印制偶极子天线设计
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图7
二、 创建三维模型 一）设置模型单位
1. 菜单栏下 ModelerUnits 2. 设置模型单位：
1） 选中单位：mm 2） 点击 OK
图8
二）定义添加设计变量
图9
1. 选择菜单下拉选项 HFSSDesign Properties 2. 弹出对话框 Properties 如图 9：
1） 单击“Add”按键，弹出对话框如图 10 a) Name：H b) Value：1.6mm c) 单击 OK
图 13
图 14 设置名称 1. 在弹出的“Properties”窗口中，选择“Attribute“选项卡 2. 在“Name”项输入：Substrate 3. 点击确定 调整试图（to fit the view） 1. 选择菜单下拉选项 ViewFit AllActive View,或者按“ctrl+D”
图 15
四）创建上层金属片
创建上层金属片（Top_Patch） 1. 选择菜单下拉选项 DrawRectangle 2. 应用坐标信息框,随意输入 rectangle 的位置：鼠标双击 CreateRectangle 其位置如图 16(A)
所示
A B
3. 弹出对话框图 16(B), 1) Postion 输入：0mm ,-W1/2 ,H 2) Axis：Z 3) XSize：-L1
所示 3. 弹出对话框图 17,
a) Postion 输入：-L1 ,-W1/2 ,H b) Axis：Z c) XSize：-W2 d) YSize：-L2
图 18 调整试图（to fit the view） 4. 选择菜单下拉选项 ViewFit AllActive View,或者按“ctrl+D”
值,如图
图 29 创建矩形面 Rectangle1 1. 选择菜单下拉选项 DrawRectangle，在 XY 面上创建任意大小的矩形面，默认名为
Rectangle。
图 30 2. 弹出对话框如图 30
a) Postion 输入：0mm ,W1/2 ,0mm b) Axis：Z c) XSize：-W3 d) YSize：-L3
BoundariesAssign Perfect E，弹出对话框，不修改直接点击 OK
图 42 2. 设置辐射编辑条件：使用 HFSS 分析天线时，必须设置辐射边界条件，且辐射表面和辐
射体的距离需要不小于 1/4 个工作波长 1） 创建一个长方体模型，长方体各个表面和介质层表面之间的距离为 60mm
6. 选中 AIR 目标，选择菜单下拉选项 HFSSBoundariesAssign..Radiation
图 46
六）设置激励方式
创建激励方式 1. 选择菜单下拉选项 DrawRectangle，在 yz 面上创建任意大小的矩形面，默认名为
Rectangle2。
图 47 2. 弹出对话框如图 30
3. 选择菜单中的工具（Tools）选项（Options）3D 模型 选项（3D Modeler Options）,
图4 4. 弹出(3D Modeler Options)对话框如图 5 所示 1） 点击操作（Operation）标签 自动覆盖闭合多线段（Automatically cover closed polylines）：
Point2：-W3-L4 ,W1/2 ,0mm
图 35
镜像生成左侧的三角形和矩形 1. 同时选中 Rectangle1 和 Polyline2
图 36
图 37 2. 菜单下 EditDuplicateMirror,生成新物体名称为 Rectangle1_1 和 Polyline2_1
a) X:0.0，Y:0.0，Z:0.0,按“Enter”按键 b) dX:0.0，dY:1，dZ:0.0,按“Enter”按键
图 27 3. 选中 Dip_Patch_1, 菜单下 EditArrangeMove
a) X:0.0，Y:0.0，Z:1.6,按“Enter”按键 b) dX:0.0，dY:0，dZ:-1.6,按“Enter”按键
图 28 4. 为了使镜像后的 Dip_Patch_1 能根据介质 H 厚度进行依次的修改，需要对其进行变量赋
图1
二）设置工具选项
1．选择菜单中的工具（Tools）选项（Options）HFSS 选项 （HFSS Options）如图 2 所示
图2 2. 弹出对话框 HFSS Options，如图 3 所示
图3
1) 点击常规（General）标签 a) 建立新边界时，使用数据登记项的向导（Use Wizards for data entry when creating new bound boundaries）： 勾选上。 b) 用 几 何 形 状 复 制 边 界 （ Duplicate boundaries/mesh operations with geometry）：勾选上。 c) 点击确定
