基于ADS的偶极子天线性能参数仿真分析

基于ADS的偶极子天线性能参数仿真分析作者：陈宇蒋军魏东旭孙红兵

来源：《电脑知识与技术》2018年第10期

摘要：为了实现对偶极子天线结构性能参数的分析，文章首先设计了一种印刷偶极子天线，对相关的理论进行了研究，依据设计指标对天线的结构、参数进行了计算，随后在Agilent公司的ADS软件上，对所设计的偶极子天线进行了建模，验证了该天线的性能指标符合设计要求。接着通过改变天线的结构尺寸进行性能参数仿真，研究了偶极子天线各项结构参数对天线系统性能的影响，得出了相应结论，仿真结果对偶极子天线设计具有一定的指导意义。

关键词：偶极子；微带；天线；中心频率

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）10-0209-03

1 背景

微带天线与其他基本结构共同构成射频电路，是通讯设备中最为重要的一个组成。通过类比台式电脑、智能手机和U盘等电子设备的发展，电子产品的设计大多数趋于小型化。因此在研究射频电路领域时，对于天线性能的发展方向也应该趋向于小型化。微型天线具有体积小，电气性能完善多样，与有源器件、射频微波电路等结合方便等很多优势，适用于实际应用领域中的大规模制造[1-2]。

2 偶极子天线设计

2.1 天线参数

文章将在分析偶极子天线基本结构的基础上，利用ADS设计一种新型的1.8GHz的偶极子天线，对天线的相关性能进行仿真，对影响偶极子天线性能的相关参数进行仿真设计。文章设计的偶极子天线的相关性能指标如表1所示。

2.2天线结构

偶极子天线大略可以五个部分：微带巴伦线、偶极子天线臂、馈线、地板、通孔[3]。图1显示了设计天线的平面结构示意图。由于结构设计的需要，这几个部分都位于基质板底层的位置。可以看出，底面与顶面的特殊微带线经过通孔紧密连接，最底面地平面和微带巴伦线其中一端相连，另外一端则是与偶极子天线臂相连。

通过对底面层的印刷偶极子天线的分析，等效输入阻抗电路如图2，等效输入阻抗[4-5]为：

3 偶极子天线的仿真结果与分析

通过ADS软件，我们依据相关性能参数，设计偶极子天线结构如图3所示：

每一个天线在设计的过程中，存在着对应的频率范围，将之称为带宽。在研究过程中发现，天线阻抗值最小，相对应的效率最高[6-7]。对上述设计的天线进行必要的基本性能仿真，结果如图4所示：

由仿真图4可知：天线中心频率仿真图的中间最佳点就是中心频率，此时驻波比最小。所以设计天线的中心频率在1.8GHz处，根据参数要求，1.8GHz达到设计要求。

4 偶极子天线结构参数仿真

偶极子天线各个组成部分的几何参数对天线工作性能产生的一系列影响，该文将对偶极子天线的结构尺寸进行相应仿真，分析其对偶极子天线性能的影响。

4.1 天线臂长的影响

改变偶极子天线臂长，得到仿真结果如表2所示。通过分析仿真之后得到的数据，发现影响天线谐振频率的因素之一是天线的臂长：天线的谐振频率会随着天线臂长的不断缩短而逐渐变高。根据相关参数及其理论分析，用公式表示为[Ld=λe4=c4f0εr]，公式中表示天线中有效介电常数。天线臂长除了对谐振频率产生影响，对回波损耗影响也是很大的，偶极子天线的输入阻抗随着臂长的缩短逐渐变小。同时由仿真相应参数可以得到，天线的等效阻抗越接近纯电阻，阻抗对应的匹配特征越好，相对应的回波损耗也会随着越小。

4.2 天线臂宽的影响

通过改变天线臂宽得到的仿真结果如表3所示。分析表中数据可以得到结论，天线的臂宽几乎不影响天线的谐振频率。在相同的谐振频率条件下，其输入阻抗的绝对值会相对变小，这时将会增大天线的工作带宽。

4.3 巴伦线长度的影响

不同巴伦线长的仿真结果如表4所示。由表中数据分析可知，偶极子天线的巴伦线长度基本上不影响天线的谐振频率，但是巴伦线长在一定程度上影响天线的等效输入阻抗。在谐振频率相同的条件下，如果巴伦线的长度[Lb]偏离四分之一波长，则整个天线的等效输入阻抗、带宽和回波损耗都会发生一定的变化。

4.4 地板长度的影响

多次改变地板长度的值，得到的仿真结果如表5所示。分析表中数据，得到结论偶极子天线的地板长度基本不影响天线的谐振频率，但是地板长度在一定程度上影响天线的等效输入阻抗。在谐振频率相同的前提下，回波损耗随着地板长度的变小而变小，相对应的输入阻抗就会越偏离的纯电阻特征。

5 结束语

根据上述仿真分析，通过改变偶极子天线的各个几何尺寸参数，在ADS软件中进行对比仿真分析，研究了天线臂长、臂宽、巴伦线长度、地板长度、地板宽度等几何因素对天线性能参数的影响。在保证天线基本性能的情况下，要使天线的面积减小，实现天线的进一步微型化，第一种方法是适当的减小偶极子天线臂宽[Wd]，第二种方法是减少地板的宽[Wg]。仿真工作对实际微带天线的设计具有一定的指导意义。

参考文献：

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[7] 赵爽，陈殿仁. 毫米波圆极化单脉冲阵列天线的研究[J]. 微波学报， 2011， 27（6）：73-76.

