HFSS PCB天线设计教程讲义——第3讲

HFSS天线设计

天线性能是否满足设计要求？
设置求解参数、求解频率扫频设置
仿真设计完成
optimetrics 参数扫描分析
和优化设计
天线的加工与测试
天线的加工
• 印刷天线 • 刻蚀天线
感光膜
导电层胶层介质层
天线的测试
• 矢量网络分析仪
回波损耗
• 暗室
辐射方向图
课程总结
✓ 天线局部：分类、主要性能参数、馈电、特性参数
〔0.5*subx+k, 0, -subh〕
X: -(subx+2k) Y: suby+k Z: subh +k
〔4*feedx, 0, -subh〕
X: -8*feedx Z:8*subh
设：f 2.4GHz 求：k ?
k 1 c
4
f
c 3108 m s f 2.4GHz=2.4109Hz
程度，定义为天线的辐射功率与输入功率之比：
A
Prad Pin
增益：
天线的增益是表征将输入给它的功率按特定的方向辐射的能力。
定义在一样输入功率、一样距离的条件下，天线在最大辐射方向
上的功率密度与无方向性天线在此方向上的辐射功率密度的比值，
其表达式为：
G AD
效率：
天线效率是表征天线将输入高频能量转换为无线电波能量的有效
〔-0.5*patchx, groundy+gap, 0〕 X: patchx Y: patchy 〔0.5*subx, 0, 0〕 X: groundx Y: -suby 〔-0.5*feedx, 0, 0〕 X: feedx Y: groundy+gap
空气盒
〔-0.5*subx, 0, 0〕 X: subx Y: suby Z: subh

PCB天线设计_基于HFSS15.0

PCB天线设计及HFSS仿真分析一、PCB天线简介：（1）概念：PCB天线顾名思义就是指印制在PCB电路板上的天线，其具有制造简单和成本低等优点，广泛应用于蓝牙(Bluetooth)、WiFi、无线鼠标、Zigbee等近距离无线设备中。

（2）天线的发展历程即其发展的主要原因：1、天线发展史：半波偶极子天线->单极子天线其中，单极子天线包括：倒L天线、蛇形倒L天线、倒F天线和蛇形倒F天线；2、半波偶极子天线：全向天线2.15dB（双向，天线总长为工作波长的1/2，且（在馈点处）上下对称【各为工作波长的1/4】）；3、单极子天线：长度为半波偶极子天线的一半，即天线总长为工作波长的1/4（故辐射空间为半波偶极子天线的一半、输入阻抗减小一半）为减小单极子天线的尺寸（缩小占用PCB板的空间），单极子天线又可设计为：倒L天线（ILA）->蛇形倒L天线（MILA）【其占用空间更小】（他们的长度则不一定就是标准的工作波长的1/4，需结合实际，仿真分析，调试）4、倒F天线：（由于倒L天线的输入阻抗不好调节->引出倒F天线），也属于单极子天线的一种。

（注：天线标准输入阻抗为50欧姆）天线的阻抗分布规律：输入端最小，末端最大故：在天线输入阻抗为50欧姆的地方引出一个馈点，即实现了把天线的输入阻抗控制在标准的50欧姆倒L天线->倒F天线（调节输入阻抗）->蛇形倒F天线（缩小占用PCB的空间）5、天线的工作频率决定性因素是天线长度（决定性因素），天线长度应介于介质波长的1/4和自由空间波长的1/4 之间；6、影响天线质量的主要因素：PCB板材（FR4）、PCB板厚、PCB板参考地面的尺寸、天线走线的宽度、天线位置、外壳故不能直接复制别人的天线，需进行仿真分析和设计具体查看lec02.pdf……二、用HFSS设计实例即具体操作：现以2.4GHZ ISM （工作频段为2.4G HZ ~ 2.4835G HZ）Bluetooth/Wifi PCB天线为例，取其中心频率为2.45G HZ。

