阵列天线HFSS分析实例

用hfss设计波导裂缝驻波阵天线

应用HFSS9.0设计波导裂缝驻波阵天线范景云微波成像技术国家重点实验室中国科学院电子学研究所北京 100080摘要传统的波导裂缝天线设计方法非常复杂，且天线研制周期长，本文借助高频结构分析软件HFSS9.0的优化功能给出了一种简便的矩形波导宽边纵向裂缝驻波阵的设计流程，并进行了仿真。

仿真结果与理论计算结果基本符合，利用HFSS9.0进行辅助设计的方法可以大大缩短天线研制周期。

关键词波导裂缝，驻波阵天线，HFSS，优化一、引言在机载雷达天线中，波导裂缝天线阵是应用最广泛的形式之一。

波导裂缝天线容易实现口径面的幅度分布和相位分布，口径面的利用系数高，而且它可满足雷达系统对天线增益高、副瓣低、体积小、重量轻的要求，所以在机载雷达中获得了广泛应用。

在阵列天线的条件下，必须考虑裂缝间的互耦影响。

一般来说，在实际天线应用中，通过实验测量阵列之间的互耦误差较大，且实验工作量很大。

所以，非常有必要利用计算机仿真来部分代替常规的实验工作。

Ansoft-HFSS 软件采用有限元法（FEM ）解决三维电磁场问题，求出S 、Y 、Z 参数，还可以得到场的方向图。

矩形波导宽边纵向裂缝驻波阵列的应用比较广泛，但对于谐振长度的求解，一直没有给出明确的理论推导和计算公式。

本文给出分析设计流程，讨论了HFSS 在设计中的应用，尤其在求解谐振长度时的快速简便的方法，通过设计实例可以看出仿真结果与理论计算结果十分接近，验证了此方法的正确性。

二、波导纵向裂缝驻波阵的设计右图为矩形波导宽边纵向裂缝阵天线的结构示意图。

图1 波导纵向裂缝阵天线结构示意图图中，a 为波导宽度，b 为波导高度，t 为波导壁厚，w 为裂缝宽度，d 为相邻裂缝间距，l 为裂缝长度，x 为裂缝相对波导宽边中心线的偏移量。

根据Elliott 设计裂缝天线阵的基本理论，波导纵向裂缝驻波阵天线可以等效为图2的传输线模型[1]：图2 波导纵向裂缝阵天线的传输线模型为了获得驻波阵列，将辐射波导的一端短路，相邻裂缝与短路板的距离为4/g λ[2]。

HFSS仿真分析手机PIFA天线

第1节未开槽的手机平面倒F天线（PIFA）图1 手机PIFA天线的三维图1.1 建立模型天线的HFSS模型如表1及表2表1 手机PIFA天线三维体模型表2 手机PIFA天线的二维面模型在HFSS中建立新的工程，在HFSS>Solution Type中选择Driven Modal。

在Modeler>Units中选择mm。

（1）创建手机电路板gnd，设置为perfect E。

（a）由工具栏选择yz平面，点击Draw Rectangle ，输入顶点位置坐标，按回车键之后，输入矩形的尺寸。

选择，点击画图的窗口，将窗口中的矩形调整到合适大小。

双击中的rectangle1，将name栏的rectangle1改为名字gnd （b）为GroundPlane设置理想导体边界。

点击HFSS>Boundaries>Assign>Perf E在理想边界设置中，将理想边界命名为PerfE_gnd（2）创建天线底座，材料的相对介电常数为3.3。

（a）点击Box，起始点位置坐标(0mm,0mm,0mm.)，长方体X,Y,Z三个方向的尺寸：dx=8mm，dy=30mm，dz=-28mm，在属性中将长方体改名chassis（如图2）。

图2 chasiss与gnd（b）将材料的相对介电常数设置为3.3。

双击chassis，进入Attribute界面，点击Material右侧的栏目选择Edit（如图3（a）），进入Self Definition界面（如图3（b）），点击Add Material进入View/Edit Material界面。

Material name设为plastic，点击确定，回到Self Definition界面，选择plastic，点击确定，回到Attribute界面，此时Material右侧栏目变为“plastic”，点击确定。

