利用HFSS设计平面等角螺旋天线
利用HFSS设计平面等角螺旋天线
HFSS（高频结构模拟器）是一种电磁场仿真软件，广泛应用于无线通信、射频电子、天线设计等领域。在设计平面等角螺旋天线时，可以使用HFSS来进行仿真、优化和分析。下面将介绍利用HFSS设计平面等角螺旋
天线的步骤和注意事项。
1.定义天线的几何结构：在HFSS中，首先需要定义天线的几何形状。对于平面等角螺旋天线，可以使用直线段和弧段来描述螺旋的几何结构。
可以选择合适的参数，如螺旋半径、线宽和线距等，来定义螺旋天线的几
何形状。
2. 设置边界条件和材料属性：在进行仿真之前，需要设置适当的边
界条件和材料属性。对于平面等角螺旋天线，一般使用PEC（Perfect Electric Conductor）作为边界条件，以确保电磁波在螺旋天线表面的反
射和吸收很小。此外，还需要为天线材料设置合适的电磁参数，如相对介
电常数和损耗正切等。
3.设定频率范围和场激励：在HFSS中，可以设置所需的频率范围和
场激励方式。一般来说，平面等角螺旋天线用于宽频工作，因此可以选择
一个合理的工作频率范围。对于激励方式，可以选择点源激励，即在螺旋
天线的发射端施加一个适当的电流源。
4. 进行电磁波分析：在设置好几何结构、边界条件、材料属性、频
率范围和场激励之后，可以进行电磁波分析。HFSS使用有限元方法来求
解Maxwell方程组，得到电磁场分布、辐射特性等结果。
5.优化和调整参数：根据仿真结果，可以对平面等角螺旋天线的几何
参数进行优化和调整。例如，可以改变螺旋半径、线宽和线距，以优化天
线的电磁性能，如增益、辐射方向性等。
6.分析和评估性能：经过优化和调整之后，可以再次进行电磁波分析，得到优化后的天线性能。可以对比不同参数设置下的性能，如频率响应、
辐射图案等，进行评估和选择最佳设计。
在设计平面等角螺旋天线时
1.准确地定义几何参数：几何参数的准确定义对于仿真结果的准确性
至关重要。要仔细测量几何参数，并正确输入到HFSS中。
2.选择合适的网格密度：HFSS使用有限元方法进行求解，网格密度
的选择对于仿真结果的准确性和计算效率有重要影响。要根据天线尺寸和
仿真要求选择合适的网格密度。
3.考虑辐射效应：平面等角螺旋天线是一种辐射天线，需要考虑辐射
效应。可以通过设置边界条件和优化几何参数来改善辐射效果。
综上所述，利用HFSS设计平面等角螺旋天线需要进行几何结构定义、边界条件和材料属性设置、频率范围和场激励设定、电磁波分析、优化和
调整参数、性能分析和评估等步骤。在设计过程中，还需注意几何参数的
准确性、网格密度的选择和辐射效应的考虑。通过合理的设计和优化，可
以得到性能良好的平面等角螺旋天线。
PCB天线设计_基于HFSS15.0
PCB天线设计及HFSS仿真分析 一、PCB天线简介： （1）概念：PCB天线顾名思义就是指印制在PCB电路板上的天线，其具有制造简单和成本低等优点，广泛应用于蓝牙(Bluetooth)、WiFi、无线鼠标、Zigbee等近距离无线设备中。 （2）天线的发展历程即其发展的主要原因： 1、天线发展史：半波偶极子天线->单极子天线 其中，单极子天线包括：倒L天线、蛇形倒L天线、倒F天线和蛇形倒F天线； 2、半波偶极子天线：全向天线2.15dB（双向，天线总长为工作波长的1/2，且（在馈点处）上下对称【各为工作波长的1/4】）； 3、单极子天线：长度为半波偶极子天线的一半，即天线总长为工作波长的1/4（故辐射空间为半波偶极子天线的一半、输入阻抗减小一半） 为减小单极子天线的尺寸（缩小占用PCB板的空间），单极子天线又可设计为：倒L天线（ILA）->蛇形倒L天线（MILA）【其占用空间更小】（他们的长度则不一定就是标准的工作波长的1/4，需结合实际，仿真分析，调试） 4、倒F天线：（由于倒L天线的输入阻抗不好调节->引出倒F天线），也属于单极子天线的一种。（注：天线标准输入阻抗为50欧姆） 天线的阻抗分布规律：输入端最小，末端最大 故：在天线输入阻抗为50欧姆的地方引出一个馈点，即实现了把天线的输入阻抗控制在标准的50欧姆 倒L天线->倒F天线（调节输入阻抗）->蛇形倒F天线（缩小占用PCB的空间） 5、天线的工作频率决定性因素是天线长度（决定性因素），天线长度应介于介质波长的1/4和自由空间波长的1/4 之间； 6、影响天线质量的主要因素：PCB板材（FR4）、PCB板厚、PCB板参考地面的尺寸、天线走线的宽度、天线位置、外壳 故不能直接复制别人的天线，需进行仿真分析和设计 具体查看lec02.pdf…… 二、用HFSS设计实例即具体操作： 现以2.4GHZ ISM （工作频段为2.4G HZ ~ 2.4835G HZ）Bluetooth/Wifi PCB天线为例，取其中心频率为2.45G HZ。 （1）天线设计流程： 1、确定设计需要，包括： ◆工作中心频率（2.45G HZ） ◆板材（FR4，介电常数：Er=4.4） ◆板厚（1mm） ◆PCB板尺寸（65mm X 40mm） ◆参考地的大小（40mm X 40 mm） ◆天线的走线宽度（1.6mm） ◆天线形状（倒L天线） 注：在PCB板中天线的位置不能敷铜，需要掏空 设计天线的核心在于确定天线的长度！
利用HFSS设计平面等角螺旋天线