HFSS经典讲义HFSS教程

参数设置
根据具体问题和模型特点，合理设置求解器参数，如网格划分精度、收敛标准、迭代次数等。这些参数的设置直接影响求解结果的准确性和计算资源的消耗。
频率扫描和参数扫描设置
频率扫描
通过设置扫描频率范围和步长，可以分析模型在不同频率下的性能表现。频率扫描有助于了解模型的频域特性和谐振点等信息。
04
结果分析与优化调整
微带天线辐射特性分析
01
02
03
04
微带天线基本结构与工作原理
辐射特性参数定义及计算方法
HFSS仿真模型建立与求解设置
辐射特性结果展示与讨论
天线阵列综合与优化方法探讨
01
02
03
04
天线阵列基本概念及布阵方式
阵列综合方法介绍与比较
优化算法在天线阵列设计中的应用
HFSS在天线阵列综合中的实践案例
HFSS在雷达系统中的应用
阐述使用HFSS进行雷达系统微波组件设计的方法和步骤，包括天线设计、收发模块仿真等。
应对策略与实例分析
分享针对雷达系统微波组件设计挑战的应对策略，并结合实际工程案例进行分析和讨论，如高性能天线设计、低噪声放大器优化等。
06
高级功能应用与拓展学习建议
Chapter
时域仿真功能介绍及案例分析
HFSS仿真分析
阐述使用HFSS对耦合器和功分器进行仿真分析的方法和步骤，包括模型建立、激励设置、求解和后处理等。
优化策略
提供针对耦合器和功分器性能优化的有效策略，如结构优化、材料选择、电磁场调控等。
传输线效应在微波器件中的影响研究
传输线效应概述
简要介绍传输线效应的概念及其在微波器件中的重要性，包括微带线、共面波导等传输线的特性

HFSS教案3

HFSS 3回顾：上一节课我们介绍了一个实例，完整而细致的展示了HFSS 中仿真前后的主要流程。

对应天线基本电参数的可视化做了演示。

但是，细心的同学发现，天线的驻波并不理想。

如何通过参数分析和进行优化是这一节的内容。

这也是今后我们面对的主要问题。

这一节课你将掌握以下几个方面知识：1、用变量替代模型尺寸；2、对天线进行参数分析；3、天线优化；4、阵列建模；5、模型数据导出；6、HFSS脚本编程一、建立变量为了方便的修改天线尺寸，我们可以设置一个变量l=30，并令臂长为l。

具体做法是在历史绘图树中双击上臂对应的矩形，在对话框中Zsize项直接输入变量符号l确认。

在接下来弹出的对话框中输出变量的初始值为30，单位选择mm，点击OK完成创建变量操作。

同理，将辐射臂的宽度设置为变量w，初始值为5mm，但此时要注意的是，我们需要将起始y坐标用-w/2表示，当改变w值的时候，天线始终与z轴保持一致。

当设置变量成功后，若我们想改变变量的值，只需要在工程树中选中该设计，在下方的Properties对话框可以直接作修改。

注：变量不仅可以用于替代尺寸，还可以作为描述位置、材料特性、图形变化参数等使用。

二、长度和宽度变化对天线性能的影响——自动参数扫描分析参数扫描分析可以使我们在一个已设置变量的仿真模型之上分析具有不同尺寸的模型。

在工程树中鼠标右键点击Optimetrics，打开快捷菜单并选择Add-Parametric…在接下来的对话框中点击Add，然后选择变量l，离散类型选择Linear Step，起始值为25，停止值为30，间隔为1。