（a）(b)(c)图3 设置材料界面（3）创建Patch，设置为perfect E。

利用ADS和HFSS仿真微带天线案例

利用ADS和HFSS仿真微带天线案例01矩形微带天线设计原理在工程上，微带天线采用传输模法设计，在PCB板上实现，如图1(a)所示：L是微带天线长边，电场正弦变化；W是其宽边，天线的辐射槽便是宽边的边沿；ΔL是由边沿电容引起的边沿延伸。

图1(b)给出其等效电路图，可看成源阻抗通过长为L+2ΔL的传输线与负载阻抗ZL 相连，其中ZS=ZL是辐射槽的阻抗；Zin是从输入端口位置的辐射槽向里看的输入阻抗，即不包含第一个辐射槽阻抗在内的输入阻抗。

由具有任意负载阻抗的一段传输线的输入阻抗公式可得（微波工程51页）：其中，Z0为宽度W的微带线的特性阻抗，β为传播常数。

谐振时，把(2)带入(1)式得到：Zs=Zin=ZL。

这也表明半波长线不改变负载阻抗。

ΔL、εe由以下两个式子确定。

其中，W为微带天线的宽边；h为介质板的厚度；εr为相对介电常数。

W值不是很关键，通常按照下面的式子确定：02矩形微带天线ADS仿真设计。

要求：PCB基片εr=3.5，厚度h=1mm，导体厚度T=0.035mm，工作频率3GHz，输入阻抗50Ω。

2.1 几何参数计算根据式（2）-（5）计算天线几何参数。

2.2 馈线设计、ADS LineCalc工具使用（1）启动LineCalc,如图2所示。

（2）Substrate Parameters 栏中，设置PCB参数；Component Parameters 栏中，设置频率；Electrical 栏中设置阻抗和电长度。

具体设置如下：相对介电常数Er: 3.5介质厚度H: 1mm导体厚度T：0.035mm工作频率Freq:3GHz特征阻抗Z0=50Ω电长度E_Eff:180°其他为默认值。

（3）设置完成后，将Physical 栏中W和L的单位改成mm，然后点击Synthesize 栏下的“向上箭头”按钮，在Physical 栏中得到馈线的宽度为2.219360mm，长度为30.162200mm。

基于HFSS的4_24微带阵列天线的研究与设计_惠鹏飞

第26卷第5期齐齐哈尔大学学报 Vol.26,No.5 2010年9月 Journal of Qiqihar University Sep.,2010 基于HFSS 的4×24微带阵列天线的研究与设计惠鹏飞，夏颖，周喜权，陶佰睿，苗凤娟（齐齐哈尔大学通信与电子工程学院，黑龙江齐齐哈尔 161006）摘要：微带阵列天线的馈电方式有微带线馈电和同轴馈电两种方式，本文利用HFSS软件对微带阵列天线进行了研究，分析了两种馈电方式的传输损耗及其对天线方向图的影响，利用模块化的设计方法实现了一种基于同轴线馈电结构的多元矩形微带阵列天线。

在HFSS仿真设计环境里对天线进行了物理建模，该微带阵列天线的方向图特性良好，工程上实现比较方便。

关键词：微带阵列天线；模块化设计；HFSS 仿真；物理建模；方向图中图分类号：TN820.1 文献标识码：A 文章编号：1007-984X(2010)05-0009-04随着无线电技术的发展，微带天线在许多领域得到了越来越广泛的应用，主要应用场合包括：卫星通信、多普勒雷达及其它制式雷达、导弹遥测系统、复杂天线中的馈电单元等[1]。

微带天线通常采用天线阵列的形式，由馈电网络控制对天线子阵的激励幅度和相位，以获得高增益、强方向性等特点。

微带阵列天线的馈电方式主要有微带线馈电和同轴线馈电方式两种。

利用微带线馈电时，馈线与微带贴片是共面的，因此可以方便地光刻，但缺点是损耗较大，在高效率的天馈系统里的应用受到较大限制[2]。

本文首先对微带馈电网络产生的损耗进行了详细分析，利用HFSS 软件设计了2×4结构的微带子阵，采用同轴馈电的方式，利用模块化设计方法和方向图叠加原理最终实现了4×24矩形微带阵列天线，仿真设计结果表明，该大型矩形微带阵列天线的各项指标参数良好，设计思想得到了很好的验证。

