一个专门模拟高频无源器件的软件。
较现在广泛应用的ANSOFT HFSS功能类似，但操作简单明了。
能在平面结构上建模天线不同，Agilent Hfss可以精确地定义天线的立体结构。
并可将馈电部分考虑在模拟因素内，按要求设定辐射界面，等等。
可能在本文的例子中，由于结构比较简单，并不能充分体现这一点，但也应可见一斑。
本例与HFSS HELP中所附带的例子较为类似，因此我参照HELP文件，在HFSS5.6环境下较为顺利的完成了模拟。
用HFSS模拟天线，主要分Draw Model、Assign Material、Define Boundary、Solve、Post Process 五个步骤：⒈Draw Model：HFSS采用的是相当流行的AUTOCAD的ENGINE，因此绘制方法与AUTOCAD大同小异，这里不在赘述。
基于HFSS的微带天线设计科研报告
基于HFSS的微带天线设计科研报告1.科研背景天线作为无线收发系统的一部分，其性能对一个系统的整体性能有着重要影响。
近年来置天线在移动终端数日益庞大的同时功能也日益强大,对天线的网络看盖及小型化也有了更高的要求。
由于不同的通信网络间的频段差异较大，所以怎样使天线能够涵盖多波段并且同时拥有足够小的尺寸是设计置天线的主要问题。
微带天线具有体积小，重重轻，剖面薄，易于加工等诸多优点，得到广泛的研究与应用。
在无线通信技术中，对天线的带宽有了更高的要求;而电路集成度提高，系统对天线的体积有了更高的要求。
微带天线是由导体薄片粘贴在背面有导体接地板的介质基片上形成的天线，随着科技的进步、空间技术的发展和低剖面天线的需求，使微带天线进一步发展。
和普通的天线相比，微带天线有这些优点:体积小，重里轻，低剖面，能与载体共形;易于实现线极化和圆极化，容易实现双频段、双极化等多功能工作。
2.研究理论依据天线是-个用于发送和接收电磁波的重要的无线电设备，没有天线就没有无线电通信。
不同种类的天线适用于不同用途，不同场合，不同频率，不同要求等不同情况;天线种类繁多，可按照-定特征进行分类:根据用途分类，可分为通信天线，雷达天线等;根据工作频段分类，可分为短波天线，超短波天线，微波天线等。
2.1天线的基本概念天线无处不在o所有的无线电设备都需要使用无线电波来开展的工作，天线在作发射时，它将电路中的高频电流转换为极化的电磁波，发射向规定的方向;作接收时，则将来自特定方向的极化的电磁波转换为电路中的高频电流。
所以天线的功能主要功能有:(1)能量转换对于发射天线，天线应将电路中的高频电流能里或传输线上的导行波能里尽可能多地转换为空间的电磁波能里辐射出去。
对于接收天线，传输到接收机上的由天线接收的电磁能里应尽可能转换为电路中的高频电流能里;天线和发射机或接收机应该尽可能良好的匹配。
(2)定向辐射或接收发射及接受天线的辐射电磁能里应集中在指定的方向，尽可能的不接收来自其它方向的电磁波，不要将能里损失在别的方向上，否则接收所需信号的同时，还有可能接收到不同方向的其它信号，造成不必要的干扰。
微带天线的hfss仿真设计实验内容
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一种适用于WiFi的双频微带天线设计
0 引言
微带天线的概念早在1953年就已经提出了。和
其他天线一样，微带天线进行工程设计时，需要对
天线的性能参数预先估算，这大大提高了天线研制 的质量和效率，降低了研制的成本[1]。
随着移动通信技术的发展，WiFi在生产生活中
扮演着越来越重要的作用，利用单一天线实现多频
段的覆盖，可以建设天线数量，节约成本。本文设 计了一款圆形缝隙天线[2]，覆盖了2.4GHz和5.8GHz 以满足现行WiFi需求。 1 天线结构
中图分类号：TN405，TN470.5 文章编号：1674-2583(2021)05-0016-02 DOI：10.19339/j.issn.1674-2583.2021.05.006 中文引用格式：梁夷闽.一种适用于WiFi的双频微带天线设计[J].集成电路应用,2021, 38(05): 16-17.
