螺旋天线的仿真设计

一、设计题目：螺旋天线的仿真设计

二、设计目的：

（1）熟悉Ansoft HFSS软件的使用。

（2）学会螺旋天线的仿真设计方法。

（3）完成螺旋天线的仿真设计，并查看S参数以及场分布。

三、设计要求：

螺旋天线是一种常用的典型的圆极化天线，本设计就是基于螺旋天线的基础理论及熟练掌握HFSS10软件的基础上的，设计一个右手圆极化螺旋天线，要求工作频率为4G，分析其远区场辐射特性以及S曲线。

螺旋天线通常用同轴线馈电，天线的一端与同轴线的内导体相连，另一端则处于自由状态。

螺旋天线示意图如图1所示：

图1、螺旋天线

四、设计参数：

中心频率f=4GHz λ=75mm

螺旋导体的半径d=0.15λ=11.25mm

螺旋线导线半径a=0.5mm

螺距s-0.2λ=15mm

圈数N=7

轴向长度l=Ns

五、设计步骤

在HFSS建立的模型中，关键是画出螺旋线模型。画螺旋线，现说明螺旋线模型的创建。

求解类型设置与上两个设计一样，材料为copper，模型单位为mm，螺旋线的创建如下。

点击Draw>Circle,输入圆的中心坐标。X:11.25 Y:0 Z:0 ,按回车键结束。输入圆的半径dX:0.5 dY:0 dZ:0 按回车键结束输入。在特性窗口中将Axis改为Y。点击确认。选中该circle。点击Draw>Helix，输入X:0 Y:0 Z:-7.5，按回车键结束输入，输入dX:0 dY:0 dZ;100

按回车键，在弹出的窗口中，Turn Directions:Right Hand Pitch:15(mm) Tuns:7 Radius change per Turn:0点击OK。在特性窗口中选择Attribute标签，将名字改为Helix。建立螺旋天线与同轴线相连的连接杆ring。

点击Draw>Cylider,创建圆柱模型。输入坐标为X:11.25 Y:0

Z;0 ，按回车键结束输入，输入半径dX:0.5 dY:0 dZ:0 ，按回车键结束输入，输入圆柱长度dX;0 dY:0 dZ:-3,按回车键结束输入，在特性窗口中选择Attribute选项卡，将名字改为ring，点击确定。为了把Helix和ring连接起来，创建一个球体Sphere1，点击Draw>Sphere,输入球心坐标X:11.25 Y:0 Z:0输入球体半径，dX:0.5 dY:0 dZ:0 并将其名字改为Sphere，为了将三者结合起来，按下Ctrl+A,点击3Dmodeler>Boolean>Unite.,点击OK结束。形成的模型如下如图1所示。

建成之后，在螺旋线下端建立同轴线馈线，并且螺旋线下端与其内芯相连，上端悬空。并设立辐射边界条件与端口激励和扫频设置，保存、运行后处理操作。

六、试验截图：总体结构图如下图所以：

S参数曲线图如下图所示：

3D辐射图如下图所示

辐射方向极坐标图1如下图：

辐射方向极坐标图2如下图：

七、设计总结：

这次微波技术与天线的螺旋天线的仿真设计中遇到了许多的问题，首先是没有具体的设计参数和步骤，其次是涉及许多的专业知识和实践经验等许多问题。但是通过老师及学长和学姐的热心帮助，和自己的不断努力和尝试，最后终于完成了实验，通过这次的课程设计，让我对这门课程的知识有了更深的认识，对我以后的学习有了很大的帮助。让我明白以后分析问题要更加全面，以及和实际情况的联系。