HFSS仿真实验报告样例

. 《微波技术与天线》HFSS仿真实验报告实验二印刷偶极子天线设计专业通信工程年级2011 级姓名毛佳雯学号1116428042 指导老师评分一、仿真实验内容和目的使用HFSS设计一个中心频率为 2.45GHz的采用微带巴伦馈线的印刷偶极子天线，并通过HFSS软件Opitmetrics模块的参数扫描分析功能对印刷偶极子天线的一些重要结构参数进行参数扫描分析，分析这些参数对天线性能的影响。二、设计模型简介整个天线分为5个部分，即介质层，偶极子天线臂，微带巴伦线，微带传输线，见图1。天线各部分结构尺寸的初始值见表1。图1印刷偶极子天线结构图（顶视图）。表1印刷偶极子天线关键结构尺寸初始值。批注[y1]:实际报告撰写中，表格应手动编制，不允许直接截图。

三、建模和仿真步骤 1、新建 HFSS 工程，添加新设计，设置求解类型：Driven Modal。 2、创建介质层。创建长方体，名称设为 Substrate，材质为 FR4_epoxy,颜色为深绿色，透明度为0.6。 3、创建上层金属部分 1）创建上层金属片，建立矩形面，名称 Top_Patch,颜色铜黄色。 2）创建偶极子位于介质层上表面的一个臂。画矩形面，名称 Dip_Patch,颜色铜黄色。3）创建三角形斜切角，创建一个三角形面，把由矩形面 Top_Patch 和 Dip_Patch 组成的 90 折线连接起来。 4）合并生成完整的金属片模型。 4、创建下表面金属片 1）创建下表面传输线 Top_patch_1。 2）创建矩形面 Rectangle1。 3）创建三角形 polyline2。 4）镜像复制生成左侧的三角形和矩形面此步完成后得到即得到印刷偶极子天线三维仿真模型如图2所示。 5、设置边界条件 1）分配理想导体。 2）设置辐射边界条件，材质设为 air。 6、设置激励方式：在天线的输入端口创建一个矩形面最为馈电面，设置该馈电面的激励方式为集总端口激励，端口阻抗为50欧姆。 7、求解设置：求解频率（Solution Frequency）为 2.45GHz，自适应网格最大迭代次数（Maximum Number of Passes）：20，收敛误差（Maximum Delta S）为 0.02。 8、扫频设置：频率扫描范围 2—3GHz，以 0.001GHz 为扫描步进，扫描类型：快速扫描（Fast Sweep）。 9、设计检查和运行仿真计算。图2印刷偶极子天线仿真模型三维结构图。

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 U200913892 2012-3-7

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。 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。

利用等效电路研究偶极子天线带外响应特性

利用等效电路研究偶极子天线带外响应特性摘要：天线作为电子系统发射和接收电磁波的装置，极易与电磁脉冲发生耦合，从而干扰电子系统工作或使接收机阻塞，甚至损坏接收设备的敏感元件。偶极子天线是一种典型的线天线，结构形式简单，应用广泛，但工作频带较窄。当宽谱电磁脉冲入射时，输出响应包含带内响应与带外响应两部分。近年来，诸多研究者针对线天线与电磁脉冲的响应特性进行了大量研究，如采用互易定理推导了对称振子天线的耦合长度与耦合面积、矩量法计算单极子天线在电磁脉冲辐照下时域和频域的响应特性、时域有限差分法计算偶极天线对电磁脉冲的耦合特性、时域积分法计算天线瞬态响应等。数值计算方法可较为精确地计算得到天线的带内带外响应，然而计算过程需建立数值模型且划分网格，耗时较长且复杂。与之相比较，等效电路分析方法方便快捷。为此，文章围绕利用等效电路研究偶极子天线带外响应特性方面进行分析，具有重要的现实意义。关键词：偶极子天线；等效电路；带外响应特性引言：对偶极子天线进行集总参数等效电路建模，通过实验与数值模拟对等效电路的输出响应结果进行对比分析。研究结果表明：偶极子天线集总参数等效电路可用于分析偶极子天线带外响应问题，适用的频率范围为直流至偶极子天线的第二谐振点。当入射电磁脉冲的频谱范围位于该频率范围内时，可采用集总参数等效电路分析计算天线的输出响应；若入射电磁脉冲频谱超出该频率范围时，则由等效电路计算得到的输出响应波形将发生明显畸变，即该等效电路将不适于研究天线的带外高频问题。该研究结果明确了集总参数等效电路的适用频率范围，将有助于准确地应用集总参数等效电路来分析电磁脉冲与天线的响应问题。 1、微带偶极子天线的结构将工作于半波状态的对称振子天线与微带天线技术相结合。整个天线结构分为5部分，即介质层、偶极子天线臂、微带巴伦线、微带传输线和天线馈电面。其中，介质层的材质为相对介电常数εr=4.4的环氧树脂玻璃纤维板(FＲ4)，采用双面敷铜，构成偶极子天线的两臂、微带馈线和微带巴伦。激励信号从天线馈电点处馈入，经过微带巴伦结构和微带传输线传输到偶极子天线的两个臂上。在微带传输线上，电流方向相反，不会辐射电磁波。对于半波偶极子天线，天线两个臂的总长度约为1/2个工作波长。偶极子天线是一个对称结构，传输线上的馈电电流必须是对称分布的。在与SMA母座连接时，需要采用一个不平衡到平衡的转换结构;另外，从阻抗匹配的角度，半波偶极子天线的输入阻抗约为73.2Ω，而馈电端口阻抗为50Ω，需要采用巴伦实现阻抗匹配。图中的三角形微带巴伦和微带传输线一起可以起到阻抗转换的作用，相当于1/4波长阻抗转换器。调节传输线的长度和三角形的大小，可以改变馈电面的输入阻抗。 2、偶极子天线等效电路建模 2.1、等效电路基本模型偶极子天线的五元件集总参数等效电路模型及等效方法，如图１所示。图1 中CO为天线在较低频率时的等效电容，即在低频时，偶极子天线的阻抗可近似为该电容的容抗XCO，电阻可忽略不计。XLO为感抗；ＲＡ与Ｘ１分别为R1，L1，C1并联电路的总电阻与总电抗。其中，LO，CO与Ｌ１，C1均在谐振点ｆ２处满足谐振关系；在谐振点ｆ１处，天线阻抗虚部为零。图一为等效电路