利用HFSS设计平面等角螺旋天线 HFSS（高频结构模拟器）是一种电磁场仿真软件，广泛应用于无线通信、射频电子、天线设计等领域。在设计平面等角螺旋天线时，可以使用HFSS来进行仿真、优化和分析。下面将介绍利用HFSS设计平面等角螺旋 天线的步骤和注意事项。 1.定义天线的几何结构：在HFSS中，首先需要定义天线的几何形状。对于平面等角螺旋天线，可以使用直线段和弧段来描述螺旋的几何结构。 可以选择合适的参数，如螺旋半径、线宽和线距等，来定义螺旋天线的几 何形状。 2. 设置边界条件和材料属性：在进行仿真之前，需要设置适当的边 界条件和材料属性。对于平面等角螺旋天线，一般使用PEC（Perfect Electric Conductor）作为边界条件，以确保电磁波在螺旋天线表面的反 射和吸收很小。此外，还需要为天线材料设置合适的电磁参数，如相对介 电常数和损耗正切等。 3.设定频率范围和场激励：在HFSS中，可以设置所需的频率范围和 场激励方式。一般来说，平面等角螺旋天线用于宽频工作，因此可以选择 一个合理的工作频率范围。对于激励方式，可以选择点源激励，即在螺旋 天线的发射端施加一个适当的电流源。 4. 进行电磁波分析：在设置好几何结构、边界条件、材料属性、频 率范围和场激励之后，可以进行电磁波分析。HFSS使用有限元方法来求 解Maxwell方程组，得到电磁场分布、辐射特性等结果。
5.优化和调整参数：根据仿真结果，可以对平面等角螺旋天线的几何 参数进行优化和调整。例如，可以改变螺旋半径、线宽和线距，以优化天 线的电磁性能，如增益、辐射方向性等。 6.分析和评估性能：经过优化和调整之后，可以再次进行电磁波分析，得到优化后的天线性能。可以对比不同参数设置下的性能，如频率响应、 辐射图案等，进行评估和选择最佳设计。 在设计平面等角螺旋天线时 1.准确地定义几何参数：几何参数的准确定义对于仿真结果的准确性 至关重要。要仔细测量几何参数，并正确输入到HFSS中。 2.选择合适的网格密度：HFSS使用有限元方法进行求解，网格密度 的选择对于仿真结果的准确性和计算效率有重要影响。要根据天线尺寸和 仿真要求选择合适的网格密度。 3.考虑辐射效应：平面等角螺旋天线是一种辐射天线，需要考虑辐射 效应。可以通过设置边界条件和优化几何参数来改善辐射效果。 综上所述，利用HFSS设计平面等角螺旋天线需要进行几何结构定义、边界条件和材料属性设置、频率范围和场激励设定、电磁波分析、优化和 调整参数、性能分析和评估等步骤。在设计过程中，还需注意几何参数的 准确性、网格密度的选择和辐射效应的考虑。通过合理的设计和优化，可 以得到性能良好的平面等角螺旋天线。
HFSS仿真实验报告样例
. 《微波技术与天线》HFSS仿真实验报告 实验二印刷偶极子天线设计 专业通信工程年级2011 级 姓名毛佳雯学号1116428042 指导老师 评分 一、仿真实验内容和目的 使用HFSS设计一个中心频率为 2.45GHz的采用微带巴伦馈线的印刷偶极子天线， 并通过HFSS软件Opitmetrics模块的参数扫描分析功能对印刷偶极子天线的一些重要结 构参数进行参数扫描分析，分析这些参数对天线性能的影响。 二、设计模型简介 整个天线分为5个部分，即介质层，偶极子天线臂，微带巴伦线，微带传输线，见 图1。天线各部分结构尺寸的初始值见表1。 图1印刷偶极子天线结构图（顶视图）。 表1印刷偶极子天线关键结构尺寸初始值。 批注[y1]:实际报告撰写中，表格应 手动编制，不允许直接截图。
三、建模和仿真步骤 1、新建 HFSS 工程，添加新设计，设置求解类型：Driven Modal。 2、创建介质层。创建长方体，名称设为 Substrate，材质为 FR4_epoxy,颜色为深绿色，透明度为0.6。 3、创建上层金属部分 1）创建上层金属片，建立矩形面，名称 Top_Patch,颜色铜黄色。 2）创建偶极子位于介质层上表面的一个臂。画矩形面，名称 Dip_Patch,颜色铜黄色。3）创建三角形斜切角，创建一个三角形面，把由矩形面 Top_Patch 和 Dip_Patch 组成的 90 折线连接起来。 4）合并生成完整的金属片模型。 4、创建下表面金属片 1）创建下表面传输线 Top_patch_1。 2）创建矩形面 Rectangle1。 3）创建三角形 polyline2。 4）镜像复制生成左侧的三角形和矩形面 此步完成后得到即得到印刷偶极子天线三维仿真模型如图2所示。 5、设置边界条件 1）分配理想导体。 2）设置辐射边界条件，材质设为 air。 6、设置激励方式：在天线的输入端口创建一个矩形面最为馈电面，设置该馈电面的激励方式为集总端口激励，端口阻抗为50欧姆。 7、求解设置：求解频率（Solution Frequency）为 2.45GHz，自适应网格最大迭代次数（Maximum Number of Passes）：20，收敛误差（Maximum Delta S）为 0.02。 8、扫频设置：频率扫描范围 2—3GHz，以 0.001GHz 为扫描步进，扫描类型：快速扫描（Fast Sweep）。 9、设计检查和运行仿真计算。 图2印刷偶极子天线仿真模型三维结构图。
一种平面等角螺旋天线及其巴伦的设计