记得点Add后OK键确认。

参数扫描设置成功后，在Optimetrics节点下面生成ParametricSetup1项。

接下来我们开始参数扫描分析，右键点击ParametricSetup1，选择Analyze，启动自动扫参分析。

当信息提示框提示分析完成后，便可到图形结果进行修改。

例如我们修改S11随频率变化图形，在Families标签页中，选择长度变量l 为全体，确认修改后点击Apply Trace生成新的图形。

hfsss手机内置天线设计资料

內置平面Monopole出現的現實意義
• 多模手機對多頻段天線的要求 • Monopole的大頻寬和高增益，足以應付3G 時代跨越2GHz的幾百兆頻寬需求。 • 內置平面Monopole結構靈活，易於與當今多變的手機結構相配合
Feed Strip 天線低頻部分
塑膠支架 38X6X4
手機內置式天線設計
天線基本概念
• Return Loss（回波損耗S11）
天線原理
• Directionality（方向性係數）
天線輻射方向性參數。天線據此可分全向（omnidirectional）和定向（directional）。
• Gain（增益）
天線增益定義為規定方向的天線輻射強度和參考天線之比。
PIFA需要的空間和其它條件
• PIFA需要的空間大小視乎頻段和射頻性能的需求。
雙頻（GSM/DCS）：600 mm ×7～8mm 三頻（GSM/DCS/PCS）：700 mm 2×7～8mm 滿足以上需求則GSM頻段一般可能達－1～0dBi， DCS/PCS則0～1dBi。 • 天線正下方一般避免安放器件，尤其是Speaker和 Vibrator • 電池儘量遠離天線。一般至少5mm以上。 • 天線同側後蓋上不用導電漆噴塗，謹慎使用電鍍裝飾。
EIRP = transmitter power + antenna gain – cable loss
Power Setting 100 mW 50 mW 30 mW 20 mW 15 mW 5 mW 1 mW dBm 20 dBm 17 dBm 15 dBm 13 dBm 12 dBm 7 dBm 0 dBm Gain@ 6 dBi Patch 6 dBi 6 dBi 6 dBi 6 dBi 6 dBi 6 dBi 6 dBi EIRP 26 dBm 23 dBm 21 dBm 19 dBm 18 dBm 13 dBm 6 dBm

基于HFSS的天线设计教材

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仿真设计13.56Mhz NFC天线课程讲义

电感值和线圈匝数
•
L为天线电感估汁值,nH；l1为一圈天线导线环的长度,cm； D1为PCB线圈导线的宽度；矩形线圈K=1.47； N为线圈匝数 • 线圈最外围长宽8cmx5cm, 线宽0.5mm，则3圈比较合适
课程地址: /peixun/antenna/115.html

先期课程
• 《13.56MHz NFC/RFID 天线及其匹配电路设计详解》视频培训课程
• •
《两周学会HFSS》视频培训课程《PCB天线设计和HFSS仿真分析实例》视频培训课程
课程地址: /peixun/antenna/115.html
课程内容
目录 ①13.56MHz RFID/NFC 天线设计概述
课程地址: /peixun/antenna/115.html
二、H F S S 相关设置（cont.）
HFSS设计步骤简介 • • • • • 新建一个 HFSS 设计工程设计建模：定义变量，创建参数化的天线模型设置边界条件, 激励, 求解分析项，运行仿真分析查看分析结果：等效电感值、损耗电阻、寄生电容、并联阻抗参数扫描分析，分析线宽、线距、线圈大小、PCB板厚对线圈感值的影响 • 设计匹配电路，并在HFSS中分析调试匹配电路，给出加入匹配电路后的天线的工作频率和带宽，在HFSS中匹配电路的电阻和电容可以使用集总RLC边界条件来模拟 • 两个线圈天线间的耦合分析
根据设计要求的Q值，计算匹配电路中的串联或并联电阻的阻值借助于Smith圆图，确定匹配电路中的串联和并联电容的容值在HFSS仿真分析并调试加入匹配电路后整个天线的性能分析验证匹配电路中电阻值对带宽的影响
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西电HFSS培训教程—天线设计

Ansoft高级培训班教材ISM天线射频特性的Ansoft HFSS分析李磊谢拥军编著西安电子科技大学Ansoft培训中心目录第一章序言第二章创建项目第三章构造模型第四章优化第一章序言本讲义主要是引导学员学习使用Ansoft HFSS的优化功能进行微波工程设计。

随着越来越多的民用科研产品集中在ISM频段，这一频段的微波元器件设计也就越来越受到射频工程师的关注。

对于民用产品来说，微带天线适应了其集约化、小型化的需求，从而成为产品设计中的关键。

Ansoft HFSS提供的优化设计功能，特别适合于微波产品的优化设计。

在这一优化功能中，结构参数、媒质本构常数等可以作为待优化的参数，元件的S参数、本征值和场分布等都可以作为优化的目标函数。

学员通过可以本讲义的练习，熟悉这一功能。

这本手册的后边部分描述将引导你如何使用软件去建立、仿真和优化一个ISM天线的axial ratio（轴比）。

本例假设使用者已经学习过并理解指南中的“The Getting Started”的内容。

备注：如果你对该内容不熟悉，请翻看指南中“Using the 3D Solid Modeler”部分。

该天线是一个右手圆极化天线（RHCP），工作在2.4GHz的ISM频率 (Bluetooth, 802.11b, etc. )第二章创建项目本章中你的目标是：√保存一个新项目。

