半波偶极子天线的HFSS综述.docx
- 文档编号:9035983
- 上传时间:2023-05-16
- 格式:DOCX
- 页数:23
- 大小:377.80KB
半波偶极子天线的HFSS综述.docx
《半波偶极子天线的HFSS综述.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《半波偶极子天线的HFSS综述.docx(23页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
半波偶极子天线的HFSS综述
半波偶极子天线的HFSS仿真设计
Xxxxxxxxxxxxxxxxxxx
一、实验目的:
1.以一个简单的半波偶极子天线设计为例,加深对对称阵子天线的了解;
2.熟悉HFSS软件分析和设计天线的基本方法及具体操作;
3.利用HFSS软件仿真设计以了解半波振子天线的结构和工作原理;
4.通过仿真设计掌握天线的基本参数:
频率、方向图、增益等。
、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0.48人半径为”200。
天线馈电采用集总端口
激励方式,端口距离为0.24mm,辐射边界和天线的距离为”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:
Properties^dipole-HFSSDesignl
Variables案V*lue
CTyping
r_'Sensitivity厂
N:
=jTie
V:
=lLu6
Unit
EvaluatmdVialue
TypeDescriptiioiittead~onlyHidden
lajTibda
100
mm
lOCtaa
DeEigii
length
0.48*lambda
W
dlp.ltncihdip_radiusrad_radius
024
mm
radheieht
l*n lwbda/200 dlip_radius+l: EunbdW4 dlip1ength+gap/2+1ambda/10 02W 23dm 0.5» 25.5«m 34 Design Dtsi口 Q'esirDesignDesign rrrrrr 厂厂厂厂厂厂 确定取消 2、设计建模 1)、创建偶极子天线模型 首先创建一个沿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: rrrrrrrr Propertiesdipale-HFSSDesignl-Modeler Mame Vftlue Unit EvaluatedValu* DeEeription Read-only Nsme Material ■Y■pec SolveInside r__ Orimritation GloKal Model F Displ^yViriftfrMi* r Color 阳讥 Tr: =ltleparent 01 ShowHidden r Properties: dipole-HFSSDesignl-Modeler Coffimkhd Nwi« Vain* Ua.it EvflluittdlVtlut Outerliptig CrttltCylifidtr Ca&rdi.h*t*Systti 910btl CenlArFosi OmnjDnm<君觀/2 Omm$Dmm#D.12m Akis z Ra^jue dip_raxlius. 0.5wn Height d.ip_l&ngt.L 23.BSmrt NumberofSe^enls 0 0 Sh&wHidden 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。 此时就创建出了偶极子 的模型如下: Art 2)、设置端口激励 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建一个平行于YZ面的 矩形面作为激励端口平面,并设置端口平面的激励方式为集总端口激励。 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: Properties: dipole-HzSSDesignl-Modeler Attribute =ShowHidden r Properties: dipole-HFSSDesignl-Modeler Command Name V«lu« Unit EvaluattdValue Command CoordinateSystsun- GLabal Fosition One,"iip=radius"gap/2 Onwnf"0.5mm*"Q„12mm Jbcis K T5i» 2*dip_radivs lnwni ZSiza sap 0.24*m j~71 m|» "ShowHidden 确定I取消 然后设置该矩形面的激励方式为集总端口激励。 由之前的理论分析可得,半波偶极 子天线的输入阻抗为73.2? ,为了达到良好的阻抗匹配,将负载阻抗也设置为73.2? 。 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,我们先创建一个沿着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: Properties: dipole-HFSSDesignl-Modeler Attribute 确走] 取消 Value Unit EvaluatedValue Description H-eaid^oiLLy Nam笆 Rad_iLir 厂 Naterial 肝>■耐air 打■-献'air 厂 SolveIn呂id电 F r Orientatien Glabal r Model F r BisplayWireframe: 厂 r Color Edit r Transparent o.a r * ShovrHidden 麻取消 P『qperties: dipole-HFSSDesignl-Modeler Command. N: =jtih Value Unit Ev: =J.uatedFaluE Description CurnnHiiLii CreatECyliTulEt CuurdinateSystmm Glob: il CenterFoeition 0mm,0mm-rad_height Umm,OrTirn一34mm 卮込 Z Radius r: ±d_radiuE 25.SmrTi Height 2: +: rad_height 68mm NujtiberofSegmentE U Ll ShowHidden 然后将圆柱体表面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。 