一种平面等角螺旋天线及其巴伦的设计 夏成刚 （华南理工大学电子与信息学院） 摘要：本文设计了一种双臂平面等角螺旋天线，工作频率0.4-2GHz。根据天线的平衡结构和宽带特性，设计了一种微带梯形结构的巴伦，以便采用50Ω同轴电缆馈电。仿真计算结果显示天线及巴伦具有良好的圆极化及宽带特性。 关键词：螺旋天线；巴伦；设计 Design of A Planar Equiangular Spiral Antenna and the Balun XIA cheng-gang （School of Electronic and Information Engineering, South China University of Technology）Abstract: In this paper，We designed a double-armed planar equianguar spiral antenna and fed by 50 ohm coaxial-cable ,it works at 0.4-2GHz.To match the balance structure an the wideband character of the antenna,its balun is microstrip line-parallel wire which is exponentially trapezia type。 Simulator results show that the proposed antenna is of good circular polarization and wideband characteristics. Key words: Spiral Antenna ，Balun，Design 1 引言 平面等角螺旋天线是一种宽频带天线，具有频带宽、尺寸小、重量轻、加工方便等优点，容易实现圆极化等优点，因而在超宽带及RFID等领域得以广泛应用。常用的平面螺旋天线有阿基米德螺旋天线和平面等角螺旋天线等，这类天线都有互补周期性结构，能够在较宽频带内保持天线的输入主抗基本不变，易于匹配，通常采用巴伦进行匹配。本文设计了一种双臂平面等角螺旋天线，并设计了匹配的巴伦，通过HFSS仿真计算，给出了0.4-2GHz范围内天线的增益、阻抗、圆极化轴比及部分频率点的方向图。 2 平面等角螺旋天线的设计 2.1 平面等角螺旋天线 平面等角螺旋天线是一种完全由角度确定形状的天线，其曲线方程[1]为 r=r0e a(Φ-Φ0) (2.1) 式中：r0是对应Φ0时的矢径，a为螺旋增长率，Φ0为螺旋的起始角。平面等角螺旋天线如图1所示。当a减小时，螺旋臂曲度增大，电流沿螺旋臂衰减变快。通常a取值为0.12-1.20，当螺旋臂等于或大于一个波长时，天线开始呈现出非频变天线特性，因此通常要求臂长大于一个波长，天线半径R则至少等于λ/4。 图1 平面等角螺旋天线（δ=90）
hfss设计天线范例
第二章创建项目 本章中你的目标是： √保存一个新项目。 √把一个新的HFSS设计加到已建的项目 √为项目选择一种求解方式 √设置设计使用的长度单位 时间：完成这章的内容总共大约要5分钟。 一.打开HFSS并保存一个新项目 1.双击桌面上的HFSS9图标，这样就可以启动HFSS。启动后的程序工作环境如图： 图2－1 HFSS工作界面 1．打开File选项(alt+F),单击Save as。2．找到合适的目录，键入项目名
hfopt_ismantenna。 图2－2 保存HFSS项目 二.加入一个新的HFSS设计 1．在Project菜单，点击insert HFSS Design选项。( 或直接点击图标。)一个新的工程被加入到hfopt_ismantenna项目中，默认名为HFSSModel n。 图2－3 加入新的HFSS设计 2．为设计重命名。在项目树中选中HFSSModel1,单击鼠标右键，再点击Rename项，将设计重命名为hfopt_ismantenna。
图2－4 更改设计名 三.选择一种求解方式 1．在HFSS菜单上，点击Solution Type选项. 2．选择源激励方式，在Solution Type 对话框中选中Driven Mode项。 图2－5 选择求解类型图2－6 选择源激励方式 四.设置设计使用的长度单位 1.在3D Modeler菜单上，点击Units选项. 2.选择长度单位，在Set Model Units 对话框中选中mm项。
图2－5 选择长度单位图2－6 选择mm作为长度单位 第三章构造模型 本章中你的目标是： √建立物理模型。 √设置变量。 √设置模型材料参数 √设置边界条件和激励源 √设置求解条件 时间：完成这章的内容总共大约要35分钟。
HFSS 教程 第3章 Ansoft HFSS使用介绍
第三章 Ansoft HFSS 使用介绍 3．1 工作环境介绍 要应用Ansoft HFSS 软件来分析高频电磁场问题，首先要熟悉HFSS 的工作环境。Ansoft HFSS 软件的典型工作环境如图1所示。该工作环境窗口由菜单栏、工具栏、状态栏、工程管理窗口、特性窗口、进度窗口和信息管理窗口几部分组成。 菜单栏工具栏 状态栏 3D 模型窗口 信息管理窗口 进度窗口 3．1．1 菜单栏 菜单栏中包含了File 、Edit 、View 、Project 、Draw 、3D Model 、HFSS 、 Tools 、Windows 、Help 等下拉菜单，这些下拉菜单包含了所有的HFSS 操作和命令。 1.1.1 File 菜单：管理HFSS 工程文件以及打印操作。
新建工程打开工程 最近打开的文件 打印操作 关闭工程 退出 存盘操作 1.1.2Edit菜单:修正3D模型及撤销和恢复等操作。 （1）Undo:撤销操作。 （2）Redo:恢复操作。