√把一个新的HFSS设计加到已建的项目√为项目选择一种求解方式√设置设计使用的长度单位时间：完成这章的内容总共大约要5分钟。

一.打开HFSS并保存一个新项目1.双击桌面上的HFSS9图标，这样就可以启动HFSS。

启动后的程序工作环境如图：图2－1 HFSS工作界面1．打开File选项(alt+F),单击Save as。

2．找到合适的目录，键入项目名hfopt_ismantenna。

图2－2 保存HFSS项目二.加入一个新的HFSS设计1．在Project菜单，点击insert HFSS Design选项。

HFSS-V13天线仿真基本操作指南演示教学

HFSS v13.0高频仿真软件操作指南目录第一章创建工程Project一、前期准备第二章创建模型3DModeler一、绘制常见规则形状二、常用操作三、几种常见天线第三章参数及条件设置(材料参数、边界条件和激励源等) Setting一、设置材料参数二、设置辐射边界条件三、设置端口激励源四、特定边界设置第四章设置求解项并分析Analyze一、设置分析Add Solution Setup二、确认设置并分析Validation Check Analyze All第五章查看结果Results一、3D极化图（3D Polar Plot）二、3D直角图（3D Rectangular Plot）三、辐射方向图（Radiation Pattern）四、驻波比(VSWR)五、矩阵数据(Matrix Date)一、前期准备1、运行HFSS后，左侧工程管理栏会自动创建一个新工程：Project n 。

由主菜单选File > Save as,保存到一个方便安全的文件夹，并命名。

(命名可包括下划线、字母和数字，也可以在Validation Check之前、设置分析和辐射场之后保存并命名)2、插入HFSS设计由主菜单选Project > Insert HFSS Design 或点击图标，(大口径的由主菜单选Project > Insert HFSS-IE Design)则一个新的项目自动加入到工程列表中，同时会出现3D画图窗口，上侧出现很多画图快捷图标。

3、选择求解类型由主菜单选HFSS > Solution Type（求解类型），选择Driven Model或Driven Terminal（常用）。

注：若模型中有类似于耦合传输线求耦合问题的模型一定要用Driven Terminal，Driven Model适于其他模型，不过一般TEM模式（同轴、微带）传输的单终端模型一般用Driven Terminal分析。

HFSS 天线设计讲义

Example: Coax to WG Transformer
0
/100
/10
Problem Scale
Use a Quasi-Static Solver (OVERLAP)
Use a FEM Full-Wave Solver
Simulation Structures
W=44mil t = 1mil
1.增加Sweep變數。
3.按下增加。出現訊息
4.按下確定。出現訊息
2.設定要sweep的起始結束間隔。 5.按下確定。
使用變數sweep 開始分析
1.開始分析。
使用變數sweep 看分析結果
1. 3.選擇看sweep結果。
2.
使用變數sweep 看分析結果(2)
1.選擇要看的sweep結果。
2.只對port分析打勾。
1.分析。
3.開始分析。
Analysis Wave port at First
2.場形完整且連續可進行完整分析。
1.看場形。
Boundary Radiation
減少運算時間縮小體積需在最大的Box增加 Radiation Boundary
Deembed
藍色箭頭表示Deembed的位置。
圓心
半徑 (R1) 高度命名:barrel trace1 barrel trace2
操作流程---(6)連通柱繪圖
連通柱焊墊繪圖:
1設定材質
L=800mil R2=50mil R1 = 20mil
2.結構繪圖
圓心
R3=30mil
半徑 (R3)
高度命名:Pad1 圓心半徑 (R3) 高度命名:Pad2
操作流程---(2)繪圖功能

HFSS双频微带天线设计说明

HFSS双频微带天线设计说明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HF SS →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。

hfss教程

Ansoft高级培训班教材ISM天线射频特性的Ansoft HFSS分析李磊谢拥军编著西安电子科技大学Ansoft培训中心目录第一章序言第二章创建项目第三章构造模型第四章优化第一章序言本讲义主要是引导学员学习使用Ansoft HFSS的优化功能进行微波工程设计。