如下: r SolutionSetup Genxal|Options| AdvancedExpressiqulCacheDerivative |Defaults| SetupKann电; 7EnabledISolveFortsOnl SolutionFrequent|3 GHz MaKimmmNuimberof 金MaximumDeltaS 'UseMatrixCo-nver etMagnitudesndPhase;. 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。 如下: EditSweep StreepT^je: Fg口uencySe^up [LinearStep Type: benerateFields(AllFr已口uencies) 4、设计检查和运行仿真计算 通过前面的操作,我已经基本完成了偶极子天线模型的创建求解设置等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 在完成了模型的创建和检查后,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Si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,Sii<-10dB的相对带宽为 BW=(3.24-2.789)/3=15.3%. 2)、电压驻波比VSWR 如图所示: 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: SmithChart1 CuHFAlrYle 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)? ,与理论分析比较接近。 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。 首先定义辐射表面如下: E面方向图参数设置: H面方向图参数设置: FarFieldRadiationSphereSetup RadiatiSurface| Thata FlMkfi! Star 10 Stop 90 StepSix 20 SaveAsDefaults 1ewSweepPoints..| 确定 取消 帮朋 3D方向图参数设置: FarFieldRadiationSphereSetup E^diationSurface InfiniteSphereCocrdinat^System Kame SaveAeDefaults lewPoints..I 确定 随后可以查看xz,xy和三围增益方向图。 RadiationPattern2 Curvik-fti dB: G«inTMariE4tUD^LUtMip4r-4lrnMjiTigiifThrtarUM^-dEl'GlihTGMljjSdsifiiLi^iAdifXkieFr«|-3GHi,Th±a-30deg' dBc^ainT^AillLaalAdapbr*FiUp^W9 da;GflmTMBl15flh»iLuJMiDiT-e仙侏叱TH如丽旳・ 5di«>15圖耳砒Freq-lGHfThria-gM昭 xz增益方向图 xy增益方向图 I2. I-1.0796e^ia I-4.5775e-f0Q0 ■-目.0日鶴”阳0-1.$591e^0Ql-1.5090e-+@ai S-l.66Q5e^0Sl -2,211LU+001 Y.吕目1目片沏1-2.U2^W11-3? 前鸵旷囲1 J-3,6136e+@01H-3.ggM5e-+031-4,31S2e+001-4.6659C-I-001-s.ei&se+eei-5,3672c^001 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。 如下: Inputs SetupName: 3D_5phere I--OK-"] Solution LasJlAdaptive ArraySetup: None Export IntiinsicVwiation: Freq-'SCHz' 1 DesignVariation: dip_length=h238SmmHdip_ra ExportFields AntennaParameters; Quantity Value Units MaxU OU3944 W/s PeakDirectivity 1.7555 PeakGain 1.7523 PeakHealizedGain 1.7523 RadiatedPower 0.99316 W AcceptedPower U99999 w IncidentPower 1 w RadiationEfficiency 099317 FronttoBackRa^ic -NZA- DecayFactor 0 MaximumFieldData- rEField Value UniU AtPhi AtThei 4 Total 10.254 V 301deg 90deg X 45&37 V 360deg 131d&g Y 4-5636 V 270deg 131deg Z 10.254 V 301deg 90dey Phi 0.025337 V 100deg 143des Theta 10.254 V 3C1deg 30deg LHCP 7,2521 V 2S1deg dOdeg RHCP 7.2502 V 320deg 30deg Ltd时dominant 10.243 V 360deg 30dey nr
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 偶极子 天线 HFSS 综述