对称振子天线地hfss仿真

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1、word对称振子天线的 HFSS仿真摘 要：对称振子天线不仅是一种结构简单的天线，而且是一经典的，迄今为止使用最广泛的天线。每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子，称 为半波对称振子，单个半波对称振子可简单地独立使用或用作抛物面天线的馈 源，也可采用多个半波对称振子组成的天线阵。 其上电流呈驻波分布，如果两线 末端X开，辐射将逐渐增强。本文用 hfss仿真了一个简单的对称振子天线，得 出了反射系数曲线和远场增益图，熟悉了hfss仿真软件的使用，学习了对称振子天线的原理。关键词：对称振子，hfss,反射系数，远场增益Abstract: Dipole antenna is not onl

2、y an antenna of simple structure, but also is the most widely used antenna till now. The length of every arm is 1/2 wavelength and the whole len gth equal to a wavele ngth is defi ned dipole antenna. Sin gle half-wavedipole antenna can be simply independently used or worked as feed of parabolic ante

3、nna, several half-wave dipole antennas can also con stitutea ntenna array. The curre nt on it distribute as a sta nding wave. If twoe nds of the lines ope n,the radiati on will gradually in creased. This article simulated a simple dipole antenna with hfss,reflectio n coefficie nt curve and far field

4、 gain graph are give n, had a basic kno wledge of hfss software, and the theory of dipole antenna is studied.Key words: Dipole, hfss, reflection coefficient, far field gain0.引言两局部长度相等而中心断开并接以馈电的导线，可用作发射和接收天线，这 样构成的天线叫做对称天线。因为天线有时也称为振子，所以对称天线又叫对称 振子，或偶极天线。总长度为半个波长的对称振子，叫做半波振子，也叫做半波 偶极天线。对称振子天线属于平衡天线，

5、而亏点同轴电缆属于不平衡传输线，假如将天线与同轴电缆直接相连，如此同轴线的外皮有高频电流流过，由于同轴线 的屏蔽层外皮也参与了天线的辐射，这样会影响天线的辐射方向图，因此，在天线和馈电同轴之间参加平衡不平衡转换器，把同轴外皮的高频电流抑制掉，将其 截断。对称振子天线是最根本的单元天线， 用得也最广泛，很多复杂天线是由它 组成的。作为对hfss软件的熟悉使用训练，因此选择了对称振子天线的仿真。1. 仿真过程与模型建立本次仿真是利用hfss软件设计一个靠近理想导电平面的UHF对称振子天线，此天线的中心频率选择为0.55GHz,采用同轴馈电，并考虑了平衡馈电的巴伦结构。仿真过程先完成了在hfss中实

6、现对称振子双臂和馈电机构的建模，然后完成了端口和边界的设置，最后生成了反射系数和二维辐射远场的仿真结果。1.1对称振子天线的建立先建立新的工程，并设置求解类型。在菜单栏中点击HFSSSolution Type,选择类型为Driven Modal。在菜单栏中点击 ModelerUnits,设置模型单位为in。 然后在工具栏下拉菜单点击Select选择材料为copper，即设置天线的材料为铜质。接着创建对称振子模型。在菜单栏中点击DrawCylinder,设置内部圆柱。设置圆柱中心点坐标为0, 0, 0，设置圆柱的半径为0.31，圆柱的高度为5.0。 再点击DrawCylinder，设置圆柱中心点

7、坐标为0，0，0，设置圆柱的半径为 0.37，圆柱的高度为5.0,设置外部圆柱完毕。然后需完成两圆柱的相减。点击 ModelerBoolea nSubtract完成两圆柱体的相减。创建振子天线的两臂。在菜单栏点击DrawBox,在右下角输入长方体起始位 置坐标，分别为X: -0.1,Y:-0.31,Z:5.0再输入长方体的尺寸，分别为0.2, 4.69, 0.065,按回车键完毕。按Crtl+A将模型全部选中，点击ModelerBooleanUnit, 使已建立的模型组合起来。组合后的模型如图1所示。图1组合后的单臂振子模型接着创建中心探针。在菜单栏中点击 DrawCylinder，在坐标输入

8、栏输入圆 柱中心点坐标0，0，0和圆柱半径0.1,圆柱高度5.1。都完成后点击OK完 毕。在菜单栏点击 DrawBox，在右下角输入长方体起始位置坐标，分别为 X : -0.1,Y:0,Z：5.1,再输入长方体的尺寸，分别为 0.2, 5.0， 0.065,按回车键完毕。 最后创建接地针。在菜单栏中点击 DrawCylinder,，选择圆柱中心点坐标为0, 1, 0，圆柱半径为0.0625,圆柱高度为5.1，完成后将已创建的模型组合起来。 至此，振子天线双臂创建完毕，如图2所示。图2创建完毕的双臂对称振子模型1.2波端口与辐射边界的建立接下来创建波端口。在菜单栏点击 DrawCircle，在坐