16 集成电路应用 第 38 卷 第 5 期（总第 332 期）2021 年 5 月
Research and Design 研究与设计
表1 优化后的参数
（a）扫描圆形槽半径
（b）扫描正面单极子宽度
（c）扫描正面单极子长度 图2 双频天线参数优化图 设计要求。 3 结语 通过HFSS设计并仿真了此双频天线，在指定介
表1中，L为基板的长度，W为基板宽度，cu为 单极子宽度、t1为单极子长度、t2为圆形槽半径、t3 为L形条距离X轴的位置。
通过对优化后的参数进行仿真，得到的S11 参数曲线如图3所示，图中谐振频率为2.4GHz和
天线的尺寸对于谐振频率和S11参数都有很大的 5.8GHz，且对应的S11为-15.65dB和-14.77dB，达到 作者简介：梁夷闽，华东师范大学，研究方向：电子技术。 收稿日期：2021-03-27，修回日期：2021-04-12。
2_4GHz_12GHz微带天线的设计_基于HFSS9_2软件微带天线的设计
第16卷 增刊3 广西工学院学报 V ol.16 Sup3 2005年10月 JO U RN A L OF GU AN G XI U N IV ERSIT Y OF T ECHNO L OG Y Oct.2005文章编号:1004-6410(2005)S3-0077-032.4GHz/12GHz微带天线的设计——基于HFSS9.2软件微带天线的设计电子信息工程 013班 20000202 任 伟指导教师:曾文波摘 要:本文研究的是微带天线的设计。
A N SOF T HFSS9.2的使用是本设计研究的重点,它适用于射频/无线通信天线及其他任意形状三维电磁场仿真。
A N SOF T HFSS9.2是业界公认的三维电磁场标准仿真软件包,它提供了简洁直观的用户设计界面、精确自适应的场求解器,拥有空前电性能分析能力的功能强大后处理器,能计算任意形状三维无源结构的S参数和全波电磁场。
本设计通过对A N SOF T HFSS9.2的学习,设计出了几款2.4G Hz/12GHz中心频率上的微带天线。
仿真结果表明,这几款设计出来的微带天线有较好的辐射特性和阻抗特性,能适用于无线局域网、G PS、RFI D等无线通信场合。
关 键 词:微带天线;HFSS9.2;仿真Abstract:This paper studies the design of micro strip antennas.The emphasis of study is how to use the softwar e of ANSOFT HFSS9.2and3D electromag netic sim ulator w hich is used in RF/ w ireless com munication antennas,packag es and photoelectron designs.ANSOFT HFSS9.2is a w ell-know n standard3D electro magnetic simulato r.It prov ides a simple designing inter face and an accurate sell-adapted field so lver,w hich also has a po werful backup pro cessor for unique electricity analysis.It can compute the S-parameters and full-w av e electromag netic of various structures.Sev eral microstrip antennas are designed at the center frequency about2.4GHz or12GHz by lear ning ANSOFT HFSS9.2.T he sim ulation result indicates that the micr ostrip antennas desig ns hav e g ood r adiation characteristics and im pedance characteristics,w hich can be used in w ir eless LAN,GPS and RFID sy stem.Key words:microstr ip antenna;HFSS9.2;simulate一、HFSS9.2功能及使用简介HFSS——High Frequency Structure Simulato r。