1 微带阵列及馈电网络损耗分析1.1 微带阵列理论微带天线单元的增益较小，一般单个贴片单元的辐射增益只有6～8 dB，为了实现远距离传输和获得更大的增益，尤其是对天线的方向性要求比较苛刻的场合，常采用由微带辐射单元组成的微带阵列天线，如果对增益要求较高，可采用大型微带阵列天线结构[3]。

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。

基于HFSS矩形微带天线阵的设计与优化

式1-3
L L 2L
e
0
/ r 2L
c 1 2L 2 f0 e
式1-4
1.3 介质基板尺寸的确定：
LG L 0.2 g WG W 0.2 g
式 1-5 式1-6
2 馈电方式的选择
馈电方式在微带贴片天线设计中扮演了重要角色。矩形微带贴片天线有两种馈电方式，一种是同轴探针馈电，又称背馈，另一种是微带线馈电，又称侧面馈电。同轴探针馈电在有源天线应用中具有优势，而微带线馈电则是适合于开发高增益微带阵列天线。本文选用基于微带线的嵌入馈电，如图表 4 所示。
图表 11 微带阵列天线的增益图形
图表 12 微带阵列天线的驻波比图形
结语
在充分考虑到节约成本和降低制作难度的情况下，对微带贴片天线阵列进行设计，不仅大大提高了贴片天线的性能，而且得到了令人满意的结果。使方向增益提高到 10dB，当系统的谐振频率为 24GHz 时，相对带宽达到了 3%。而且，可以根据不同需要，把阵列设计为 N×18 单元等各种形式。另外，HFSS 作为一款高频电磁场仿真软件，由于其强大的功能，大大简化了阵列设计的过程，提高了工作效率，成为高频领域工作者强有力的设计工具之一。
一微带天线的基本介绍以及辐射原理
目前，由于分析微带天线的方法不同，对它的物理结构以及辐射原理有不同的理论。这里为简单起见以矩形贴片微带天线为例。
1 矩形微带天线的结构
图表 1 是一个简单的微带贴片天线的结构，由辐射元、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、辐射元的宽度 W、介质层的厚度 h、介质的相对介电常数损耗正切、介质的长度 LG 和宽度 WG。图 2 所示的微带贴片天线是采用微带线来馈电的。

HFSS天线设计实例-微带贴片天线

内容概述设计指标和天线尺寸计算HFSS设计流程1.重命名工程文件为：MSAntenna，设计名称为：Patch2.设置求解类型为：模式求解3.设置默认单位：mm4.创建参考地4.1创建4.2修改属性4.3修改参数（-45，-45,0），X=90，Y=904.4设置边界条件为：理想导体边界条件5.创建介质层5.1创建长方体5.2修改属性：Substrate，材料为Roger RO4003，颜色为墨绿，透明度0.65.3修改参数：顶点（-40，-40,0）X=80；Y=80；Z=56.创建微带辐射源6.1创建长方形6.2修改属性：Patch，铜黄，0.46.3修改参数：顶点（-15.5，-20.7，5）X=31;Y=41.46.4设置边界条件为：理想边界条件7.创建同轴馈线7.1创建圆柱体7.2修改属性：Feed，材料：pec；7.3修改参数：圆心（9.5,0,0），r=0.5；H=58.创建馈点孔8.1创建圆面8.2修改属性：Port8.3修改参数：圆心（9.5,0,0），r=1.58.4相减：GND-Port（保留Port平面作为集总端口平面）8.5设置Port端口为：集总端口8.5.1设置积分校准线：起始点（10,0,0）dX=1，dY=0，dZ=09.设置辐射边界条件9.1创建长方体9.2修改属性：Air，0.89.3修改参数：顶点（-80，-80，-35），X=160,Y=160,Z=759.4设置辐射边界条件10.添加求解设置项：频率：2.45GHz，最大迭代次数：1511.添加扫频设置项：类型：Fast，范围：1.5-3.5GHz，步长：0.0212.设计检查13.运行分析14.查看谐振点14.1标记谐振点15.由于没有达到设计要求，所以需要优化设计16.添加变量：Length：31mm；Width：41.4mm；Xf：9.5mm17.应用变量17.1Patch：X=Length；Y=Width17.2Feed：顶点坐标（Xf，0，0）17.3Port：顶点坐标（Xf，0,0）18.修改扫频范围为：范围：2.2-2.8GHz，步长：0.05GHz19.Length参数扫描分析：范围：28-31mm，步长：0.5mm 19.1设置19.2分析Length对谐振点的影响19.3查看分析结果19.4结论：Length=29.5mm时，接近2.45GHz20.Width参数扫描分析：范围：39-42mm，步长：0.5mm 20.1设置20.2分析Width对谐振点的影响20.3查看分析结果20.4结论：宽度Width对谐振点的位置影响不大21.优化设计21.1选取优化变量：Length：29-30mm。