矩量法分析偶极子天线实验报告

矩量法分析偶极子天线实验报告姓名：xxx

学号：xx141544114 班级：通信（通信）141

偶极子天线作为一个底增益的辐射单元。本文用MATLAB软件实现了偶极子天线的电流分布、增益、方向图等参数,对不同半径、不同长度的偶极子天线性能进行比较分析,画出结果图,最后得出结论:矩量法分析能够非常接近解析解,说明其正确性。基于matlab实验程序 function current=twopotential(l) a=0.001; wl=1; NO=20*l; u0=4*pi*1e-7; e0=8.8541e-12; omiga=2*pi*3e8/wl; omigae=i*omiga*e0; omigau=i*omiga*u0; k=2*pi/wl; N=2*NO+1; dl=l/(N+1); v=zeros(N,1); v(NO+1,1)=1; z=zeros(N); e_n=zeros(1,N); for m=1:N for n=1:N tt=(2*phi_P(m,n,dl,a,wl)-phi_P(m+1,n,dl,a,wl)-phi_P(m-1,n,dl,a,wl))/o migae; z(m,n)=omigau*dl^2*phi_P(m,n,dl,a,wl)+tt; end end current=inv(z)*v; current=[0;current;0]; zz=-l/2:dl:l/2; plot(zz,abs(current),'linewidth',2) xlabel('z');ylabel('y') function phi=phi_P(m,n,l_n,a,wl) k=2*pi/wl; if m==n phi=log(l_n/a)/(2*pi*l_n)-k*i/(4*pi); else R=sqrt((m-n)^2*l_n^2+a^2); phi=exp(-i*k*R)/(4*pi*R); end 实验结果图示

基于HFSS的偶极子天线设计与仿真

基于HFSS的偶极子天线设计与仿真偶极子天线是一种常见的无线通信天线，具有简单的结构和较高的工作频率范围。在HFSS（High Frequency Structure Simulator）软件中，可以进行偶极子天线的设计和仿真，以评估其性能和优化设计。首先，设计偶极子天线需要确定工作频率范围和天线结构。根据通信系统的需求，可以选择工作频率范围，例如2.4GHz或5.8GHz，以及天线结构，例如半波长偶极子天线、全波长偶极子天线等。这些参数决定了天线的尺寸和形状。其次，使用HFSS软件创建一个新项目，并绘制天线的几何结构。可以使用绘制工具（例如直线、圆弧）绘制偶极子天线的导线元件，以及其他必要的辅助结构（例如基板、地面平面）。确保导线元件合适地分布在基板上，并具有所需的长度和间距。在绘制完成后，为偶极子天线和辅助结构分配材料属性。可以选择适当的材料，例如导电性能好的金属材料作为导线元件，介电常数合适的绝缘材料作为基板。通过指定材料的属性，可以准确地模拟天线的电磁特性。接下来，设置仿真参数，例如频率范围、网格分辨率等。确保仿真参数能够覆盖所需的工作频率范围，并设置适当的网格分辨率以获得更准确的结果。然后，进行天线的仿真分析。使用HFSS软件的求解器进行电磁场的求解，并得到天线的电磁特性，例如S参数、辐射图案、增益等。通过观察仿真结果，可以评估天线的性能，并进行设计优化。根据仿真结果，可以进行天线的优化设计。例如，可以调整导线长度和间距以改变天线的共振频率和阻抗匹配。也可以通过修改基板尺寸和形

状，进一步改善天线性能。在进行优化设计时，可以使用HFSS软件的参数化设计功能，通过自动改变参数值进行批量仿真分析，以便更高效地寻找最优解。最后，根据优化设计的结果，可以制作并测试实际的偶极子天线样品，以验证仿真结果的准确性。根据测试结果，可以对天线进行细微调整，以进一步优化性能。总之，HFSS是一款强大的工具，可用于设计和仿真偶极子天线。通过HFSS软件的几何建模、材料分配和仿真分析功能，可以有效地评估天线的性能，并进行设计优化，以满足通信系统的需求。使用HFSS软件，可以大大加快偶极子天线的设计过程，并提高设计的准确性和可靠性。