基于HFSS的双频微带天线仿真及设计
摘
要： 在 一种 常 用的 ２ ． ４ ５ Ｇ Ｈ ｚ同轴馈 电微 带 天线 的基 础 上 ， 利用 Ｈ Ｆ Ｓ Ｓ三 维 电磁 仿 真 软件
对 天线 尺寸进 行优 化 改进 ， 选择 合 适 的 ５ Ｏ Ｑ 同轴 电缆 的馈 电位 置使 天 线 工作 在 １ ． ９ Ｇ Ｈ ｚ和
２ ． ４ ５ Ｇ Ｈ ｚ 频段 。Ｈ Ｆ Ｓ Ｓ仿 真结 果表 明 ， 天线 工作在 １ ． ９ Ｇ Ｈｚ 和２ ． ４ ５ Ｇ Ｈ ｚ时回波损 耗 达到 最 小
９ ＧＨｚ ｎ ｄ２． ａ ４ ５ ＧＨｚ ．Ｆ ｉ ｎ ｌｌ ａ ｙ ａ ｐ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｎｔ ａ ｅ ｎ ｎ ａ ｉ ｓ ｆ ｂｒ ａ ｉ ｃ ａ ｔ ｅ ｄ， ｎｄ ａ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｔ ｕ ｎ ｒ ｌ ｏ ｓ ｓ ｏ ｆ ｎｔ ａ ｅ ｎ ｎ ａ ｉ ｓ ｔ ｅ ｓ ｔ ｅ ｄ ．Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｓ ｔ
随着无 线通信 技术 的快 速发 展 ， 无 线 通 信 已
天线 的多 频段 通 信 技 术 成 为 现代 无 线 通 信 领 域 迫
切需 要 研 究 的 问题 。
ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｉ ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｄ ｕ ｌ— ａ ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｔ ｒ ｉ ｐ ａ ｎ ｔ ｅ ｎ ｎ ａ ｉ ｓ ｆ ｅ ａ ｓ ｉ ｂ ｌ ｅ ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ： ＨＦ Ｓ Ｓ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ；ｒ ｅ ｔ ｕ ｒ ｎ ｌ ｏ ｓ ｓ ；ｄ ｕ ｌ— ａ ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｔ ｒ ｉ ｐ ｎｔ ａ ｅ ｎ ｎ ａ
Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｄ ｕ ａ ｌ － ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｔ ｒ ｉ ｐ
一种双层圆极化微带天线
一种双层圆极化微带天线仿真与设计F.1.1 1设计指标：工作频段：L1：1.575GHz±6MHz L2：1.227GHz±6MHz输入阻抗：50Ω驻波比：≤2极化方式：右旋圆极化轴比：≤3dB一. 开始：一）开启Ansoft HFSS 131. 进入Ansoft HFSS 13，点击Microsoft中的开始菜单，选择程序，然后选择Ansoft HFSS 13程序组。
点击HFSS 13。
二）设置工具选项注意: 在这个例子中，根据以下的步骤大纲来核实其中工具选项的设置：1. 选择菜单Tools > Options > HFSS Options2.HFSS Options窗口:1）选择点击Generala.确认该项“Use Wizards for data entry when creating new boundaries”前打勾；b.确认该项“Duplicate boundaries with geometry”前打勾；2）点击OK按钮。