03.HFSS天线远场特性分析实例

HFSS —— High Frequency Structure Simulator, 是 Ansoft 公司推出的三维电磁仿真软件；是世界上第一个商业化的三维结构电磁场仿真软件，业界公认的三维电磁场设计和分析的工业标准。
HFSS 是当今最流行的微波无源器件和天线设计软件。为了帮助广大工程师快速学习掌握 HFSS，微波 EDA 网现联合易迪拓培训共同推出了 HFSS 学习培训视频课程套装，套装包含了迄今为止国内最经典、最全面的 HFSS 学习培训教程，套装中的多套中文视频培训教程能够为您提供最直观、最高效的学习方式，最大限度的节约您的学习时间，助您快速入门、自学掌握 HFSS。
02. HFSS 雷达散射截面分析 —— 中文视频培训教程雷达散射截面（Radar Cross Section — RCS）的分析预估是电磁理论
研究的重要课题，使用 HFSS 可以方便的分析计算各种目标物体的 RCS。《HFSS 雷达散射截面分析》中文视频教程全面剖析了如何使用 HFSS 分析计算各种目标物体的 RCS，详细讲授和演示如何使用 HFSS 分析计算单站 RCS、双站 RCS 和宽频 RCS，以及如何同时仿真计算并查看不同视角的单站 RCS 和双站 RCS，课程的最后还实例讲解了 HFSS 分析 RCS 时，无限大地平面的处理。内容翔实，视频教程，直观易学…
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HFSS 天线远场特性分析实例

01. 两周学会 HFSS —— 中文视频培训教程由《HFSS 电磁仿真设计应用详解》一书的作者亲自讲授，权威经
典，全程中文讲解，配合视频操作演示，直观、生动、易学；课程在讲解时尽量摒弃繁琐的理论推导、抽象的概念，多从工程实践的角度出发，采用通俗易懂的语言和直观的工程实例，不仅要让读者学习到怎么操作、怎么使用 HFSS，还要让读者明白为什么要这么操作，真正做到知其然并知其所以然。通过两周十四天的课程学习，让您在最短的时间内快速入门、学会并掌握 HFSS 的实际操作和工程应用，学完之后真正能够把 HFSS 应用到实际研发工作中去…

阵列天线HFSS分析实例.docx

内容概述
问题简介
HFSS设计步骤和设计流程
1.改名：工程名：Antenna_Array；设计名：Cell
2.设置求解类型
3.修改单位：in（英尺）
4.创建矩形波导模型
4.1创建长方体
4.2修改属性：WaveGuide,0.4
4.3修改参数：顶点（0,0,0）,X=0.4,Y=0.9,Z=1.0
5.创建自由空间模型
5.1创建长方体
5.2修改属性：Airbox,0.4
5.3修改参数：顶点（-0.05,-0.05,1）,X=0.5,Y=1.0,Z=1.0
6.设置边界条件
6.1前后表面
6.1.1前表面
6.1.2后表面（-0.05,-0.05,1） dX=0, dY=1,DZ=0
6.2左右表面6.2.1有表面
6.2.2左表面
7.设置上表面端口激励：Floquet端口激励
8.设置下表面端口激励：波端口激励
9.添加求解设置
10.设计检查
11.运行仿真分析
12.定义辐射表面
12.12D Plane
12.23D Sphere
13.查看方向图13.1查看平面方向图
13.2查看3D方向图
14.构造天线阵列
科教兴国。