算法仿真天线实验报告

算法仿真天线实验报告一、实验介绍本次实验旨在通过算法仿真的方式，研究和探索天线的工作原理及性能。通过使用仿真软件，可以加深对天线特性的理解，并通过仿真结果分析进一步优化天线设计。二、实验过程 1. 确定仿真软件：本次实验使用的是电磁仿真软件HFSS，该软件可以进行电磁场分析，可以用来模拟和分析天线的性能。 2. 设计天线模型：根据实验要求，选择天线的类型和参数。可以选择一根直立的天线杆，设置杆的高度和直径。也可以选择适当的天线形状和尺寸，例如常用的方形衬型天线、印制天线、贴片天线等。 3. 定义天线工作频段：根据实验要求，确定天线的工作频段。可以选择一个单一频段，也可以选择多个频段。 4. 设计电源供应：确定天线的电源方式，可以选择直流电源或者交流电源。 5. 进行电磁仿真：将天线模型导入HFSS软件中，在软件中配置和定义仿真参数。定义天线工作频段、电源参数等。进行电磁仿真。

6. 仿真结果分析：根据仿真结果，分析天线的增益、方向性、频率响应等性能指标。对于无法满足实验要求的天线，可以进行参数调整和优化。 7. 优化设计：根据分析结果，对天线模型进行优化设计。可以调整天线的尺寸、形状、材料等参数。再次进行仿真。 8. 重复实验：根据需要，可以进行多次优化设计和仿真实验，以进一步提高天线性能。三、实验结果与分析通过电磁仿真软件进行天线实验，在给定的频段和工作条件下进行仿真，可以获得以下性能指标： 1. 增益：增益是衡量天线辐射效果的重要指标，表示天线辐射功率与理论理想辐射功率之比。一般来说，增益越大，天线辐射能力越强。 2. 方向性：方向性是指天线辐射功率随辐射方向的变化情况。一般来说，天线的方向性越集中，表示天线的辐射范围越小，辐射功率更集中。 3. 频率响应：频率响应是指天线在不同频段上的辐射能力。在实际应用中，天线需要能够覆盖整个工作频段，保持稳定的性能。

偶极子天线实验报告

偶极子天线实验报告一、引言偶极子天线是一种常见的无线通信天线，广泛应用于无线电通信、雷达系统、卫星通信等领域。本实验旨在通过实际操作，验证偶极子天线的工作原理和性能。二、实验目的 1. 了解偶极子天线的基本原理和结构； 2. 掌握偶极子天线的调整方法和性能测试； 3. 分析偶极子天线的辐射特性，并比较不同参数对天线性能的影响。三、实验器材 1. 偶极子天线； 2. 信号源； 3. 高频信号发生器； 4. 示波器； 5. 电源。四、实验步骤 1. 搭建实验平台：将偶极子天线固定在天线架上，并将信号源与天线连接。调整天线的位置和方向，使其与信号源保持最佳匹配。 2. 测量天线增益：通过改变信号源的频率，测量天线在不同频率下的增益，并绘制增益-频率曲线。

3. 测量天线辐射方向图：将天线固定在水平方向上，通过旋转天线架，测量天线在不同角度下的辐射功率，并绘制辐射方向图。 4. 测量天线阻抗：将信号源与示波器连接，测量信号源输出和天线输入之间的阻抗，并计算天线的输入阻抗。 5. 调整天线参数：根据实验结果，调整天线的长度、宽度等参数，观察天线性能的变化。五、实验结果与分析 1. 实验结果：根据实验数据，绘制了天线增益-频率曲线，得出天线在特定频率范围内具有较高的增益。实验数据还显示，天线在水平方向上具有较好的辐射特性，辐射范围较宽。通过调整天线的参数，可以进一步优化天线性能。 2. 实验分析：偶极子天线的增益与频率有关，通常在某个特定频率下具有最大增益。这是因为天线的长度和频率之间存在共振关系，只有在共振频率下，天线才能有效地辐射和接收电磁波。而在共振频率附近，天线的增益会显著下降。天线的辐射方向图描述了天线在不同方向上的辐射功率分布。通过测量不同角度下的辐射功率，可以绘制出辐射方向图。一般来说，偶极子天线的辐射方向图呈现出较为均匀的辐射特性，在水平方向上具有较好的辐射范围。

ADS仿真分析范文

ADS仿真分析范文 ADS仿真分析（Analog Devices Simulations）是一种用于电路设计和电子系统仿真的工具软件。它可以帮助工程师们在设计过程中进行分析、优化和验证，从而提高设计的可靠性和性能。本文将对ADS仿真分析进行介绍，包括其功能和应用范围。首先，ADS仿真分析具有丰富的电路设计功能。它支持各种类型的电路设计，如模拟电路、数字电路、混合电路等。用户可以通过ADS软件中的图形界面进行设计，包括组件选择、连线、参数设置等。对于模拟电路，ADS还提供了各种模拟器和分析工具，如直流分析、交流分析、噪声分析等，可以准确地模拟电路的运行状态。其次，ADS仿真分析可以进行系统级的建模和仿真。对于复杂的电子系统设计，用户可以使用ADS来建立系统级模型，包括各种模块和子系统。通过对这些模型的仿真，可以对系统的整体性能进行评估和优化。同时，ADS还支持多领域的耦合仿真，如电磁场-电路耦合仿真、机械-电路耦合仿真等，可以更全面地分析系统的性能。另外，ADS仿真分析还具有优秀的性能和可扩展性。它采用了先进的仿真算法和优化技术，可以快速准确地进行仿真分析。同时，ADS还支持分布式计算和并行仿真，可以充分利用多核处理器和分布式计算资源，提高仿真速度和效率。此外，ADS还提供了各种扩展模块和库，用户可以根据需要选择并集成，以满足不同的仿真需求。最后，ADS仿真分析有着广泛的应用范围。它可以应用于各种领域的电子设计，如通信、消费电子、汽车电子等。在通信领域，ADS可以用于无线通信系统的设计和优化，包括射频前端的模拟设计、功率放大器的线