（3）Cut:剪贴操作。 （4）Copy:复制操作。 （5）Delete:删除操作。 （6）Copy To Clipboard:复制到剪贴板。 （7）Select All Visible:选择在3D模型窗口中的所有可见模型。 （8）Select All:选择在3D模型窗口中的所有模型。 （9）Select:设置选择方式，可以设置模型的体选择、表面选择、边选择、顶点选择等方式。 （10）Deselect All:取消在3D模型窗口中对所有模型的选择。 （11）Arrange:模型的移动操作，包含有平移、旋转、镜像移动和偏移操作。 （12）Duplicate:模型的复制操作，包含有平移复制、旋转复制和镜像复制三种。 （13）Scale:对于选中的模型，可以通过设置x、y、z轴的缩放因子使得该模型沿x、y、z轴进行伸缩。（14）Properties:显示选中模型的属性对话框。 1.1.3 View菜单：选择显示工作环境中的子窗口，还包含3D模型窗口中模型显示的相关操作。 （1）Modify Attributes:设置3D模型窗口的视角属性。包括设置具有透视效果的视角观察、光照等。（2）Rotate：模型视角旋转操作。点击该按钮，在3D模型窗口中拖拽鼠标，可以坐标原点维中心旋转模型，以便从不同的角度观察。 （3）Pan：模型视角平移操作。点击该按钮，在3D模型窗口中拖拽鼠标，可以使模型及坐标系在窗
电缆局部放电宽带平面螺旋天线设计
电缆局部放电宽带平面螺旋天线设计 杨浩亮 中机国能电力工程有限公司邯郸分公司河北056000 摘要:电缆局部放电检测是诊断XLPE电缆早期故障的有效方法。当电缆发生局部放电时，在超高频段有丰富的频率分量，而宽带平面螺旋天线是检测超高频局部放电信号非常有效的传感器。利用高频电磁仿真软件Ansoft HFSS对对数螺旋天线和阿基米德螺旋天线进行了仿真和分析，仿真结果表明两种天线在400MHZ～1GHZ有效工作频带内，都具有较高的灵敏度和优越的性能，能够满足各项性能指标的要求。由于阿基米德螺旋天线具有较小的尺寸，较大的增益和结构简单的优点，并且便于安装使用，被用来检测XLPE电缆局部放电的超高频信号。 关键词：电缆局放平面螺旋天线Ansoft HFSS 1. 引言 XLPE电缆线路在城市供电电网中占有极其重要的地位。X LPE 电缆的安全运行对整个电力系统的稳定至关重要，一旦发生故障，将引起所辖地区重大的停电事故，造成较大的经济和社会影响[1]。而局部放电是电缆绝缘故障早期的主要表现形式，它既是引起绝缘劣化的主要原因之一，又是表征绝缘状况的主要特征量。对电缆局部放电进行检测是定量分析绝缘劣化程度的有效方法之一[2]。 电缆局部放电检测是诊断XLPE电缆早期故障的有效方法。局部放电的检测方法主要包括声测法、温度测量法等非电气测量法和差分法、电磁耦合法、电容耦合法、方向耦合传感器及超高频法等电气测量法。超高频法是近年来发展起来的一项新技术，其原理是利用装设的天线传感器接收由电缆局放陡脉冲所激发并传播的超高频电磁波来检测局放信号。它的主要优点有：抗低频干扰能力强，能对局放源进行定位，根据所测信号的频谱，可以区分不同的缺陷类型，同时可进行长期现场监测，灵敏度能满足工程要求[3]。超高频法采用的传感器大致分为内置型和外置型两类。内置型传感器可以获得较高的灵敏度,但是对制作安装的要求较高，最常用的就是电容耦合传感器。外置型传感器的灵敏度较内置的差些,但是安装灵活,不影响设备的运行，安全性高，最常用的是天线传感器[4,5]。当电缆发生局部放电时，在超高频段有丰富的频率分量，而宽带平面螺旋天线是检测超高频局部放电信号非常有效的传感器。由此本文通过对阿基米德螺旋天线和对数螺旋天线两种平面螺旋天线进行对比,制作了一种工作频带在400MHZ~1GHZ的阿基米德螺旋天线，利用高频电磁仿真软件Ansoft HFSS对对数螺旋天线和阿基米德螺旋天线进行了仿真和分析，仿真结果表明两种天线在400MHZ～1GHZ有效工作频带内，都具有较高的灵敏度和优越的性能，满足各项性能指标的要求。 2. 平面螺旋天线的设计 2.1. 天线的性能要求 为了使天线较准确的采集到XLPE电缆发生局部放电时所激发的电磁波信号,必须满足以下要求： (l)可以较好的接收信号并且能抑制现场干扰信号; (2)带宽和中心频率要合适，结构简单，尺寸小，便于使用和安装; (3)电压驻波比小于2,并且具有较高的增益和灵敏度，易于实现阻抗匹配[6]。 2.2. 天线的设计 （1）等角螺旋天线 等角螺旋天线是一种频率无关天线，天线的形状由具有一公共轴和相同参数的等角螺旋线构成。天线具有由平衡馈电线馈电的两个臂，螺旋线的等角臂形成在同一平面上。天线表面非导电介质部分的形状和尺寸与螺旋等角臂的形状和尺寸全等。一般情况下该天线需视其对工作带宽的要求，用1.5～3 匝做成[7]。螺旋线的极坐标表达式为：
hfss原理与工程应用
hfss原理与工程应用 HFSS原理与工程应用 HFSS，全称为“High Frequency Structural Simulator”，是一款用 于高频电磁领域仿真的软件，也是目前全球最为常用的计算电磁学软 件之一。HFSS的应用范围非常广泛，包括天线设计、微波电路设计、 雷达系统设计、电磁兼容性分析等多个领域。下面将介绍HFSS的原理 以及在工程应用中的实际案例。 一、HFSS的原理 HFSS的工作原理是采用电磁学的Maxwell方程组对电磁波在三维结构 中的传播进行数值分析求解。它的分析步骤大致分为以下四个过程： 1.几何模型建立：HFSS可对物体进行简单的组合、拷贝、变形、翻转 等操作，直接构造三维模型。当模型结构复杂时，可以利用其他CAD 软件自动导入模型，如Pro/E、SolidWorks、AutoCAD等。 2.网格划分：HFSS会自动对几何模型进行自适应网格处理，将模型分 成很多细小的单元，以达到高精度的计算结果。且可选用较精细的非 结构或结构网格，从而获得更高质量的结果。 3.设置材料特性及求解器：HFSS可对单元的电磁特性进行定义。其中，可选材料表进行特性定义，也可手动设置。对于求解器的选择，除了 默认的有限元求解算法之外，HFSS还提供了子域、积分方程、时域等 多种算法可供选择。 4.求解与结果验证：在求解这一步骤中，HFSS会将网格化的模型传入 求解器进行计算，获得电磁参数的分布情况。若结果与实验测量较为