HFSS天线设计-有限元方法(1)

3、dB dB是一个表征相对值的值，当考虑甲的功率相比于乙功率大或小多少个dB时，按下面计算公式：10lg（甲功率/乙功率）是说，甲的功率比乙的功率大3 dB。 [例7] 7/8 英寸GSM900馈线的100米传输损耗约为 3.9dB。 [例8] 如果甲的功率为46dBm，乙的功率为40dBm，则可以说，甲比乙大6 dB。
设置端口名p1,点击下一步
终端数目：1 从终端线中选择new line 出现下列对话框，并在底部的坐标输入框中输入矢量线的位置坐标始点（-0.34,0，-0.5）长度为（-0.09,0,0）确认，下一步到完成即可。
说明两点：
（1）两种波端口加法： Wave port：假定你定义的波端口连接到一个半无限长的波导，该波导具有与端口相同的截面和材料，每个端口都是独立的激励并且在端口中每一个入射模式的平均功率为1瓦。 Lumped port：这种激励避免建立一个同轴或者波导激励，从而在一定程度上减轻了模型量，也减少了计算时间。Lumpport也可以用一个面来代表，要注意的是对该port的校准线和阻抗线的设置一定要准确，端口在空间上一定要与其他金属（或者电面）相连，否则结果记忆出错。（2）本例中波端口新线的定义位置示意
（-5，-4.5, 0）回车（10, 9， 0.32）回车
键入Sub1
键入Ctrl+D
4）建立infinite ground：Draw>Rectangle>在底部的坐标输入框中输入坐标,确认后在属性对话框中输入地的名称inf_gnd，Ok, 然后键入 CTRL+D，缩小全部显示基底
（-5，-4.5, 0）回车
（-7，-4.5, 0）回车（12, 9， 0.32）回车
键入Sub1

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半波偶极子天线设计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。

1 / 8半波偶极子天线设计电流元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。

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。

HFSS仿真2×2矩形贴片天线阵

HFSS 仿真2×2线极化矩形微带贴片天线阵微带天线以其体积小、重量轻、低剖面等独特的优点，在通信、卫星电视接收、雷达、遥感等领域得到广泛应用，它一般工作在100MHz-100GHz 宽广频域的无线电设备中，而矩形微带天线是微带天线最常用的辐射单元，它是一种谐振型天线，通常在谐振频率附近工作。

C 波段，是频率在4—8GHz 的无线电波，通常的上行频率范围为5.925—6.425GHz ，下行频率范围为3.7—4.2GHz 。

雷达天线具有将电磁波聚成波束的功能，定向地发射和接收电磁波。

本实验采用HFSS13.0设计了一款工作于C 波段中心频率在5.75GHz 的矩形贴片线极化微带雷达天线阵列，根据理论经验公式初步计算出矩形微带贴片天线的尺寸，然后在HFSS13.0里建模仿真，根据仿真结果反复调整天线的尺寸，对天线的结构进行优化，直到天线的中心频率为5.75GHz 为止。

1 单个侧馈贴片天线的仿真1.1 矩形贴片天线的设计导波波长g λ，矩形贴片天线的的有效长度e L 2/g e L λ= ， e g ελλ/0=有效介电常数为e ε，r ε为介质的介电常数211212121-⎪⎭⎫⎝⎛+-++=w h r r e εεε矩形贴片的实际长度为L ， L=e L －2L ∆=e ελ2/0－2L ∆=ef c ε02－2L ∆0f 天线的实际频率，L ∆微带天线等效辐射缝隙的长度()()()()8.0/258.0264.0/3.0412.0+-++=∆h W h W hL eeεε矩形贴片的宽度为W210212-⎪⎭⎫ ⎝⎛+=r f c W ε基片尺寸取：g L LG λ2.0+≥ ，g W WG λ2.0+≥介质板材为Rogers RT /duroid 5880，其相对介电常数r ε=2.2，厚度h=2mm ，损耗角正切为0.0009。