随着越来越多的民用科研产品集中在ISM频段，这一频段的微波元器件设计也就越来越受到射频工程师的关注。

对于民用产品来说，微带天线适应了其集约化、小型化的需求，从而成为产品设计中的关键。

Ansoft HFSS提供的优化设计功能，特别适合于微波产品的优化设计。

在这一优化功能中，结构参数、媒质本构常数等可以作为待优化的参数，元件的S参数、本征值和场分布等都可以作为优化的目标函数。

学员通过可以本讲义的练习，熟悉这一功能。

这本手册的后边部分描述将引导你如何使用软件去建立、仿真和优化一个ISM天线的axial ratio（轴比）。

本例假设使用者已经学习过并理解指南中的“The Getting Started”的内容。

备注：如果你对该内容不熟悉，请翻看指南中“Using the 3D Solid Modeler”部分。

该天线是一个右手圆极化天线（RHCP），工作在2.4GHz的ISM频率 (Bluetooth, 802.11b, etc. )第二章创建项目本章中你的目标是：√保存一个新项目。

√把一个新的HFSS设计加到已建的项目√为项目选择一种求解方式√设置设计使用的长度单位时间：完成这章的内容总共大约要5分钟。

一.打开HFSS并保存一个新项目1.双击桌面上的HFSS9图标，这样就可以启动HFSS。

启动后的程序工作环境如图：图2－1 HFSS工作界面1．打开File选项(alt+F),单击Save as。

2．找到合适的目录，键入项目名hfopt_ismantenna。

图2－2 保存HFSS项目二.加入一个新的HFSS设计1．在Project菜单，点击insert HFSS Design选项。

HFSS培训教程

噪声系数
衡量微波器件对信号噪声的放大程度，是评估微波器件性能的非线性效应，如压缩点、交调失真和三阶互调等。
微波器件设计实例分析
微带滤波器设计
功分器设计
介绍微带滤波器的设计原理和方法，包括耦合微带线滤波器、发夹型滤波器和交指型滤波器等。
阐述功分器的基本原理和设计方法，包括威尔金森功分器、分支线功分器和Gysel功分器等。
坐标系
HFSS支持多种坐标系，包括笛卡尔坐标系、圆柱坐标系和球坐标系。用户可以根据模型需求选择合适的坐标系。
参数化建模
HFSS提供参数化建模功能，用户可以通过定义变量和表达式来创建可调整的模型。参数化建模可以提高建模效率，便于模型修改和优化。
实体建模与布尔运算
实体建模
HFSS提供丰富的实体建模工具，如长方体、圆柱体、球体等。用户可以通过这些工具创建复杂的 3D模型。
04
HFSS仿真分析技术
求解类型与求解器设置
求解类型
HFSS支持多种求解类型，包括频域、时域、本征模等。
求解器设置
根据问题类型和计算资源，选择合适的求解器和相应的参数设置，如迭代次数、收敛精度等。
边界条件与激励设置
边界条件
根据实际问题，设置合适的边界条件，如完美电边界、完美磁边界、阻抗边界等。
广泛应用于天线设计、微波器件、电磁兼容等领域。
提供全面的电磁场仿真解决方案，包括时域和频域分析、本征模求解、优化等。
HFSS软件安装步骤
01
02
03
04
获取HFSS软件安装包，通常是一个压缩文件。
解压安装包到指定目录，并运行安装程序。
根据安装向导提示，选择安装路径、语言等选项。

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

HFSS的天线课程设计

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。

2024版HFSS天线仿真实例系列教程1

导出报告
将仿真结果和优化过程导出为报告，供后续分析和参考。
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07
总结与展望
2024/1/29
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教程内容回顾
2024/1/29
HFSS天线仿真基本原理
介绍了高频结构仿真（HFSS）的基本原理及其在天线设计中的应用。
天线设计基础
详细阐述了天线设计的基本概念，如辐射、方向性、增益等，以及常见的天线类型和性能指标。
03
优化设计
根据分析结果，对天线设计进行优化，如调整振子长度、改变馈电结
构等，以提高天线性能。
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02
结果分析
对仿真结果进行分析，包括S参数曲线、辐射方向图、增益等性能指
标的评估。
04
再次仿真验证
对优化后的设计进行再次仿真验证，确保性能达到预期要求。
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05 微带天线仿真实例
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• 天线参数：描述天线性能的主要参数有方向图、增益、输入阻抗、驻波比、极化等。这些参数可以通过仿真或测量得到，用于评估天线的性能优劣。
• 仿真模型：在天线仿真中，需要建立天线的三维模型并设置相应的边界条件和激励源。模型的准确性直接影响到仿真结果的可靠性。因此，在建立模型时需要充分考虑天线的实际结构和工作环境。
求解参数设置
包括频率范围、收敛精度、最大迭代次数等参数的设置。
B
C
自适应网格划分
根据模型复杂度和求解精度要求，自动调整网格大小和密度。
并行计算支持
利用多核处理器或集群计算资源，加速求解过程。
D
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03 天线设计原理及性能指标
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HFSS经典讲义HFSS教程