3. 选择菜单Tools > Options > 3D Modeler Options.4. 在3D Modeler Options窗口中:1）选择点击Operationa.确认该项“Automatically cover closed polylines”前打勾；2）选择点击Drawingb.确认该项“Edit property of new primitives”前打勾；3）点击OK按钮。
三）建立一个新的项目1. 在Ansoft HFSS窗口中，在工具条中点击，或者在菜单条中选择File>New2. 从Project中，选择Insert HFSS DesignF.1.1 2四）设置求解类型1. 选择菜单HFSS>Solution Type2. 在Solution Type的窗口中，选择Driven Modal3. 点击OK按钮F.1.1 3二. 建立3D模型一）设置模型单位1. 选择3D Modeler>units2.设置模型单位，选择单位：mm3.点击OK按钮F.1.1 4二）建模1.添加变量右击HFSSDesignl，选择Design Properties，按表格数据依次添加表1数据。
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
应用HFSS设计一种双频段GPS微带天线
应用 HFSS 设计一种双频段 GPS 微带天线彭祥飞，钟顺时（上海大学通信与信息工程学院，上海 200072）摘要：本文应用Ansoft 公司的HFSS 软件仿真设计一种双频段GPS 微带天线。
此天线由不同介电常数的 微波陶瓷基片组成,双层正方形切角的微带贴片通过单个探针馈电。
文中给出了天线的详细设计及实验结 果，仿真结果和实验结果很好的吻合,结果说明HFSS 软件的高效性和准确性。
关键词： Ansoft HFSS ； 微带天线；全球定位系统；双频段；圆极化；1前言Ansoft 公司 HFSS 仿真器提供了一种采用有限元法对三维高频结构电磁特性进行仿真计算的工具。
该软件具有很高的 计算精度,已经成为天线与微波电路设计方面的有力工具。
本文采用 Ansoft 公司的 HFSS 模块设计出一种双频段 GPS 微带 天线。
近年来微带天线由于它的尺寸小、成本低、易实现圆极化等优点在全球定位系统（GPS ）应用中独占鳌头。
大部分的 GPS 仅工作在L 1 频率，常用的GPS 微带天线加工在高 ∑ r 的厚陶瓷基片上 [1]，这样的天线低仰角性能好和带宽足够宽，具有 良好的广角圆极化。
但为了满足GPS 的一些特殊应用，如高精度的一体化检测或差分基准系统 [ 2 ]，GPS 天线必须在L 1/L 2 两 个频率(L 1：1575 MHz, L 2:1227 MHz )上实现圆极化。
如果用单馈电点实现双频圆极化，可以用两种微带天线结构：一种使 用单块贴片 [3, 4] , 其两圆极化工作频率比大约是 1.5 倍或更大些；另一种使用双层贴片 [5 7 ]，两圆极化频率比小于 1.5 倍。
本 设计中，L 1 和L 2 的频率比为 1.28 倍，小于 1.5 倍，所以用双层贴片设计能满足GPS 天线L 1/L 2 两个频率的要求。
但是绝大 多数文献[5~7]报道的双层贴片天线都加工在同一介电常数的两块基片上,基片中间引入空气层（可采用泡沫材料来支撑上 层），这样既增大了尺寸，又不便于加工。
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的天线设计
图1：微带天线的结构一、 实验目的●利用电磁软件Ansoft HFSS 设计一款微带天线。
◆微带天线要求：工作频率为2.5GHz ，带宽 (回波损耗S11<-10dB)大于5%。
●在仿真实验的帮助下对各种微波元件有个具体形象的了解。
二、 实验原理1、微带天线简介微带天线的概念首先是由Deschamps 于1953年提出来的，经过20年左右的发展，Munson 和Howell 于20世纪70年代初期制造出了实际的微带天线。
微带天线由于具有质量轻、体积小、易于制造等优点，现今已经广泛应用于个人无线通信中。