所示
图 22 在属性窗口的 Point1 和 Point2 处分别输入三角形 A 和 B 的坐标，分别为
a) Point1：-L1 ,-W1/2 ,H
b) Point2：-L1 ,W1/2 ,H 4. 在工程数中是 sheets 下的 Polyline1 节点下的 CreatePolyline 第二个 CreateLine，如下图
图 12 创建基片 3. 选择菜单下拉选项 DrawBox 4. 应用坐标信息框,输入 box 的位置：
1） X:-40，Y:-30，Z:0.0,按“Enter”按键 2） 颜色绿色，透明度 0.6，如图 13 所示 5. 应用坐标信息框，输入 box 对角线的相对位置 1) dX:40，dY:60，dZ:1.6,按“Enter”按键，如图 14 所示 备注：dZ:里面的数值可以设定为 1.6mm，由于是变量，在弹出对话框时需要在 command 里面输入 H,如图所示。
图 34 在属性窗口的 Point1 和 Point2 处分别输入三角形 D 和 E 的坐标，分别为
b) Point1：-W3 ,W1/2 ,0mm c) Point2：-W3 ,W1/2+L3 ,0mm 4. 在工程数中是 sheets 下的 Polyline1 节点下的 CreatePolyline 第二个 CreateLine，如下图 所示;
一、 开始 一）启动 Ansoft Electronics
1. 点击操作系统下的开始菜单，选择 ANSYS Electromagnetics ANSYS Electromagnetics Suite 16.0 ANSYS Electronics Desktop，如下图 1 所示,弹出 ANSYS Electronics Desktop 对 话框。
1) dX:160，dY:180，dZ:120,按“Enter”按键 设置名称 1. 在弹出的“Properties”窗口中，选择“Attribute“选项卡 2. 在“Name”项输入：Air 3. 勾选 Display Wireframe 4. 点击确定
图 44
5. 选择菜单下拉选项 ViewFit AllActive View,或者按“ctrl+D” 图 45
图 25
图 26
创建下表面金属片 1. 创建介质层 BOTTOM 面的金属片----传输线 Top_patch_1(采用镜像的方法进行绘制) 2. 选中 Dip_Patch，菜单下 EditDuplicateMirror,生成新物体名称为 Dip_Patch_1
a) X:0.0，Y:0.0，Z:0.0,按“Enter”按键 b) dX:0.0，dY:1，dZ:0.0,按“Enter”按键
图 19
创建三角形斜切角(Dip_Patch) 1. 选择菜单下拉选项 DrawLine
图 20 2. 根据图 20 的 A、B、C 的顺序创建三角形面，从 ABCA(双击 A)弹出对话框如图 21
所示，点击确定。
图 21 3. 在工程数中是 sheets 下的 Polyline1 节点下的 CreatePolyline 第一个 CreateLine，如下图
印制偶极子天线设计
变量定义 介质层厚度 传输线宽度 传输线长度 偶极子金属片宽度 偶极子一个臂长度 巴伦三角形侧边直角边长 巴伦三角形底边直角边长 微波巴伦长方形部分的宽度
变量对应表 变量名 H W1 L1 W2 L2 L3 L4 W3
变量值（单位：mm） 1.6 3 22 3 21 10 12 3
2）重复上述步骤依次输入 W1：3mm；L1：22mm；W2：3mm;L2: 21mm;L3: 10mm;L4: 12mm;W3: 3mm;如图 11 所示。
图 10
图 11
三）设置材料
1. 使用三维建模材料工具栏， 2. “Select Definition”窗口：
3） 在“Search by Name”文本框中键入：“FR4” 4） 点击确定
图 38 合并生成完整的金属片模型 3. 按住 Ctrl 后依次选择操作历史树如下的所有节点
图 39
4. ModelerBooleanUnite,生成新物体名称为 Dip_Patch_1
图 40
图 41
五）设置边界条件
分配理想导体边界条件 1. 在 sheets 下 同 时 选 中 Dip_Patch_1 与 Dip_Patch ， 选 择 菜 单 下 拉 选 项 HFSS
创建三角形 Polyline2 1. 选择菜单下拉选项 DrawLine
图 31
图 32 2. 根据图 32 的 A、B、C 的顺序创建三角形面，从 DEFD(双击 D)弹出对话框如图 33
所示，点击确定Biblioteka Baidu默认名称为 Polyline2
图 33
3. 在工程数中是 sheets 下的 Polyline2 节点下的 CreatePolyline 第一个 CreateLine，如下图 所示