9、标栏输入0，0，0， 圆半径 0.31，点击 OK 完毕。在菜单栏点击 HFSSExcitationAssignWave Port, 在Modes标签中设置积分线，在Integration Line中点击None选择New Line,在 坐标栏输入0.31，0，0，接着选择半径dX为-0.21。点击Next直至完毕。创建辐射边界。在工具栏中设置模型的默认材料为真空 vacuum，在菜单 栏中点击DrawBox,在右下角坐标输入栏输入长方体的起始点坐标位置，X:-5.0， 丫:-10.0, Z:0.0按回车键完毕输入。接着输入X,Y,Z三个方向尺寸，分别为10.0, 20.0, 12.0。在菜单

10、栏点击 EditSelectBy Name,在对话框选择 Air,点击0K完毕， 在菜单栏点击HFSSBoundariesFinite Conductivity,在材料库中选择copper选中 Infinite Grou nd Pla ne，点击确定完毕。辐射场角度设置。在菜单栏点击 HFSSRadiatio nI nsert Far Field SetupInfinite Sphere 设置 Phi 起始 0，完毕 90，步长 90，设置 Theta起始-180, 完毕180，步长为2。完成后点击OK完毕。设置完成后，如图3所示。i 回* ViaPt 阳 i鲜：;$ 怎远 dQi爭审莎第予弋

11、：口。013: / ，占 Ih zi 巨 Zl ：:_ j 2 g mi 血！亡门！ h U 加！ 匠EU *3 : tj =爆寧 q 圧H-JPSflMSE 9y 曲 im 2 B LKtit&it1 tj UM H召 fj CKiiAnalysis SetupAdd Solution Setup在求解设置窗口 中，设置求解频率为 0.55GHz,Maximum Number of passes为 10，Maximum Delta of pass为 0.02，点击 OK 完毕。设置扫频 HFSS Analysis SetupAdd Sweep选择 Setup1点击OK。设置扫频为快扫频，起始

12、频率0.35GHz,截止频率0.75GHz,共 401步。设置完成后，保存。全部完成后，点击HFSSAnalyze,求解该工程。2. 后处理操作与结果分析2.1 S参数求解点击菜单栏 HFSSResults Create Modal Solution Data Report,接着选择 Recta ngle Plot,在 Trace 窗口 中点击 Y 标签，选择 Category: Sparameter;Quantity:S(p1,p1); Function:dB。点击 New Report完成，可得对称振子的反射系数曲线，如图4所示。由图可知，在天线工作的中心频率0.55GHz，反射系数S11

13、约为-16.03dB。换 算成驻波比指标，约为1.36,满足一般天线的设计需要。2.2 2D辐射远场求解点击菜单栏 HFSSResultsCreate Far Fields Report,接着选择 Radiation Pattern 在 Con text 窗口中设置 Geometry 为 ff_2d,在 Trace 窗口中，将 Ang 这一列 中点击第一个变量 Phi,在下拉菜单中选择 Theta。选择：Category: Ga in Total; Function:dB,点击New Report按钮。可得对阵振子远场增益方向图如图 5所示。刊I闪IL IXLrtaaiation rtmm i

14、图5对阵振子远场增益方向图由图可知，由于理想导电平面的存在，在水平角为0, 90时天线二维辐射图都被抬高了。最大辐射方向出现在俯仰角在0处正Z方向，其增益约为 8.1462dB。3. 结果缺陷分析在运用hfss仿真时，出现了如下的警告，如图6所示-塾 MFSSD电mi 卵4 Or ivftnModil）j Wirnine - Bourkdary Radi and Boundury J gnd_planer ovtrlip. （10124.22 上午 五月 2014）图6仿真时的hfss警告提示辐射源和地面重叠。经分析，在设置辐射边界时，由于是直接加载了一个长 方体，整块地面被加载上去，没有考虑在地面上挖出激励源的小孔，因此造成了和设置波源的重叠。在建立模型时，针对这点可以做出优化。4. 结论本次仿真主要目的是熟悉 hfss仿真软件的使用，选取了简单的对称振子天 线的仿真，建立了一个对称振子天线在一个以空气为介质密闭空间的模型，得到了反射系数曲线和远场增益图，求出了最大辐射方向角和增益。经过本次仿真， 根本熟悉了 hfss软件的使用，但根据仿真的结果仍可以进一步对建立的模型进 展优化，从而得到更准确的结果，仍需要进一步学习。8 / 8