性度分析等。在消费电子领域，ADS可以用于电源管理电路的设计和分析，包括开关模式电源的稳定性分析、电路效率的评估等。在汽车电子领域，ADS可以用于汽车电子系统的设计和测试，如汽车雷达的接收机设计、汽车电源的抗干扰分析等。总结而言，ADS仿真分析是一种强大的电路设计和系统仿真工具。它具有丰富的设计功能、系统级建模和仿真能力、优秀的性能和可扩展性，适用于各种领域的电子设计。通过使用ADS，工程师们可以更快速、准确地进行电路设计和系统优化，提高产品的可靠性和性能。

基于ADS的微带天线的设计及仿真

基于ADS的微带天线的设计与仿真The design and simulation of PIFA based on ADS 王伟堃（Wang Weikun）06250109

计算机与通信学院本科生毕业设计说明书基于ADS的微带天线的设计与仿真作者：王伟堃学号：06250109 专业：通信工程班级：06级通信工程（1）班指导教师：侯亮答辩时间：2010年6月15日

平面倒F天线(PIFA,Planar Inverted F Antenna)主要应用在手机终端中，由于其体积小、重量轻、成本低、性能好，符合当前无线终端对天线的要求，因而得到广泛的应用，进行了许多研究工作。先进设计系统(Advanced Design System)，简称ADS，是安捷伦科技(Agilent)为适应竞争形势，为了高效的进行产品研发生产，而设计开发的一款EDA软件。软件迅速成为工业设计领域EDA软件的佼佼者，因其强大的功能、丰富的模板支持和高效准确的仿真能力（尤其在射频微波领域），而得到了广大IC设计工作者的支持。ADS可以模拟整个信号通路，完成从电路到系统的各级仿真。它把广泛的经过验证的射频、混合信号和电磁设计工具集成到一个灵活的环境中，包括从原理图到PCB 板图的各级仿真，当任何一级仿真结果不理想时，都可以回到原理图中重新进行优化，并进行再次仿真，直到仿真结果满意为止，保证了实际电路与仿真电路的一致性。本设计通过ADS软件对微带天线进行设计，设计了平面倒F天线，即PIFA天线的设计以及利用Hilbert分型结构对天线小型化设计。论文主要包括：PIFA天线的介绍，ADS软件的使用，PIFA天线的设计以及仿真，优化及结果分析等容。论文结构安排如下：第一章绪论；第二章FIFA天线原理及介绍；第三章ADS软件的使用；第四章PIFA天线的设计；第五章仿真优化及结果分析。第一章介绍了本设计要解决的问题，提出了用ADS软件设计PIFA天线。第二章详细介绍了PIFA天线的工作原理和Hilbert分型结构的原理。第三章介绍本次设计主要用到的ADS相关的功能。第四章详细的介绍了设计的全过程。第五章就仿真结果及进一步优化做了详尽的分析。由于水平有限，设计难免存在漏洞和缺陷，欢迎批评指正。

共面波导ads仿真

共面波导ADS仿真概述共面波导是一种特殊的传输线结构，常用于高频电路和微波器件的设计中。共面波导具有低损耗、高带宽和良好的匹配特性，因此在无线通信、雷达系统和天线设计等领域得到广泛应用。为了更好地理解和优化共面波导的性能，工程师们通常使用ADS软件进行仿真和分析。 ADS简介 ADS（Advanced Design System）是一款由美国Keysight Technologies公司开发的电子设计自动化软件。它提供了全面的射频、微波和信号完整性设计工具，包括电路仿真、系统仿真、电磁仿真和混合仿真等功能。ADS具有强大的仿真引擎和用户友好的界面，广泛应用于无线通信、微波集成电路和射频系统的设计和分析。共面波导基本原理共面波导是一种平面结构的传输线，由两个金属平板和介质层组成。它的工作原理基于电磁波在金属平板之间传播的方式。共面波导中的电磁波主要是由电场和磁场构成的横向电磁波（TE波），其中电场和磁场都垂直于金属平板的方向。共面波导可以传输高频信号，并且由于其结构的特殊性，可以有效地避免信号的辐射损耗和串扰问题。共面波导ADS仿真流程共面波导的ADS仿真通常包括以下几个主要步骤： 1. 建立模型在ADS中，首先需要建立共面波导的几何模型。可以通过绘制金属平板的形状、设置介质层的参数和指定金属平板之间的间距来定义共面波导的结构。此外，还需要指定工作频率和其他仿真参数。 2. 定义材料参数共面波导的性能与所使用的材料密切相关。在ADS中，可以通过定义介质层的材料参数来模拟实际材料的特性。这些参数包括介电常数、磁导率、电导率等。正确定义材料参数对于准确模拟共面波导的行为至关重要。