接近，则HFSS的结果将会非常准确。 二、HFSS在工程应用中的实际案例 1. 周期性两层分布反射阵列天线 该天线处理散射问题时，需要设计两个反射面之间的距离，以便确定 散射角。HFSS搭建环境时，通过轻松地复制模型模块来建立整个阵列 结构。随后，针对该天线模型，采用HFSS求解器计算获得相应的S参数，进而优化设计并实现了高性能的天线。 2. 矩形微带天线 在该微带天线的设计过程中，HFSS的优势在于可以计算出其性能参数，如阻抗、增益、谐振频率等。通过更改天线模型形状和应用电介质材料，可实现各种不同的天线设计。同时，HFSS还会警告可能会生成滥 振状态，并提供了优化设计的工具。最终，HFSS表现出了高精度、稳定、快速且可重复的重要特性。 三、结语 HFSS是当前使用最为广泛的高频电磁场仿真软件。其几何模型建立、 网格划分、电磁特性设置和求解结果等特点，均是其工作原理的体现。在实际工程应用中，HFSS可以优化解决天线设计、微波电路设计、雷 达系统设计、电磁兼容性分析等领域的问题，发挥着举足轻重的作用。
HFSS天线设计时辐射边界和空气盒的大小问题
HFSS天线设计时辐射边界和空气盒的大小问题 问： 提一个关于Radiation Boundary的问题。如题，按天线设计时，只要将模型边界条件设置成Radiation Boundary，就相当于不受边界的约束，波可以辐射到无限远空间，换句话说求解的空间大小已经不会对求解结果产生影响。但是我在做微带模型时对空气层的大小设置不同值后发现结果不同？请问为什么？ 答： 关于这个，可以参考金建铭的电磁场的有限元方法一书和李明洋的《HFSS电磁仿真设计应用详解》一书，电磁场的有限元方法中对于计算区域的截断的处理都不是非常的理想，辐射边界也是近似，至于辐射边界与计算目标的距离说法更是不一，Ansoft经验结果是建议距离大于1/4个自由空间波长。当然，电磁波的入射角度也有较大的影响，吸收边界对大角度入射的情况，吸收效果不佳。1/4波长是针对高增益天线；对低增益，由于大角度大电场强度入射的影响比较显著，需要扩大到1/2波长，从而减小入射角。 另外，HFSS中还有理想匹配层边界条件（PML）也可以用于在天线设计时设置开放的自由空间，且PML边界条件准确性比辐射边界条件更好。在使用辐射边界条件不理想时，也可以考虑换用PML边界。 问： HFSS求解和空气盒设置问题，仿真设计一个超宽带天线，频率为3.1GHz~11GHz，我设置的求解频率为 11GHz，用快速扫频（fast sweep）。空气盒高度将近1/2波长，不知道这样的设置对不对？是不是空气盒的高度高点更好？还有这求解频率11GHz有没错？ 答： 求解频率设置为11GHz没有什么问题，不知道空气盒高度将近
1/2波长是按那个频率计算的，一般应选取最低频率，也就是3.1GHz 的四分之一波长。
基于HFSS矩形微带天线仿真与设计
基于HFSS矩形微带天线仿真与设计 HFSS（High Frequency Structure Simulator）是一种基于有限元法的高频电磁场仿真软件，常用于微带天线的仿真与设计。微带天线是一种常见的高频天线，广泛应用于通信系统、雷达系统、航天航空领域等。 HFSS软件可以通过电磁场分析和仿真，帮助工程师进行微带天线的设计和优化。以下是基于HFSS矩形微带天线仿真与设计的一般流程： 1. 几何设计：确定微带天线的基本结构和尺寸。对于矩形微带天线，需要确定矩形 天线的长度和宽度。 2. 设置材料参数：选择合适的材料参数，包括介电常数和损耗 tangent。 3. 建立模型：使用HFSS软件中的设计工具，绘制微带天线的三维几何模型。 4. 设置边界条件：为模型设置适当的边界条件，包括射频端口（端口的位置和大小）和地面端口。 5. 网格划分：根据模型的尺寸和几何形状，进行网格划分。合理的网格划分可以提 高仿真结果的准确性和仿真速度。 6. 应用激励：给模型应用合适的电磁激励条件，电源电流或电压。 7. 运行仿真：通过HFSS软件运行电磁场仿真，得到微带天线的频率响应、辐射图案等关键参数。 8. 优化设计：根据仿真结果，对微带天线的参数进行优化。可以通过调整天线的尺 寸或形状，改变天线的工作频率和增益。 9. 评估性能：通过仿真结果评估微带天线的性能，包括工作频率带宽、谐振频率、 辐射效率和辐射模式等。 10. 进行实验验证：对设计好的微带天线进行实际制造和测试，验证仿真结果的准确性。 HFSS矩形微带天线的仿真与设计流程主要包括几何设计、设置材料参数、建立模型、设置边界条件、网格划分、应用激励、运行仿真、优化设计、评估性能和实验验证。通过HFSS软件的仿真和优化，可以帮助工程师设计出高性能的矩形微带天线。
画平面螺旋天线