e) Postion 输入：0mm ,-W1/2 ,H f) Axis：X g) XSize：W1 h) YSize：-H 连接 Top 与 Bottom 层的天线 调整试图（to fit the view） 5. 选择菜单下拉选项 ViewFit AllActive View,或者按“ctrl+D”
（New） 2. 从工程（project）菜单中选择插入 HFSS 设计（Insert HFSS Design）；
或者直接点击工具栏上的 图标，如图 6 所示
图6
四） 设置解决方案类型（Set Solution Type）
1. 菜单栏下 HFSS解决方案类型（Solution Type） 2. 解决方案类型窗口： 3. 选择模式驱动（Modal） 4. 点击 OK 按钮
图 16
4) YSize：W1 调整试图（to fit the view） 1. 选择菜单下拉选项 ViewFit AllActive View,或者按“ctrl+D”
图 17 创建偶极子位于介质层上表面的一个臂(Dip_Patch) 1. 选择菜单下拉选项 DrawRectangle 2. 应用坐标信息框,随意输入 rectangle 的位置：鼠标双击 CreateRectangle 其位置如图 16(A)
所示;
图 23
a) Point2：-L1-W2 ,-W1/2 ,H
合并生成完整的金属片模型 1. 按住 Ctrl 后依次选择操作历史树种 Sheets 下的 Top_Patch、Dip_Patch、Polyline1 节点
图 24 2. ModelerBooleanUnite,生成新物体名称为 Dip_Patch
勾选上。 2） 点击画图（Drawing）标签
编 辑 新 建 原 始 结 构 的 属 性 （ Edit property of new primitive）：勾选上 3） 点击确定按钮
图5 三） 新建工程 1. 在 ANSYS Electronics Desktop 工作界面下，点击文件（File）新建
2）使用三维建模材料工具栏， 3. “Select Definition”窗口：
5） 在“Search by Name”文本框中键入：“AIR” 6） 点击确定
图 43 创建基片 4. 选择菜单下拉选项 DrawBox 5. 应用坐标信息框,输入 box 的位置：
1） X:-100，Y:-90，Z:-60,按“Enter”按键 6. 应用坐标信息框，输入 box 对角线的相对位置
二、 创建三维模型 一）设置模型单位
1. 菜单栏下 ModelerUnits 2. 设置模型单位：
1） 选中单位：mm 2） 点击 OK
图8
二）定义添加设计变量
图9
1. 选择菜单下拉选项 HFSSDesign Properties 2. 弹出对话框 Properties 如图 9：
1） 单击“Add”按键，弹出对话框如图 10 a) Name：H b) Value：1.6mm c) 单击 OK
图 13
图 14 设置名称 1. 在弹出的“Properties”窗口中，选择“Attribute“选项卡 2. 在“Name”项输入：Substrate 3. 点击确定 调整试图（to fit the view） 1. 选择菜单下拉选项 ViewFit AllActive View,或者按“ctrl+D”
图 15
四）创建上层金属片
创建上层金属片（Top_Patch） 1. 选择菜单下拉选项 DrawRectangle 2. 应用坐标信息框,随意输入 rectangle 的位置：鼠标双击 CreateRectangle 其位置如图 16(A)
所示
A B
3. 弹出对话框图 16(B), 1) Postion 输入：0mm ,-W1/2 ,H 2) Axis：Z 3) XSize：-L1
所示 3. 弹出对话框图 17,
a) Postion 输入：-L1 ,-W1/2 ,H b) Axis：Z c) XSize：-W2 d) YSize：-L2
图 18 调整试图（to fit the view） 4. 选择菜单下拉选项 ViewFit AllActive View,或者按“ctrl+D”
值,如图
图 29 创建矩形面 Rectangle1 1. 选择菜单下拉选项 DrawRectangle，在 XY 面上创建任意大小的矩形面，默认名为
Rectangle。
图 30 2. 弹出对话框如图 30
a) Postion 输入：0mm ,W1/2 ,0mm b) Axis：Z c) XSize：-W3 d) YSize：-L3
BoundariesAssign Perfect E，弹出对话框，不修改直接点击 OK
图 42 2. 设置辐射编辑条件：使用 HFSS 分析天线时，必须设置辐射边界条件，且辐射表面和辐
射体的距离需要不小于 1/4 个工作波长 1） 创建一个长方体模型，长方体各个表面和介质层表面之间的距离为 60mm