实验一、半波偶极子天线的仿真设计

实验一、半波偶极子天线的仿真设计一、设计目标设计一个半波偶极子天线，其中心工作频率为3.0GHz左右，回波损耗S11的10dB带宽大于300MHz,并给出天线的仿真模型和仿真结果（S11、VSWR、Smith圆图、输入阻抗、E面增益方向图和三维增益方向图）。二、设计步骤 1、添加和定义设计变量：将天线的相应变量定义好，如图： 2、创建偶极子天线模型先建立一个圆柱体模型，作为偶极子天线的一个对称臂，再利用复制操作，生成偶极子天线的另外一个对称臂，如图：

并设定好坐标参数： 3、设置端口激励将工作平面设置成YZ平面，并创建矩形激励：

端口阻抗设为73.2ohm，积分线从下边缘中点到上边缘中点。 4、设置辐射边界条件先创建辐射边界的圆柱体（把当前工作面设置为xy平面），并把圆柱体的名称设置为“Rad_air”，材质设置为“air”，颜色设置为浅蓝色蓝，透明度（Transparent）设置为“0.8”，圆柱体底面的圆心坐标为（0mm，0mm，-rad_height），半径为 rad_radius，高度为2*rad_height。再设置辐射边界条件，选中该圆柱体模型，单击鼠标右键，选择【Assign Boundary】→【Radiation】命令，会弹出辐射边界条件的对话框，选择“Radiating Only”，单击OK按钮，把园柱体模型“Rad_air”的表面设置为辐射边界条件。 5、求解设置先设置求解频率和网格剖分，选择主菜单【HFSS】→【Analysis Setup】→【Add Solution Setup】命令,打开Solution Setup对话框;在该对话框中，Solution Frequency项输入求解频率3.0GHz,Maximum Number of Passes项输入最大迭代次数20，Max Delta S项输入收敛误差0.02，其他保持默认设置不变，然后单击确定按钮，退出对话框，完成求解设置。再设置扫频，选择主菜单【HFSS】→【Analysis Setup】→【Add Frequency Sweep】命令,会弹出Select a Solution Setup对话框，在该对话框中选择Setup1,单击OK按钮;随之会弹出Edit Frequency Sweep对话框,在该对话框中，Sweep Type项选择扫描类型为Fast;在Frequency Setup栏，Type项选择LinearStep;Start项输入2.5GHz; Stop项输入3.5GHz;Step项输入0.01GHz;其他项都保留默认设置不变，最后单击对话框确定按钮，完成设置，退出对话框。 6、设计检查和运行仿真计算用Validation Check和Analyze All命令进行仿真计算。模型整体如下图：

ADS仿真

ADS仿真：微带滤波器的设计微波滤波器是用来分离不同频率微波信号的一种器件。它的主要作用是抑制不需要的信号, 使其不能通过滤波器, 只让需要的信号通过。在微波电路系统中，滤波器的性能对电路的性能指标有很大的影响，因此如何设计出一个具有高性能的滤波器，对设计微波电路系统具有很重要的意义。微带电路具有体积小，重量轻、频带宽等诸多优点，近年来在微波电路系统应用广泛，其中用微带做滤波器是其主要应用之一，因此本节将重点研究如何设计并优化微带滤波器。 1 微带滤波器的原理微带滤波器当中最基本的滤波器是微带低通滤波器，而其它类型的滤波器可以通过低通滤波器的原型转化过来。最大平坦滤波器和切比雪夫滤波器是两种常用的低通滤波器的原型。微带滤波器中最简单的滤波器就是用开路并联短截线或是短路串联短截线来代替集总元器件的电容或是电感来实现滤波的功能。这类滤波器的带宽较窄，虽然不能满足所有的应用场合，但是由于它设计简单，因此在某些地方还是值得应用的。 2 滤波器的分类最普通的滤波器的分类方法通常可分为低通、高通、带通及带阻四种类型。图12.1给出了这四种滤波器的特性曲线。按滤波器的频率响应来划分，常见的有巴特沃斯型、切比雪夫Ⅰ型、切比雪夫Ⅱ型及椭圆型等；按滤波器的构成元件来划分，则可分为有源型及无源型两类；按滤波器的制作方法和材料可分为波导滤波器、同轴线滤波器、带状线滤波器、微带滤波器。 3 微带滤波器的设计指标微带滤波器的设计指标主要包括： 1绝对衰减（Absolute attenuation）：阻带中最大衰减（dB）。 2带宽（Bandwidth）：通带的3dB带宽（flow—fhigh）。 3中心频率：fc或f0。 4截止频率。下降沿3dB点频率。 5每倍频程衰减（dB/Octave）：离开截止频率一个倍频程衰减（dB）。 6微分时延（differential delay）：两特定频率点群时延之差以ns计。

基于HFSS仿真软件的天线设计与调优

基于HFSS仿真软件的天线设计与调优天线是如今无线通信设备中不可或缺的一部分，通过天线将电磁波转换成信号，实现无线通信。天线的设计和调优是影响无线通信设备性能的关键因素，优秀的天线设计能够提高通信质量和传输速率，从而提高用户体验和设备性能。而基于HFSS仿真软件的天线设计与调优已经成为了当今设计领域的重要工具。一、HFSS仿真软件简介高频结构模拟软件（High-Frequency Structure Simulator，HFSS）是美国ANSYS公司研发的一款专门用于高频电磁场仿真分析的电磁场仿真软件，主要用于电磁场分析、天线设计、微波电路设计和系统分析。HFSS具有完整的三维数值电磁场求解器，可以方便地进行电磁波计算和分析。其模拟精度高，支持多种材料和内置模型库等多种功能。二、天线设计基础知识天线的设计主要涉及天线结构的选择、频率范围、辐射模式等基本参数，其中，基本参数包括天线的阻抗匹配、辐射方向、增益和效率等指标。天线结构的选择

