半波偶极子天线的HFSSWord格式文档下载.docx
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4.通过仿真设计掌握天线的根本参数：
频率、方向图、增益等。
二、实验步骤：
本次实验设计一个中心频率为3GHz的半波偶极子天线。
天线沿着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。
天线馈电采用集总端口鼓励方式，端口距离为0.24mm，辐射边界和天线的距离为λ/4。
１、添加和定义设计变量
参考指导书，在AddProperty对话框中定义和添加如下变量：
2、设计建模
１〕、创立偶极子天线模型
首先创立一个沿Z轴方向放置的细圆柱体模型作为偶极子天线的一个臂，其底面圆心坐标为〔0，0，gap/2〕，半径为dip_radius，长度为dip_length，材质为理想导体，模型命名为Dipole，如下：
然后通过沿着坐标轴复制操作生成偶极子天线的另一个臂。
此时就创立出了偶极子的模型如下：
2〕、设置端口鼓励
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立一个平行于YZ面的矩形面作为鼓励端口平面，并设置端口平面的鼓励方式为集总端口鼓励。
该矩形面需要把偶极子天线的两个臂连接起来，因此顶点坐标为〔0，-dip_radius，-gap/2〕，长度和宽度分别为2*dip_radius和gap。
如下：
然后设置该矩形面的鼓励方式为集总端口鼓励。
由之前的理论分析可得，半波偶极子天线的输入阻抗为73.2Ω，为了到达良好的阻抗匹配，将负载阻抗也设置为73.2Ω。
随后进行端口积分线的设置。
此处积分线为矩形下边缘中点到矩形上边缘中点。
3〕、设置辐射边界条件
要在仿真软件中计算分析天线的辐射场，必须先设置辐射边界条件。
本次设计中采用辐射边界和天线的距离为1/4个工作波长。
这里，我们先创立一个沿着Z轴放置的圆柱体模型，其材质为空气，底面圆心坐标为〔0,0，-rad_height〕,半径为rad_radius，高度为2*rad_height。
具体参数如下：
然后将圆柱体外表设置为辐射边界条件：
３、求解设置
分析的半波偶极子天线的中心频率在3GHz左右，所以把求解频率设置为3GHz。
同时添加2.5~3.5GHz的扫频设置，扫频类型选择快速扫频，分析天线在2.5~3.5GHz频段内的回波损耗和电压驻波比。
1）、求解频率和网络剖分设置
设置求解频率为3GHz，自适应网格剖分的最大迭代次数为20，收敛误差为0.02。
2〕、扫频设置
扫频类型选择快速扫频，扫频范围为2.5~3.5GHz，扫频步进为0.001GHz。
４、设计检查和运行仿真计算
通过前面的操作，我已经根本完成了偶极子天线模型的创立求解设置等ＨＦＳＳ设计的前期工作，现在开始运行仿真计算并查看分析结果。
检查设计的完整性和正确性：
随后开始分析。
５、ＨＦＳＳ天线问题的数据后处理
在完成了模型的创立和检查后，现在开始对天线的各项性能参数进行仿真分析，主要有回波损耗、驻波比、Ｓｍｉｔｈ圆图、输入阻抗和方向图等。
１〕、回波损耗
根据软件仿真结果，可以得到如下的在2.5~3.5GHz频段内的回波损耗S11的分析结果：
从结果可以看出，设计的偶极子天线中心频率为3GHz左右，S11<
-10dB的相对带宽为BW=〔3.24-2.789〕/3=15.3%.
2〕、电压驻波比VSWR
如下图：
3〕、Smith圆图
在天线的相关问题的分析中Smith圆图是一个非常有用的工具，借助它可以方便的进行阻抗匹配，给出驻波比，归一化输入阻抗等各种信息。
在HFSS中得到的Smith圆图如下：
从Smith圆图中可以看出，在中心频率为3GHz的归一化阻抗约为1，说明天线的端口阻抗匹配良好。
VSWR<
2〔即反射系数的模小于三分之一〕的频率范围约为2.78GHz~3.27GHz。
4〕、输入阻抗
输入阻抗是天线的一个重要性能参数，我们可以通过HFSS直接查看天线的输入阻抗值。
从结果报告中可以看出，设计的半波偶极子天线在中心频率3GHz上，输入阻抗为〔72.8-j0.4〕Ω，与理论分析比拟接近。
5〕、方向图
天线方向图是方向性函数的图形表示，它可以形象的描述天线的辐射特性随着空间方向坐标的变化。
首先定义辐射外表如下：
E面方向图参数设置：
H面方向图参数设置：
3D方向图参数设置：
随后可以查看xz，xy和三围增益方向图。
xz增益方向图xy增益方向图
3D增益方向
6〕、其他参数
除了上述参数外，HFSS还可以给出天线在辐射面上的最大辐射强度、方向性系数、最大场强及其所在方向等参数。
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