最新对称振子天线远区场分析

对称振子天线远区场

分析

对称振子天线远区场分析

一、实验目的

了解振子天线远区辐射场结构及天线电参数

二、实验步骤

1、创建一个工程

创建一个工程，设置求解类型为Driven Modal，设置模型单位为in，设置材料为真空。

2、创建模型

创建对称振子模型,创建ring_1，在菜单栏中选择Draw\Cylinder，在坐标栏中输入圆柱中心点的坐标X:0,Y:0，Z:0,在坐标栏中输入圆柱半径，

dX:0.31，dY:0，dZ：0，输入圆柱的高度5.0，将其名称改为ring_inner。创建另一个圆柱，在坐标栏中输入圆柱中心点的坐标X:0,Y:0，Z:0,在坐标栏中输入圆柱半径，dX:0.37，dY:0，dZ：0，输入圆柱的高度5.0，将其名称改为ring_1。将新建的两个圆柱进行相减，效果如下，

创建对称振子模型

创建ring_2，复制ring_1，将其半径改为0.435in。

创建Arm_1，新建一个Box，将其起始坐标设置为X:-0.1,Y:-0.31，

Z:5.0，设置长方体三个方向的尺寸，dX:0.2，dY:-4.69，dZ：-0.065，并将其名称改为Arm_1，然后将创建好的模型组合到一起。

创建Center pin，在菜单栏中点击Draw\Cylinder，输入圆柱的中心坐标X:0,Y:0，Z:0，输入圆柱的半径dX:0.1，dY:0，dZ:0，并输入圆柱的高度dZ:5.1，并将名称修改为center_pin。

创建Arm_2，建一个Box，将其起始坐标设置为X:-0.1,Y:-0，Z:5.1，设置长方体三个方向的尺寸，dX:0.2，dY:-5.0，dZ：-0.065，并将其名称改为Arm_2。创建Grounding pin，在菜单栏中点击Draw\Cylinder，输入圆柱的中心坐标X:0,Y:1.0，Z:0，输入圆柱的半径dX:0.0625，dY:0，dZ:0，并输入圆柱的高度dZ:5.1，并将名称修改为pin，然后将创建好的模型组合起来。结果如下，

创建短路pin

创建辐射边界，设置默认材料为真空，创建Air，设置其起始位置为X:-5，Y:-10，Z:0，然后输入三个方向的尺寸，dX:10，dY:20，dZ:12，修改名称为Air。设置辐射边界，选择Air，在菜单栏中选择Radiation，将辐射边界命名为Rad1。结果如下，

创建辐射边界

创建波端口，写一个圆心为（0,0,0）的圆，输入圆半径dX:0.31，dY:0，dZ:0，将其名称修改为p1，设置波端口，在菜单栏中选择Wave Port，在General窗口中将名字命名为p1，在Models中设置积分线，选择New Line，在坐标中输入X:0.31,Y:0,Z:0，dX:-0.21,dY:0,dZ:0,点next直至结束。

创建地板，在菜单栏中选择Editor\Select\Faces，选择Air中Z=0的表面，在菜单栏中选择HFSS\Boundaries\Finite Conductivity，在有限导体边界窗口中设置，将名字修改为gnd_plane，材料选择为Copper，选中Infinite Ground Plane，点击OK完成设置。

辐射场角度设置，在菜单栏中选择Infinite Sphere，在辐射远场对话框中设置，Infinite Sphere标签中，Name:ff_2d，Phi(Start:0，Stop：90，Step Size:2）Theta(Start:-180，Stop：180，Step Size:2），点击OK结束设置。

3、建立并求解

求解设置，设置求解频率，在菜单栏中选择Add Solution Setup，在设置求解设置窗口中设置，Solution Frequency:0.55GHz,Maximum Number of Passses:10,Maximum Delta S Per Pass:0.02，点击OK结束。设置扫频，在Add Sweep中选择Setup1，在扫频设置窗口中选择Sweep

Type:Fast,Frequency Setup Type:Linear Count，Start:30.35GHz，

Stop:0.75GHz，Count:401。将Save Field复选框选中，点击OK结束设置。

4、保存工程

5、求解工程

6、后操作处理

S参数，在菜单栏中选中HFSS\Result\Create Modal Solution Data Report，接着选择Rectangle Plot，在弹出的Trace窗口中设置

Solution:Setup1:Sweep1，Domain:Sweep，点击Y标签，选择Category:S Parameters，Quantity:S（p1,p1),Function；dB，点击New Report按钮完成设置。反射曲线如图所示，

对称振子的反射系数曲线

2D辐射远场，在菜单栏中选择Create Far Fields Report，接着选择Radiation Pattern,在Context窗口中设置，Solution:Setup1:Sweep1，Geometry:ff_2D,在Trace窗口中，Ang列点击Phi选择Theta，选择Category:Gain，Quantity:Gain Total,Function；dB，点击New Report按钮完成设置。结果如下,

对称振子的远场增益方向图

二、实验结果展示及分析

实验结果如上面各图所示。

由反射曲线图可以看到，在天线工作的中心频率0.55GHz处反射系数S11约为-16.03dB，换算成驻波比为1.36，满足一般天线的设计需求。由远场增益图可以看出，由于理想导电平面的存在，在水平角φ=90时天线辐射二维图都被抬高了，最大辐射方向出现在θ=0处。

三、实验感想

本次试验明显感觉比前两次要难操作，有多步反复设置了多次才成功，遇到过几个问题在同学们的讨论下才最终得到解决。通过本次试验，让明白了天线振子的反射系数与频率的关系以及天线增益与角度的关系，对天线的各个参量以及他们之间的关系有了更加清晰的认识，收获颇丰。