天线的结构形式多种多样，可分为线性天线和非线性天线两类。在选择天线的结构时，需要考虑天线的形状、尺寸和材料等因素。线性天线一般采用金属丝或金属棒等导体实现，包括单极天线、双极天线、饰片天线、圆极化天线、螺旋极化天线等，非线性天线则更加复杂，如各种周期性天线、基于共振现象的天线等。天线频率范围天线设计时需要确定天线的频率范围，通常以天线的带宽作为衡量标准，可根据实际需求选择不同的工作频段。天线的增益和效率天线的增益和效率是天线性能的重要指标。增益是指天线在辐射方向上将输入功率转换成辐射功率的能力，而效率是指天线对输入功率的利用率。三、基于HFSS仿真软件的天线设计与调优 HFSS仿真软件能够提供准确的天线模型和全波分析，可以帮助工程师们在仿真环境中预测和优化天线性能。下面我们将介绍基于HFSS仿真软件的天线设计和调优的主要流程。 1. 建立天线模型在HFSS软件中，用户需要准确的建立天线模型。对于线性天线，可以直接通过画线工具创建，而对于非线性天线，则需要借

2.4G印制偶极子天线设计与仿真.docx

2. 4G印制偶极子天线设计与仿真答辩人：陈孙水指导老师:游佰强 2007.6.1

论文主要工作： ■1、检索国内外相关资料，了解RFID技术发展、现况及目前标签天线种类与特点。 ■2、学习相关理论，掌握ADS有关印制天线设计基本操作，对V形地平面偶极子天线进行设计。 ■3、仿真讨论一些参数对天线性能影响，对所设计天

线仿真并分析其结果。

RFID （Radio Frequency Identification无线射频识别）: 埃森哲实验室首席科学家弗格森认为RFID是一种突破性的技术. 该技术正蓬勃发展，在航空业、物流运输业、动物识别等领域大展拳脚。

RFID发展简史 ■ 1948年哈里斯托克曼发表的“利用反射功率的通信”奠定了射频识别技术的理论基础。 ■ 1950-1960年是射频识别技术早期的探索阶段。■ 1970-1980年射频识别技术与产品研发得到大发展并于80年代进入商业成规模应用。 ■ 2000年后标准化问题日趋为人们所重视。之后, 射频识别技术的理论得到丰富和完善。

RFID现状 ■ RFID系统工作频率不高时，多用环天线。大部分能量以交变磁场的形式耦合。常用的有四种微型化设计方案：空心线圈、磁芯线圈、薄膜天线和集成天线 ■433MHz可采用平面倒F天线；915MHz可采用偶极子天线，典型的设计天线尺寸大小为：76.1 X44X1.2mm3o ■工作在特高频（UHF）以上的RFID标签大多采用对称振子或是其变形结构的线天线（如折合振子天线，Vee型振子天线和领结振子天线等）・单极子天线开始在手机中得到了成功的应用，通过适当优化单集子的数目及天线（阵列）的长度，可全频段工作，使天线工作频率在850MHz〜 6GHz频率范围内。 ■24GHz以及更高的频率，微带馈电缝隙天线有较好的前景

半波偶极子天线的HFSS仿真设计

半波偶极子天线的HFSS仿真设计在开始仿真设计之前，首先需要进行天线的三维建模。打开HFSS软件，并选择新建工程，设定仿真频率范围和单位。然后点击导航栏的“模型创建”按钮，选择“3D模型”。在新建的3D模型中，选择“导入”按钮，导入天线的CAD模型，或者手动绘制天线的几何结构。根据具体的设计要求，设置天线的尺寸和材料等参数。接下来，需要定义天线的材料特性。点击导航栏的“材料”按钮，选择“创建材料”。根据具体的天线材料属性，设置材料的介电常数、磁导率等参数。点击“应用”按钮，完成材料属性的定义。然后，进行边界条件的设置。点击导航栏的“边界条件”按钮，选择“终止条件”。选择边界条件的类型，如正常边界条件、电磁边界条件等。根据具体的设计要求，设置边界条件的参数。点击“应用”按钮，完成边界条件的设置。接下来，需要设定仿真的激励模式。点击导航栏的“激励”按钮，选择“微带激励端口”。设置仿真的频率、激励电压等参数。根据具体的设计要求，设置激励的位置和方向等参数。然后，进行网格划分。点击导航栏的“网格划分”按钮，选择“全局网格划分”。根据具体的仿真要求，设置网格划分的密度、精度等参数。点击“划分”按钮，生成网格。完成网格划分后，需要进行仿真求解。点击导航栏的“求解器设置” 按钮，选择合适的求解器，如频域求解器或时域求解器等。根据具体的仿真要求，设置求解器的参数。然后点击“求解”按钮，进行仿真求解。