6. 选中 AIR 目标，选择菜单下拉选项 HFSSBoundariesAssign..Radiation
图 46
六）设置激励方式
创建激励方式 1. 选择菜单下拉选项 DrawRectangle，在 yz 面上创建任意大小的矩形面，默认名为
Rectangle2。
图 47 2. 弹出对话框如图 30
3. 选择菜单中的工具（Tools）选项（Options）3D 模型 选项（3D Modeler Options）,
图4 4. 弹出(3D Modeler Options)对话框如图 5 所示 1） 点击操作（Operation）标签 自动覆盖闭合多线段（Automatically cover closed polylines）：
Point2：-W3-L4 ,W1/2 ,0mm
图 35
镜像生成左侧的三角形和矩形 1. 同时选中 Rectangle1 和 Polyline2
图 36
图 37 2. 菜单下 EditDuplicateMirror,生成新物体名称为 Rectangle1_1 和 Polyline2_1
a) X:0.0，Y:0.0，Z:0.0,按“Enter”按键 b) dX:0.0，dY:1，dZ:0.0,按“Enter”按键
图 27 3. 选中 Dip_Patch_1, 菜单下 EditArrangeMove
a) X:0.0，Y:0.0，Z:1.6,按“Enter”按键 b) dX:0.0，dY:0，dZ:-1.6,按“Enter”按键
图 28 4. 为了使镜像后的 Dip_Patch_1 能根据介质 H 厚度进行依次的修改，需要对其进行变量赋
图1
二）设置工具选项
1．选择菜单中的工具（Tools）选项（Options）HFSS 选项 （HFSS Options）如图 2 所示
图2 2. 弹出对话框 HFSS Options，如图 3 所示
图3
1) 点击常规（General）标签 a) 建立新边界时，使用数据登记项的向导（Use Wizards for data entry when creating new bound boundaries）： 勾选上。 b) 用 几 何 形 状 复 制 边 界 （ Duplicate boundaries/mesh operations with geometry）：勾选上。 c) 点击确定
所示
图 22 在属性窗口的 Point1 和 Point2 处分别输入三角形 A 和 B 的坐标，分别为
a) Point1：-L1 ,-W1/2 ,H
b) Point2：-L1 ,W1/2 ,H 4. 在工程数中是 sheets 下的 Polyline1 节点下的 CreatePolyline 第二个 CreateLine，如下图
图 12 创建基片 3. 选择菜单下拉选项 DrawBox 4. 应用坐标信息框,输入 box 的位置：
1） X:-40，Y:-30，Z:0.0,按“Enter”按键 2） 颜色绿色，透明度 0.6，如图 13 所示 5. 应用坐标信息框，输入 box 对角线的相对位置 1) dX:40，dY:60，dZ:1.6,按“Enter”按键，如图 14 所示 备注：dZ:里面的数值可以设定为 1.6mm，由于是变量，在弹出对话框时需要在 command 里面输入 H,如图所示。
图 34 在属性窗口的 Point1 和 Point2 处分别输入三角形 D 和 E 的坐标，分别为
b) Point1：-W3 ,W1/2 ,0mm c) Point2：-W3 ,W1/2+L3 ,0mm 4. 在工程数中是 sheets 下的 Polyline1 节点下的 CreatePolyline 第二个 CreateLine，如下图 所示;
一、 开始 一）启动 Ansoft Electronics
1. 点击操作系统下的开始菜单，选择 ANSYS Electromagnetics ANSYS Electromagnetics Suite 16.0 ANSYS Electronics Desktop，如下图 1 所示,弹出 ANSYS Electronics Desktop 对 话框。
1) dX:160，dY:180，dZ:120,按“Enter”按键 设置名称 1. 在弹出的“Properties”窗口中，选择“Attribute“选项卡 2. 在“Name”项输入：Air 3. 勾选 Display Wireframe 4. 点击确定
图 44
5. 选择菜单下拉选项 ViewFit AllActive View,或者按“ctrl+D” 图 45
图 25
图 26
创建下表面金属片 1. 创建介质层 BOTTOM 面的金属片----传输线 Top_patch_1(采用镜像的方法进行绘制) 2. 选中 Dip_Patch，菜单下 EditDuplicateMirror,生成新物体名称为 Dip_Patch_1