图1是一个简单的微带贴片天线的结构，由辐射源、介质层和参考地三部分组成。
与天线性能相关的参数包括辐射源的长度L 、辐射源的宽度W 、介质层的厚度h 、介质的相对介电常数r ε和损耗正切δtan 、介质层的长度LG 和宽度WG 。
图1所示的微带贴片天线是采用微带天线来馈电的，本次将要设计的矩形微带贴片天线采用的是同轴线馈电，也就是将同轴线街头的内心线穿过参考地和介质层与辐射源相连接。
对于矩形贴片微带天线，理论分析时可以采用传输线模型来分析其性能，矩形贴片微带天线的工作主模式是TM10模，意味着电场在长度L 方向上有2/g λ的改变，而在宽度W 方向上保持不变，如图2（a ）所示，在长度L 方向上可以看做成有两个终端开路的缝隙辐射出电磁能量，在宽度W 方向的边缘处由于终端开路，所以电压值最大电流值最小。
从图2（b ）可以看出，微带线边缘的电场可以分解成垂直于参考地的分量和平行于参考地的分量两部分，两个边缘的垂直电场分量大小相等、方向相反，平行电场分量大小相等，方向相反；因此，远区辐射电场垂直分量相互抵消，辐射电场平行于天线表面。
（a ）俯视图 （b ）侧视图图2 矩形微带贴片天线的俯视图和侧视图2、天线几何结构参数推导计算公式假设矩形贴片的有效长度设为e L ，则有2/g e L λ= 式中，g λ表示波导波长，有 e g ελλ/0= 式中，0λ表示自由空间波长，e ε表示有效介电常数，且21)121(2121-+-++=W h r r e εεε 式中，r ε表示介质的相对介电常数，h 表示介质层厚度，W 表示微带贴片的宽度。
HFSS双频微带天线设计
一设计容简介双频工作是微带天线设计的重要课题之一，相关的设计包括使用多层金属片，具槽孔负载之矩形金属片，具矩形缺口的正方形金属片，具短金负载的金属片，倾斜槽孔耦合馈入的矩形金属片等。
其中，获得双频工作的一种最简单的方法是辐射贴片的长度对应一个频率谐振，其宽度对应另一个频率谐振，然后从对角线的一角馈电，就能使同一个辐射贴片工作于两个频率上。
其结构如图1所示。
图1故在这个设计中，L1是表示馈电点长度方向的x坐标的变量，其值为7mm,表示的中心频率为2.45GHZ，输入阻抗为50欧姆。
L2是表示馈电点的y坐标的变量，其值为10mm,表示的中心频率为1.7GHZ。
输入阻抗为50欧姆。
设计模型的中心在坐标原点上，辐射贴片的长度方向是沿着x轴方向，宽度方向是沿着y方向的。
介质基片的大小是辐射贴片的两倍，参考地面辐射贴片使用理想薄导体。
因为使用50欧姆的同轴线馈电，这里使用半径为0.6mm的材质为pec的圆柱体模型。
而与圆柱体相接的参考地面需挖出一个半径为1.5mm的圆孔，将其作为信号输入输出端口，该端口的激励方式设置为集总端口激励，端口归一化阻抗为50欧姆。
HFSS仿真设计过程1.新建工程文件（1）运行HFSS并新建工程：双击快捷图标，启动HFSS软件。
新建一个工程文件，工程名为Dual_Patch.hfss文件。
（2）设置求解类型：选择hfss→Solution Type,选中Driven Modal,然后点击OK。
（3）设置模型长度：选择Modeler→Units选项设置为mm。
点击OK。
2.添加和定义设计变量在HFSS →Design Propertied 命令，打开设计属性对话框，然后单击对话框。
在Name文本框中输入第一个变量名称H，在value文本框中输入该变量的初始值为1.6mm。
使用相同的方法，分别定义变量L0,W0,L1,length，L2。
其初始值分别为28mm，37.26mm,7mm，30mm，10mm点击确定。
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随着无线通信技术的快速开展，无线通信已经广泛应用到雷达"移动通信"卫星定位"无线局域网络"卫星电视等诸多领域!而天线那么是无线通信系统号发射和接收的关键局部，它直接影响着无线通信的性。
随着移动通信中跳频"扩频等通信技术的开展，同时为了满足与多个终端的通信要求，实现多系统共用和收发共用等功能，这就要求天线在不同频段下工作。
