HFSS-半波偶极子天线设计.ppt

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1、一半波偶极子天线设计与仿真分析半波偶极子天线1.电流分布对于从中心馈电的偶极子，其两端开路，故电流为零。工程上通常将其电流分布近似为正弦分布。假设天线沿z轴放置，其中心坐标位于坐标原点，如图所示，则长度为l的偶极子天线的电流分布为：I(z)=Imsink(l-

2、z

3、)Im是波腹电流，k波数。对半波偶极子而言l=λ/4.则半波偶极子的电流分布可以写成：I(z)=Imsin（π/2-kz）=Imcos（kz）2.辐射场和方向图已知半波偶极子天线上的电流分布，可以利用叠加原理来计算半波偶极子天线的辐射场。上次课已经求解得：3.

4、方向性系数根据公式可计算出半波偶极子天线的方向性系数为：若以分贝表示为：4.辐射电阻天线的评价功率密度可以用平均坡印亭矢量来表示：5.输入阻抗根据基本的传输线理论，输入阻抗一般同时包含实部和虚部两部分，即为：Zin=Rin+jXin实部电阻包含辐射电阻和导体损耗所产生的导体电阻，对于良导体而言，导体电阻可以忽略，此时实部仅包含辐射电阻Rin=Rr。虚部电抗为零。对于半波偶极子天线而言，输入阻抗近似看为辐射电阻73.2欧姆。可见，半波偶极子天线的输入阻抗是纯电阻，易于和馈线匹配，这也是它被较多采用的原因之一。3.2半波偶极子

5、天线设计这里要求设计一个中心频率为3GHz的半波偶极子天线，天线沿z轴放置，中心位于坐标原点，天线材质使用理想导体，总长度为0.48λ，半径为λ/200.天线的馈电采用集总端口激励方式，端口距离为0.24mm，辐射边界和天线的距离为λ/4。变量定义变量名变量单位（mm）工作波长lambda100天线总长度length0.48*lambda端口距离gap0.24单个极子长度dip_lengthLength/2-gap/2天线半径dip_radiusLambda/200辐射边界圆柱体半径rad_radiusDip_radius

6、+lambda/4辐射边界圆柱体高度rad_heightDip_length+gap/2+lambda/103.3HFSS天线设计流程设置求解类型：模式驱动（drivenmodel）、终端驱动（drivenTerminal）创建天线的结构模型：根据天线的初始尺寸和结构，在HFSS窗口中创建出天线的HFSS参数化设计模型。设置边界条件：在HFSS中，与背景接触的表面都被默认设置为理想导体边界（PerfectE）；为了模拟无限大的自由空间，必须把与背景相接触的表面设置为辐射边界条件或者理想匹配层（PML），这样才能计算出远区辐

7、射场。设置激励方式。天线必须通过传输线或波导传输信号，天线与传输线或者波导连接处即为馈电面或激励端口。有两种激励方式：波端口激励（waveport）和集总端口激励（Lumpedport）。通常在与背景相接触的馈电面的激励方式使用波端口激励，在模型内部的馈电面的激励方式使用集总端口激励。设置参数求解，包括设定求解频率和扫频次数，求解频率通常设定为天线的工作频率。运行求解分析。查看求解结果。Optimertrics优化设计。3.4天线的HFSS仿真设计1.新建设计工程（1）运行HFSS并新建工程启动HFSS软件，新建一个工程文

8、件，把工程文件另存为dipole.hfss。（2）设置求解类型在主菜单栏中选择HFSS----SolutionType，选中DrivenModel单选按钮，然后单击ok按钮，完成设置。（3）设置模型长度单位在主菜单栏中选择Modeler----units，选择mm。2.添加和定义设计变量在HFSS中定义和添加如图1所示的变量。在HFSS主菜单栏中选择HFSS----DesignProperties命令，打开设计属性对话框，单击ADD按钮，打开addproperty对话框，在addproperty对话框中的name输入lam

9、bda，初始值100mm，然后单击ok。依次定义变量length，初始值0.48*lambda；定义变量gap，初始值0.24mm；定义变量dip_length，初始值length/2-gap/2；定义变量dip_radius，初始值lambda/200；定义变量rad_radius，初始值dip_radius+lambda/4；定义变量rad_height，初始值dip_length+gap/2+lambda/10。最后点确定按钮。2.添加和定义设计变量在HFSS中定义和添加如图1所示的变量。在HFSS主菜单栏中选择HF

10、SS----DesignProperties命令，打开设计属性对话框，单击ADD按钮，打开addproperty对话框，在addproperty对话框中的name输入lambda，初始值100mm，然后单击ok。依次定义变量length，初始值0.48*lambda；定义变量gap，初始值0.24mm；