仿真求解完成后，可以进行结果的分析和优化。点击导航栏的“结果”按钮，选择合适的结果显示方式，如3D图像、功率图等。根据具体的设计要求，分析天线的辐射图案、增益等性能指标。根据需要，进行参数的优化，如改变天线的尺寸、位置等。再次进行仿真求解，直至达到预期的性能指标。本文介绍了使用HFSS软件进行半波偶极子天线的仿真设计的步骤和方法。通过三维建模、材料定义、边界条件设置、激励模式设定、网格划分、仿真求解和结果分析等步骤，可以实现对半波偶极子天线性能的仿真和优化。这些步骤是天线仿真设计的基本流程，可以根据具体的设计要求和软件使用方法进行调整和优化。

ADS系统级仿真解析

实验5 ADS系统级仿真实验目的： 1. 了解收发信机的基础知识； 2. 掌握利用ADS 中行为级模块进行系统级仿真的方法。 ①使用如滤波器、放大器、混频器等行为级的功能模块搭建收发信机系统。 ②运用S 参数仿真、交流仿真、谐波平衡仿真、瞬态响应仿真等仿真器对收发信机系统的各种性能参数进行模拟检测。实验内容： 5.1 收发信机的基础知识 5.2 外差式接收机的系统级仿真 5.1 收发信机的基础知识 1. 接收机接收机将通过信道传播的信号进行接收，提取出有用信号。接收机一般具有接收灵敏度、选择性、交调抑制、噪声系数等性能参数。接收机的实现架构可分为：超外差、零中频和数字中频等。

典型无线接收机框图（超外差式）接收机各部分的作用和要求如下： ① 射频滤波器1 （FP Filterl ）选择信号频段、限制输入信号带宽、减小互调失真。抑制杂散信号，避免杂散响应。减少本振泄漏，在频分系统中作为频域相关器。 ② 低噪声放大器（LNA ）在不使接收机线性度恶化的前提下提供一定的增益。抑制后续电路的噪声，降低系统的噪声系数。 ③ 射频滤波器2（ FP Filter2）抑制由低噪声放大器放大或产生的镜频干扰。进一步抑制其他杂散信号。减少本振泄漏。 ④ 混频器（Mixer ）将射频信号下变频为中频信号。是接收机中输入射频信号最强的模块，其线性度极为重要，同时要求较低的噪声系数。 V LNA PF Filter 1 II AMP Mixer PF Filter BB Injection Filter

⑤ 本振滤波器（Injection Filter ）滤除来自本振的杂散信号。 ⑥ 本振信号源（LO ）为接收机提供本地振荡信号。 ⑦ 中频滤波器（IF Filter ）抑制相邻信道的干扰，提供选择性。滤除混频器产生的互调干扰。如果存在第二次变频，需要抑制第二镜频。 ⑧ 中频放大器（IF AMP ）将信号放大到一定的幅度，供后续电路（如数模转换器或解调器）处理。通常需要较大的增益并实现增益控制。 2. 发射机发射机是一个非常重要的子系统，无论是语音、图像，还是数字信号，要利用电磁波传送到远端，都必须使用发射机产生信号，然后经调制放大送到天线。发射机一般具有频率、带宽、功率、辐射杂散等性能指标参数，发射机的实现架构可分为：超外差、零中频和数字中频等。

射频和微波工程实践入门-第1章用HFSS仿真微波传输线和元件

第一章用HFSS仿真微波传输线和元件 0 1.1 Ansoft HFSS概述 0 1.1.1 HFSS简介 0 1.1.2 HFSS的应用领域 (1) 1.2 HFSS软件的求解原理 (1) 1.3 HFSS的基本操作介绍 (3) 1.3.1 HFSS的操作界面和菜单功能介绍 (3) 1.3.2 HFSS仿真分析基本步骤 (4) 1.3.3 HFSS的建模操作 (5) 1.4 HFSS设计实例1——矩形波导的设计 (10) 1.4.1 工程设置 (10) 1.4.2 建立矩形波导模型 (11) 1.4.3 设置边界条件 (12) 1.4.4 设置激励源wave port (14) 1.4.5 设置求解频率 (15) 1.4.6 计算及后处理 (15) 1.4.7 添加电抗膜片 (17) 1.5 HFSS设计实例2——E-T型波导的设计 (23) 1.5.1 初始设置 (23) 1.5.2 建立三维模型 (24) 1.5.3 分析设置 (27) 1.5.4 保存工程 (27) 1.5.5 分析 (27) 1.5.6 生成报告 (28) 1.6 HFSS设计实例3——H-T型波导的设计 (31) 1.6.1 创建工程 (31) 1.6.2 创建模型 (32) 1.6.3 仿真求解设置 (36) 1.6.4 比较结果 (37) 1.7 HFSS设计实例4——双T型波导的设计 (39) 1.7.1 初始设置 (39) 1.7.2 建立三维模型 (40) 1.7.3 分析设置 (43) 1.7.4 保存工程 (44) 1.7.5 分析 (44) 1.7.6 生成报告 (45) 1.8 HFSS设计实例5——魔T型波导的设计 (47) 1.8.1 建立匹配膜片与金属杆 (48) 1.8.2 分析设置 (48) 1.9 HFSS设计实例6——圆波导的设计 (52) 1.9.1 初始设置 (52) 1.9.2 建立三维模型 (53) 1.9.3 分析设置 (55) 1.9.4 保存工程 (56)