因此天线的多频段通信技术成为现代无线通信领域迫切需要研究的问题。
微带天线有多种馈电方式，其中同轴线馈电是一种最常用的馈电方式!同轴线馈电是将同轴插座安装在接地板上，本文在一种常用的2.45GHz同轴馈电微带天线的根底上，利用HFSS三维电磁仿真软件合理设计同轴馈电的位置及改变辐射贴片的尺寸，使天线获得一个新的谐振频率，大小为1.9GHz，且输入阻抗为50Ω左右，并且对仿真结果进展了详细的分析。
最后根据仿真结果制作天线实物，在实际的电磁环境下对天线的驻波比进展测试，得到较好的效果。
1 2. 45 GHz同轴馈电微带天线参数一种常用的2. 45 GHz同轴馈电微带天线的原理图如图1和图2所示图1 中L0为辐射贴片X 轴长度，L0 = 27．9 mm; W0为辐射贴片Y 轴长度宽度，W0 = 40 mm; L1为同轴馈电点离辐射贴片中心距离，L1 = 6.6 mm。
图2 中介质基片厚度H = 1．6 mm; 介质基片介电常数ε = 4.4。
2双频微带天线设计在2．45 GHz 微带天线中的辐射贴片在X 轴方向的长度为27．9 mm，同轴线馈电点( A 点) 离辐射贴片中心距离为6．6 mm。
只需在此根底上分析给出微带天线的辐射贴片在Y 轴方向的长度和同轴线馈电点( B 点) 的位置，能够使天线能够工作于9 GHz，然后过A 点和B 点的垂直相交点( C 点) 即为需要找到的双频馈电点。
X 轴上的A 点为激发2．45 GHz 工作频率的馈电点，其输入阻抗为50 Ω左右，由于A 点位于辐射贴片Y 轴方向的中心线上，因此不会激发Y 轴上的工作频率。
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一设计内容简介双频工作是微带天线设计的重要课题之一，相关的设计包括使用多层金属片，具槽孔负载之矩形金属片，具矩形缺口的正方形金属片，具短金负载的金属片，倾斜槽孔耦合馈入的矩形金属片等。
其中，获得双频工作的一种最简单的方法是辐射贴片的长度对应一个频率谐振，其宽度对应另一个频率谐振，然后从对角线的一角馈电，就能使同一个辐射贴片工作于两个频率上。
其结构如图1所示。
图1故在这个设计中，L1是表示馈电点长度方向的x坐标的变量，其值为7mm,表示的中心频率为2.45GHZ，输入阻抗为50欧姆。
L2是表示馈电点的y坐标的变量，其值为10mm,表示的中心频率为1.7GHZ。
输入阻抗为50欧姆。
设计模型的中心在坐标原点上，辐射贴片的长度方向是沿着x轴方向，宽度方向是沿着y方向的。
介质基片的大小是辐射贴片的两倍，参考地面辐射贴片使用理想薄导体。
因为使用50欧姆的同轴线馈电，这里使用半径为0.6mm的材质为pec的圆柱体模型。
而与圆柱体相接的参考地面需挖出一个半径为1.5mm的圆孔，将其作为信号输入输出端口，该端口的激励方式设置为集总端口激励，端口归一化阻抗为50欧姆。
HFSS仿真设计过程1.新建工程文件（1）运行HFSS并新建工程：双击快捷图标，启动HFSS软件。
新建一个工程文件，工程名为Dual_Patch.hfss文件。
（2）设置求解类型：选择hfss→Solution Type,选中Driven Modal,然后点击OK。
（3）设置模型长度：选择Modeler→Units选项设置为mm。
点击OK。
2.添加和定义设计变量在HFSS →Design Propertied 命令，打开设计属性对话框，然后单击对话框。
在Name文本框中输入第一个变量名称H，在value文本框中输入该变量的初始值为1.6mm。
使用相同的方法，分别定义变量L0,W0,L1,length，L2。
其初始值分别为28mm，37.26mm,7mm，30mm，10mm点击确定。
设计属性对话框如图所示。
3.设计建模（1）创建介质基片：在主菜单中选择Draw→Box命令，进入创建长方体的状态，然后三维模型窗口创建任意一个长方体。
打开新建长方体属性对话框，把长方体的名称修改为Substrate,设置材质为FR4_epoxy,设置透明度为0.6.再双击历史树Substrate下的CreateBox选项，打开Command选项卡，在position文本框中输入顶点位置坐标为（-L0，-W0，0），在Xsize,Ysize和Zsize文本框中分别输入长方体的长宽高为2*L0，2*W0，H。