画平面螺旋天线 1.首先，画一个平面，以一个圆面为例吧 2.然后，点击工具栏Draw/spiral，选择一个轴，这时弹出一个对话框，选择螺旋方向，半径，螺旋圈数3。点击确定螺旋即可画好，然后在绕z轴旋转180度，可得双臂平面螺旋天线 HFSS学习小结 已经接触HFSS近两个月了，想用于材料电磁场屏蔽的设计和计算，不知是否可行，now have followed the example _heat sink in the chapter 9.0 _ EMC/EMI in full book 10.0 成功的做出了个结果，现在把看到别人的、自己知道的做一下总结：The main process : building 3D solid modeling; set boundaries and excitations ; analyze the result Before we build the modeling, we should think about what kind of method we use, there are three kinds of solution type: driven model; driven terminal; eigenmode 模式驱动(Driven)------计算以模式为基础的S参数.根据波导模式的入射和反射功率表示S参数矩阵的解,波导,天线等用这个模式多终端驱动(Driven Terminal)------计算以终端为基础的多导体传输线端口的S参数。此时,根据传输线终端的电压和电流表示S参数矩阵的解----微带类用这个比较多! 本征模(Eignemode)-----计算某一结构的本征模式或谐振.本征模解算器可以求出该结构的谐振频率以及这些谐振频率下的场模式! Eignemode solver does not use ports and don’t support radiation boundaries. After launching the software, we should set tool options, included HFSS option and 3D modeler option Select the menu item tool >option we can see those options Software will open a project by default First step is select solution type HFSS>solution type Set the units 3D modeler>units 单位可以在其它状态下改变3D modeler包括了与模型有关的操作和设置Set default material 在set 一次后的情况下其后建立的modeler 都是在此material 下的在default 的情况下history 的列表中按材料的种类进行分类建立模型过程中使用相对坐标会很方便，3D modeler>coordinate system > create> relative CS >Offset , 在建模过程中可能要使用很多相对坐标，在set相对坐标的时候，offset是相对于当前CS的位移，在3D Modeler>coordinate system>set working CS 可以选择使某个坐标为当前工作坐标，在history 的coordinate system 的列表中显示所有的坐标系，当前工作坐标将有个W的标记。在模型复杂的时候需要用适当的方式进行选择某些面、体进行编辑，在edit 里提供了多种方式，常用edit>select>by name 在选择后可以set boundary 等一些操作同样可以在history里双击某项名字从而edit property，设置好boundary和excitation 就可以进行analysis setup HFSS>analysis setup>add solution setup 其中包括最大迭代次数maximum number of pass 每两步迭代之间的误差，看来上的数值分析还是有用的在analyze 之前运行一下model validation select the menu item HFSS>validation check 运行check 以后虽然没出现问题，也不能说明，模型正确，一定能计算出结果，只是说明完成了建模过程中的每个步骤,由message 窗口，得到信息，以便修改Analyze HFSS>analyze all 在message 窗口中可以知道analyze 的完成情况；从solution data 中有三个标签，其中主要可以从convergence中看出迭代计算的收敛情况；同样可以看到场的分布状况首先选择model 某个部位， HFSS>fields>fields从这个菜单中可以选择要显示电场或者磁场例子中选择的是地平面edit>select>by name>ground 显示某个部位的场分布HFSS>fields>fields>
hfss天线口径效率计算公式
hfss天线口径效率计算公式 1.引言 在天线设计和优化中，天线口径效率是一个重要的性能参数，它描述了天线将多少功率辐射到空间当中。本文将介绍如何使用H FSS软件计算天线口径效率的公式。 2.口径效率的定义 天线口径效率是指天线辐射出的功率占与输入到天线馈线中的功率之比。通常用η表示，其计算公式如下： $$ \e ta=\fr ac{P_{rad}}{P_{i n}} $$ 其中，$P_{r ad}$为天线的辐射功率，$P_{i n}$为输入到天线馈线中的功率。 3.使用HFS S计算天线口径效率的步骤 下面将详细介绍如何使用HF SS软件计算天线口径效率的步骤。 3.1建立天线模型 首先，我们需要在HF S S中建立天线的模型。可以通过创建几何模型或导入外部C AD文件来实现，具体的建模方法不在本文范围内。 3.2设置辐射口和辐射功率 在建立好天线模型之后，需要定义辐射口和辐射功率。辐射口是指天线的辐射结构，可以是天线的金属表面或其他定义的边界。辐射功率是指输入到辐射口的功率。 3.3添加表面积、边界和端口积分