HFSS经典讲义HFSS教程HFSS软件基础与应用一、关于HFSS在学习这个软件之前，我们首先对生产这个软件的公司有个大致的了解。

Ansoft公司是全球最大的提供以电磁技术为核心的专业EDA厂商，成立于1984年，总部设于美国宾西法尼亚州的匹兹堡市。

Ansoft 公司自1997年进入中国市场后，先后在北京、上海和成都开设了办事处；并在北京理工大学、西安电子科技大学和北京航空航天大学设立三个培训中心。

Ansoft公司高频软件包是一个功能非常强大的设计工具，可应用于迅猛发展的无线技术、宽带通信网络、天线系统、航空航天电子等领域，进行系统分析、电路设计、电磁仿真和物理设计。

高频产品包括：Ansoft Designer、HFSS等。

Ansoft HFSS 高频结构电磁场仿真软件，采用切向矢量有限元法求解任意三维无源结构的电磁场，得到特征阻抗、传播系数、辐射场、天线方向图等结果，利用周期性边界条件，可解决：(1) 基本电磁场数值解和开边界问题，近远场辐射问题;(2 )端口特征阻抗和传输常数:(3 )S参数和相应端口阻抗的归一化S参数;(4 )结构的本征模或谐振解。

二、 HFSS软件介绍与操作这节课我们主要是学习HFSS（High Frequency StructureSimulator, 高频结构仿真器）的操作和使用。

1、启动软件软件界面菜单栏（Menu bar）由文件、编辑、视图、工程、绘图、3D模型、HFSS、工具和帮助等下拉式菜单组成。

工程管理（Project Manage）窗口显示所以打开的HFSS工程的详细信息，包括边界、激励、剖分操作、分析、参数优化、结果、端口场显示、场覆盖图和辐射等。

3D模型窗口（3D Modeler Window）是创建几何模型的区域，包括模型视图区域和历史树。

状态栏（Status bar）位于HFSS界面底部，显示当前执行命令的信息。

属性窗口（Properties window）显示在工程树、历史树和3D 模型窗口中所选条目的特性或属性。

HFSS讲座3-antenna

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（7）创建Groundingpin
（a）在菜单栏中点击Draw>Cylinder
（b
X：0.0，Y：1.0，Z：0.0
（c dX：0.0625，dY：0.0，dZ：0.0
（d dX：0.0，dY：0.0，dZ：5.1
按回车键结束输入。
成都信息工程学院电子工程系
微波电路EDA
第四章单端口网络和多端口网络
微波电路EDA
第四章单端口网络和多端口网络
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（j
dX：0.0，dY：0.0，dZ：5.0
按回车键结束输入。（k）在特性（Property）窗口中选择Attribute标
签，将该圆柱的名字修改为ring-1，如图5-2-6所示。（l）用ring-1将ring-inner减去，使之成为一个圆
环柱体。在菜单栏中点击Edit>Select>ByName，在弹出的窗口中利用Ctrl键选择ring—1和ring—inner。
（d dX：0.0，dY：0.0，dZ：5.0
按回车键结束输入。
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微波电路EDA
第四章单端口网络和多端口网络
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图5-2-5建立ring—inner
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第四章单端口网络和多端口网络
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（e）在特性（Property）窗口中选择Attribute标签，将该圆柱的名字修改为ring-inner。
（b）在右下角的坐标输入栏中输入长方体的起始点位置
X：-5.0，Y：-10.0，Z：0.0 按回车键结束输入。输入各坐标时，可用Tab键来切换。
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