在设计过程中，我们假设贴片、微带线的厚度t 与基片厚度相比可以忽略不计，即005.0/≤h t ，在设计过程中，我们令t=0。

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。
27
07
总结与展望
2024/1/29
28
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。
2024/1/29
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
2024/1/29
• 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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平面结构阵列天线的仿真分析

平面结构阵列天线的仿真分析张健;刘晓倩;刘燕;李茹【摘要】由于各种微波射频系统对天线性能的要求越来越高,单个天线不易实现,而阵列天线通过对阵元数量、结构形态、排列方式、馈电幅度和相位的选择与优化,可得到单个天线元无法实现的辐射特性.以对微带天线的矩形贴片的分析为基础,完成Ku波段的4元线极化微带阵列天线设计.利用HFSS仿真软件构建阵列天线的物理模型,利用HFSS宏定义优化天线的尺寸参数,通过数据后处理得出驻波特性、3D增益、增益方向图和电场方向图等曲线.仿真结果表明,该4元微带阵列天线具有低副瓣、高增益特性,可满足天线工程需要.【期刊名称】《微处理机》【年(卷),期】2019(040)003【总页数】6页(P34-39)【关键词】微带阵列天线;馈电网络;Ku波段【作者】张健;刘晓倩;刘燕;李茹【作者单位】西北工业大学明德学院信息工程学院,西安710124;西北工业大学明德学院信息工程学院,西安710124;西北工业大学明德学院信息工程学院,西安710124;西北工业大学明德学院信息工程学院,西安710124【正文语种】中文【中图分类】TP391.9;TN821.81 引言随着现代雷达和通信技术的蓬勃发展，各种微波射频系统对天线性能的要求日趋具体和严格。

因微带天线自身独特的优点，在通信、雷达等多个领域已被广泛应用，这就要求阵列天线不仅要具有特定形状的波束，还要结构紧凑，且体积和重量尽可能小，以满足不同条件下的工程需要。

阵列天线是由若干个天线单元按一定方式排列并给予适当激励获得预定方向图特性的天线；阵列天线的方向图特性是由天线单元数目、各单元间距、排列形式、幅度和相位五个要素确定的，同时还要考虑阵元自身的特性对阵列天线的影响。

阵列天线在结构上由载流线元、口径面元、尺寸较小的微带贴片等组成。

通过对阵元数量、结构形态、排列方式、馈电幅度和相位的选择与优化，可得到单个天线元无法实现的辐射特性。

因此，研究具有低副瓣、高增益特性的微带阵列天线的小型化、轻量化、高机动性，具有重要的工程意义。

hfss设计天线范例

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。

( 或直接点击图标。

)一个新的工程被加入到hfopt_ismantenna项目中，默认名为HFSSModel n。

图2－3 加入新的HFSS设计2．为设计重命名。

在项目树中选中HFSSModel1,单击鼠标右键，再点击Rename项，将设计重命名为hfopt_ismantenna。

图2－4 更改设计名三.选择一种求解方式1．在HFSS菜单上，点击Solution Type选项.2．选择源激励方式，在Solution Type 对话框中选中Driven Mode项。

图2－5 选择求解类型图2－6 选择源激励方式四.设置设计使用的长度单位1.在3D Modeler菜单上，点击Units选项.2.选择长度单位，在Set Model Units 对话框中选中mm项。

图2－5 选择长度单位图2－6 选择mm作为长度单位第三章构造模型本章中你的目标是：√建立物理模型。

√设置变量。

√设置模型材料参数√设置边界条件和激励源√设置求解条件时间：完成这章的内容总共大约要35分钟。

一.建立物理模型1．画长方体。

在Draw菜单中，点击Box选项（或直接点击图标）；图3－1 通过菜单加入一个Box2．输入参数。

按下Tab键切换到参数设置区（在工作区的右下角），设置长方体的基坐标为(x=-22.5mm,y=-22.5mm,z=0.0mm); 按下Enter键后输入三边长度：x方向45mm, y方向45mm, z方向5mm。