为了计算辐射功率和输入功率，需要在HF S S中添加表面积、边界和 端口积分。表面积用于计算天线的辐射功率，边界用于定义辐射口，端口积分用于计算输入到天线馈线中的功率。这些设置可以通过HF S S的菜单 栏和工具栏进行添加和定义。 3.4运行模拟和计算 设置好表面积、边界和端口积分之后，可以运行H FS S模拟并进行计 算。HF SS会根据设置的辐射口和辐射功率自动计算天线的辐射功率和输 入功率。 3.5计算口径效率 最后，根据上述步骤计算得到的辐射功率和输入功率，可以使用口径 效率的公式计算得到天线口径效率。将辐射功率和输入功率代入公式中，即可得到口径效率的数值。 4.结论 本文介绍了使用H FSS软件计算天线口径效率的公式和步骤。通过建 立天线模型、添加辐射口和辐射功率、设置表面积、边界和端口积分，并运行计算，可以得到天线的辐射功率和输入功率，从而计算天线口径效率。这一指标对于天线设计和优化非常重要，帮助工程师评估天线的性能。
基于HFSS的双频微带天线仿真及设计
基于HFSS的双频微带天线仿真及设计 随着无线通信技术的快速开展，无线通信已经广泛应用到雷达"移动通信"卫星定位"无线局域网络"卫星电视等诸多领域!而天线那么是无线通信系统号发射和接收的关键局部，它直接影响着无线通信的性。随着移动通信中跳频"扩频等通信技术的开展，同时为了满足与多个终端的通信要求，实现多系统共用和收发共用等功能，这就要求天线在不同频段下工作。因此天线的多频段通信技术成为现代无线通信领域迫切需要研究的问题。 微带天线有多种馈电方式，其中同轴线馈电是一种最常用的馈电方式!同轴线馈电是将同轴插座安装在接地板上，本文在一种常用的2.45GHz同轴馈电微带天线的根底上，利用HFSS三维电磁仿真软件合理设计同轴馈电的位置及改变辐射贴片的尺寸，使天线获得一个新的谐振频率，大小为1.9GHz，且输入阻抗为50Ω左右，并且对仿真结果进展了详细的分析。最后根据仿真结果制作天线实物，在实际的电磁环境下对天线的驻波比进展测试，得到较好的效果。 1 2. 45 GHz同轴馈电微带天线参数 一种常用的2. 45 GHz同轴馈电微带天线的原理图如图1和图2所示
图1 中L0为辐射贴片X 轴长度，L0 = 27．9 mm; W0为辐射贴片Y 轴长度宽度，W0 = 40 mm; L1为同轴馈电点离辐射贴片中心距离，L1 = 6.6 mm。图2 中介质基片厚度H = 1．6 mm; 介质基片介电常数ε = 4.4。 2双频微带天线设计 在2．45 GHz 微带天线中的辐射贴片在X 轴方向的长度为27．9 mm，同轴线馈电点( A 点) 离辐射贴片中心距离为6．6 mm。只需在此根底上分析给出微带天线的辐射贴片在Y 轴方向的长度和同轴线馈电点( B 点) 的位置，能够使天线能够工作于9 GHz，然后过A 点和B 点的垂直相交点( C 点) 即为需要找到的双频馈电点。X 轴上的A 点为激发2．45 GHz 工作频率的馈电点，其输入阻抗为50 Ω左右，由于A 点位于辐射贴片Y 轴方向的中心线上，因此不会激发Y 轴上的工作频率。同时，Y 轴上的B 点为激发1．9 GHz 工作频率的馈电点，其输入阻抗为50 Ω左右，由于位于辐射贴片X方向的中心线上，因此不会激发X轴上的工作频率。如果将馈电点放置于C点位置，此时天线可以同时激发X轴的工作频率和Y轴的工作频率，且在这两种模式下均能得到50 Ω左右的输入阻抗，那么此时天线就可以实现双频工作。 扩展1. 95 GHz谐振频率后的馈电点(C点)位置如图3所示。
HFSS天线仿真实验报告
HFSS天线仿真实验报告
[键入公司名称] [键入文档标题] 通信0905 杨巨 U200913892 2012-3-7
半波偶极子天线仿真实验报告 一、实验目的 1、学会简单搭建天线仿真环境的方法，主要是 熟悉HFSS软件的使用方法 2、了解利用HFSS仿真软件设计和仿真天线的 原理、过程和方法 3、通过天线的仿真，了解天线的主要性能参 数，如驻波比特性、smith圆图特性、方向图特性等 4、通过对半波偶极子天线的仿真，学会对其他 类型天线仿真的方法 二、实验仪器 1、装有windows系统的PC一台 2、HFSS13.0软件 3、截图软件 三、实验原理 1、首先明白一点：半波偶极子天线就是对称阵
子天线。 2、 对称振子是中间馈电，其两臂由两段等长导线构成的振子天线。一臂的导线半径为a，长度为l。两臂之间的间隙很小，理论上可以忽略不计，所以振子的总长度L=2l。对称振子的长度与波长相比拟，本身已可以构成实用天线。3、 在计算天线的辐射场时，经过实践证实天线上的电流可以近似认为是按正弦律分布。取图1的坐标，并忽略振子损耗，则其电流分布可以表示为： 式中，Im为天线上波腹点的电流；k=w/c为相移常数、根据正弦分布的特点，对称振子的末端为电流的波节点；电流分布关于振子的中心店对称；超过半波长就会出现反相电流。 4、 在分析计算对称振子的辐射场时，可以把对称振子看成是由无数个电流I(z)、长度为dz的电流元件串联而成。利用线性媒介中电磁场的叠加原理，对称振子的辐射场是这些电流元辐射场之矢量和。 电流元I(z)dz所产生的辐射场为 图2 对称振子辐射场的计算 如图2 所示，电流元I(z)所产生的辐射场为