a) X:0.0，Y:0.0，Z:0.0,按“Enter”按键 b) dX:0.0，dY:1，dZ:0.0,按“Enter”按键
图 19
创建三角形斜切角(Dip_Patch) 1. 选择菜单下拉选项 DrawLine
图 20 2. 根据图 20 的 A、B、C 的顺序创建三角形面，从 ABCA(双击 A)弹出对话框如图 21
所示，点击确定。
图 21 3. 在工程数中是 sheets 下的 Polyline1 节点下的 CreatePolyline 第一个 CreateLine，如下图
印制偶极子天线设计
变量定义 介质层厚度 传输线宽度 传输线长度 偶极子金属片宽度 偶极子一个臂长度 巴伦三角形侧边直角边长 巴伦三角形底边直角边长 微波巴伦长方形部分的宽度
变量对应表 变量名 H W1 L1 W2 L2 L3 L4 W3
变量值（单位：mm） 1.6 3 22 3 21 10 12 3
2）重复上述步骤依次输入 W1：3mm；L1：22mm；W2：3mm;L2: 21mm;L3: 10mm;L4: 12mm;W3: 3mm;如图 11 所示。
图 10
图 11
三）设置材料
1. 使用三维建模材料工具栏， 2. “Select Definition”窗口：
3） 在“Search by Name”文本框中键入：“FR4” 4） 点击确定
图 38 合并生成完整的金属片模型 3. 按住 Ctrl 后依次选择操作历史树如下的所有节点
图 39
4. ModelerBooleanUnite,生成新物体名称为 Dip_Patch_1
图 40
图 41
五）设置边界条件
分配理想导体边界条件 1. 在 sheets 下 同 时 选 中 Dip_Patch_1 与 Dip_Patch ， 选 择 菜 单 下 拉 选 项 HFSS
创建三角形 Polyline2 1. 选择菜单下拉选项 DrawLine
图 31
图 32 2. 根据图 32 的 A、B、C 的顺序创建三角形面，从 DEFD(双击 D)弹出对话框如图 33
所示，点击确定Biblioteka Baidu默认名称为 Polyline2
图 33
3. 在工程数中是 sheets 下的 Polyline2 节点下的 CreatePolyline 第一个 CreateLine，如下图 所示
e) Postion 输入：0mm ,-W1/2 ,H f) Axis：X g) XSize：W1 h) YSize：-H 连接 Top 与 Bottom 层的天线 调整试图（to fit the view） 5. 选择菜单下拉选项 ViewFit AllActive View,或者按“ctrl+D”
（New） 2. 从工程（project）菜单中选择插入 HFSS 设计（Insert HFSS Design）；
或者直接点击工具栏上的 图标，如图 6 所示
图6
四） 设置解决方案类型（Set Solution Type）
1. 菜单栏下 HFSS解决方案类型（Solution Type） 2. 解决方案类型窗口： 3. 选择模式驱动（Modal） 4. 点击 OK 按钮
图 16
4) YSize：W1 调整试图（to fit the view） 1. 选择菜单下拉选项 ViewFit AllActive View,或者按“ctrl+D”
图 17 创建偶极子位于介质层上表面的一个臂(Dip_Patch) 1. 选择菜单下拉选项 DrawRectangle 2. 应用坐标信息框,随意输入 rectangle 的位置：鼠标双击 CreateRectangle 其位置如图 16(A)
所示;
图 23
a) Point2：-L1-W2 ,-W1/2 ,H
合并生成完整的金属片模型 1. 按住 Ctrl 后依次选择操作历史树种 Sheets 下的 Top_Patch、Dip_Patch、Polyline1 节点
图 24 2. ModelerBooleanUnite,生成新物体名称为 Dip_Patch
勾选上。 2） 点击画图（Drawing）标签
编 辑 新 建 原 始 结 构 的 属 性 （ Edit property of new primitive）：勾选上 3） 点击确定按钮
图5 三） 新建工程 1. 在 ANSYS Electronics Desktop 工作界面下，点击文件（File）新建
2）使用三维建模材料工具栏， 3. “Select Definition”窗口：
5） 在“Search by Name”文本框中键入：“AIR” 6） 点击确定
图 43 创建基片 4. 选择菜单下拉选项 DrawBox 5. 应用坐标信息框,输入 box 的位置：
1） X:-100，Y:-90，Z:-60,按“Enter”按键 6. 应用坐标信息框，输入 box 对角线的相对位置