如图3-1所示。
这时就创建好了名称为Substrate 的介质基片模型。
然后按Ctrl＋D 全屏显示物体模型。
图3-1介质基片模型（2）创建辐射贴片：在主菜单中选择Draw →rectangle命令，进入创建矩形面的状态，然后任意创建一个矩形面。
双击Solids节点下的rectangle1选项，打开新建矩形面属性对话框的Attribute选项卡，把矩形面的名称修改为Patch,设置透明度为0.4.再双击历史树Substrate下的Createrectangle选项，打开Command 选项卡，在position文本框中输入顶点位置坐标为（-L0/2，-W0/2，H），在Xsize,Ysize文本框中分别输入矩形面的长宽为L0，W0。
如图3-2所示。
这时就创建好了名称为patch辐射贴片模型。
然后按Ctrl D 全屏显示物体。
图3-2 辐射贴片模型(3)创建参考地：在主菜单中选择Draw rectangle命令，进入创建矩形面的状态，然后任意创建一个矩形面。
双击Solids节点下的rectangle1选项，打开新建矩形面属性对话框的Attribute选项卡，把矩形面的名称修改为GND,设置透明度为0.4.再双击历史树Substrate下的Createrectangle选项，打开Command选项卡，在position文本框中输入顶点位置坐标为（-L0，-W0，0），在Xsize,Ysize文本框中分别输入矩形面的长宽为2*L0，2*W0。
如图3-3所示。
这时就创建好了名称为GND的参考地模型。
然后按Ctrl D 全屏显示物体模型。
图3-3 参考地模型（4）创建同轴馈线的内芯：在主菜单中选择Draw Cylinder命令，进入创建圆柱体的状态，然后任意创建一个圆柱体。
双击Solids节点下的rectangle1选项，打开新建矩形面属性对话框的Attribute选项卡，把圆柱体的名称修改为Feed,设置其材质为pec.再双击历史树Substrate下的CreateCylinder选项，打开Command 选项卡，在position文本框中输入顶点位置坐标为（L1，L2，0），在Radius文本框中分别输入圆柱体的半径为0.6。
在Height文本框中分别输入圆柱体的长度为H。
如图3-4所示。
这时就创建好了名称为Feed的圆柱体同轴馈线内芯模型。
然后按Ctrl D 全屏显示物体模型。
图3-4 同轴馈线内芯模型（5）创建信号传输端口面：同轴线馈电需要穿过参考地面来传输信号能量。
因此，需要在参考地面GND上开一个圆孔允许能量传输。
首先在参考地面上创建一个半径为1.5mm，圆心坐标为（L1，0，0）的圆面，并将其命名为Port。
然后在执行相减操作，使用参考地面减去圆面，从而在参考地面上开出一个圆孔。
在主菜单中选择Draw Circle命令，进入创建圆面的状态，然后任意创建一个圆面。
双击Solids节点下的Circle选项，打开新建圆面属性对话框的Attribute 选项卡，把矩形面的名称修改为Port。
再双击历史树Port下的CreateCircle选项，打开Command选项卡，在position文本框中输入顶点位置坐标为（L1，L2，0），在Radius文本框中分别输入圆面的半径为1.5。
如图3-5所示。
这时就创建好了名称为Port的信号传输端口面模型。
然后按Ctrl D 全屏显示物体模型。
图3-5 信号传输端口面模型使用相减操作在参考地面挖一个圆孔。
按住Ctrl键的同时单机GND和Port 选项，选中这两个平面。
然后在主菜单中选择Modeler→Boolean→Substrate 命令，打开如图3-6所示的对话框。
同时为保留圆面port，需要选中对话框中的Clone tool objects before operation复选框。
最后点击OK。
图 3-6至此，就创建好了同轴线馈电的矩形微带天线的设计模型，如图3-7所示。
图3-74设置边界条件（1）把辐射贴片Patch和参考地设置为理想导体边界。
选中patch和gnd然后单击右键，在弹出的快捷菜单中选择assign→boundary→perfect E命令，打开理想导体边界条件设置对话框，保留默认设置不变，点击确定。
（2）设置辐射边界条件：在主菜单中选择Draw Box命令，进入创建长方体的状态，然后任意创建一个长方体。
双击Solids节点下的Box1选项，打开新建长方体属性对话框的Attribute选项卡，把长方体的名称修改为AirBox,设置透明度为0.8。
再双击历史树Substrate下的CreateBox选项，打开Command选项卡，在position文本框中输入顶点位置坐标为（-L0/2-length，-W0/2-length，-10），在Xsize,Ysize和Zsize文本框中分别输入长方体的长宽高为(L0+2*lengt，W0+2*length，10mm+H+length)。
如图所示。
单击AirBox选项，右击选择 assign→boundary→radiation,保留默认设置不变，点击确定。
5 设置端口激励：单击port,选择port后，右击选择assign→excitation→lumped port命令，打开集总端口设置对话框。
在name 文本框输入名称1，点击下一步，在mode对话框中，单击impedance line项的none,选择new line，此时输入起始坐标（7.6,0,0），再输入坐标（0.9,0,0），并确定。
完成集总端口设置。
6：求解设置：选择菜单：HFSS 〉 Analysis 〉 Setup 〉 Add Solution Setupa。
点击通用（General）键求解频率：2.45GH，最大通过数目：20，通过的最大Delta S：0.02，点击确定按钮。
增加扫频选择菜单HFSS 〉 Analysis 〉Add Sweep，选择求解设置：Setup1 ，点击确定按钮。
编辑扫频窗口，扫描类型：快速（Fast）频率设置类型：线形计数（Linear Count）开始(Start)：1.0GHz，结束（Stop）：3GHz，计数（Count）：0.01GHZ点击确定按钮。
7.设计检查和运行仿真计算：1模型检查，选择菜单：HFSS 〉 Validation Check，点击关闭（Close）按钮。
注意：使用信息管理器可以看到任何错误或警告信息。
2求解过程，选择菜单：HFSS 〉 Analyze All。
8结果及分析：1查看天线的谐振频率：查看天线信号的端口回波损耗（即S11）的扫频分析结果。
右键单击工程树下的result节点，在弹出的菜单中选择create modal solution data report→rectangular polt命令，打开报告设置对话框，选择sttup1:sweep1,在category列表框选中S parameter选项，在quantity列表框选中S（1,1），在Function列表框选中dB。
然后单击New Report按钮。
再单击close按钮。
如图8-1所示图8-1 S11扫频分析结果从结果报告中可以看出，矩形微带天线出现了两个谐振点，一个谐振点为2.45GHZ，且S11的值为-24.0917dB。
另一个谐振频率为1.7GHZ，此时的S11值为-11.3013dB。
2查看S11的Smith圆图结果：右键单击工程树下的result节点，在弹出的菜单中选择create modal solution data report→Smith Chart命令，打开报告设置对话框，选择Trace选项卡的参数。
然后单击New Report按钮，得Smith原图结果，如图8-2所示。
图8-2从结果报告中看出，1.7GHZ是的归一化阻抗为1.00-j0.16。
2.45GHZ是的归一化阻抗为1.03-j0.03，在两个工作频点都达到了很好的阻抗匹配。
3 ①2.45GHZ时的增益方向图：右键单击工程树下的result节点，在弹出的菜单中选择create far fields report→radiation pattern命令，打开报告设置对话框，在geometry列表框选中之前定义的辐射表面EH Plane选项，在category列表框选中gain。