基于HFSS的天线设计
图1：微带天线的结构 一、 实验目的 ●利用电磁软件Ansoft HFSS 设计一款微带天线。 ◆微带天线要求：工作频率为2.5GHz ，带宽 (回波损耗S11<-10dB)大于5%。 ●在仿真实验的帮助下对各种微波元件有个具体形象的了解。 二、 实验原理 1、微带天线简介 微带天线的概念首先是由Deschamps 于1953年提出来的，经过20年左右的发展，Munson 和Howell 于20世纪70年代初期制造出了实际的微带天线。微带天线由于具有质量轻、体积小、易于制造等优点，现今已经广泛应用于个人无线通信中。 图1是一个简单的微带贴片天线的结构，由辐射源、介质层和参考地三部分组成。与天线性能相关的参数 包括辐射源的长度L 、辐射源的 宽度W 、介质层的厚度h 、介质 的相对介电常数r ε和损耗正切 δtan 、 介质层的长度LG 和宽度WG 。图1所示的微带贴片天线是采用微带天线来馈电的，本次将要设计的矩形微带贴片天线采用的是同轴线馈电，也就是将同轴线街头的内心线穿过参考地和介质层与辐射源相连接。 对于矩形贴片微带天线，理论分析时可以采用传输线模型来分析其性能，矩形贴片微带天线的工作主模式是TM10模，意味着电场在长度L 方向上有2/g λ的改变，而在宽度W 方向上保持不变，如图2（a ）所示，在长度L 方向上可以看做成有两个终端开路的缝隙辐射出电磁能量，在宽度W 方向的边缘处由于终端开路，所以电压值最大电流值最小。从图2（b ）可以看出，微带线边缘的电场可以分解成垂直于参考地的分量和平行于参考地的分量两部分，两个边缘的垂直电场分量大小相等、方向相反，平行电场分量大小相等，方向相反；因此，远区辐射电场垂直分量相互抵消，辐射电场平行于天线表面。 （a ）俯视图 （b ）侧视图
Ansoft-HFSS-软件原理及应用
Ansoft HFSS 软件的基本原理及应用 一、简介（Brief Introduction） Ansoft HFSS （全称High Frequency Structure Simulator, 高频结构仿真器）是Ansoft公司推出的基于电磁场有限元方法（FEM）的分析微波工程问题的三维电磁仿真软件，可以对任意的三维模型进行全波分析求解，先进的材料类型，边界条件及求解技术，使其以无以伦比的仿真精度和可靠性，快捷的仿真速度，方便易用的操作界面，稳定成熟的自适应网格剖分技术使其成为高频结构设计的首选工具和行业标准，已经广泛地应用于航空、航天、电子、半导体、计算机、通信等多个领域，帮助工程师们高效地设计各种高频结构，包括：射频和微波部件、天线和天线阵及天线罩，高速互连结构、电真空器件，研究目标特性和系统/部件的电磁兼容/电磁干扰特性，从而降低设计成本，减少设计周期，增强竞争力。 Ansoft HFSS的应用领域： 天线 1. 面天线：贴片天线、喇叭天线、螺旋天线
2. 波导：圆形/矩形波导、喇叭、波导缝隙天线 3. 线天线：偶极子天线、螺旋线天线 4. 天线阵列：有限阵列天线阵、频率选择表面（FSS）、 5. 雷达散射截面（RCS） 微波 1. 滤波器：腔体滤波器、微带滤波器、介质滤波器 2. EMC（Electromagnetic Compatibility）/EMI（Electromagnetic Intergerence ）：屏蔽罩、近场－远场辐射 3. 连接器：同轴连接器\底板、过渡 4. 波导：波导滤波器、波导谐振器、波导连接器 5. Silicon/GaAs：螺旋电感器、变压器 通过HFSS可以获取的信息： 1．矩阵数据：S、Y、Z参数和VSWR（匹配） 2．相关的场： 2D/3D近场－远场图 电场、磁场、电流（体/面电流）、功率、SAR辐射 3．某空间内的场求解 求解类型：Full-wave 求解原理：3D有限元法（FEM） 网格类型：等角的 网格单元：正四面体 网格剖分形式：自适应网格(Adaptive Meshing) 4．激励：端口求解 求解原理：2D-FEM 形式：自适应网格（边界条件） HFSS软件的求解原理 总体来说，HFSS软件将所要求解的微波问题等效为计算N端口网络的S 矩阵，具体步骤如下： ●将结构划分为有限元网格（自适应网格剖分） ●在每一个激励端口处计算与端口具有相同截面的传输线所支持的模 式 ●假设每次激励一个模式，计算结构内全部电磁场模式 ●由得到的反射量和传输量计算广义S矩阵 图1 求
HFSS常见问题集锦(增强版)
1、HFSS仿真结果的疑问 我在做一个超宽带天线，用ansoft仿真结果也差不多了，可是同一模型当我把扫频范围设定为，结果（方向图和 驻波）变化很大，我进一步细化又把频率范围设为时，结果再次变化，一次比一次变化大。 我想问各位大虾，同一模型是不是每次频率设定范围不一样，结果就差距很大，那我仿真时该设定多大范围比较好呀 欢迎热心同志给予解释帮助，，，多谢咯！！！ 答：仿真频率范围无谓，关键是在不同的频段仿真的时候你的空气盒子大下得相应的改变，为你仿真中心频段的１／４波长．如果仿 真频段太宽，也可以分段仿真． 2、请教：这个同轴是怎么加的 图片： 请问这个同轴是怎么加的 垫片印刷在介质板上使用50ohm同轴线馈电请问同轴的内轴外轴都是怎么加到天线上的 我只将内探针加到了介质上结果有一个谐振点总是畸变肯定是我的同轴馈电出了问题 麻烦大家帮我看看我想了好久了 答：建模时只要画出同轴与地板交界处端口就行了（内心不变），重新画出地板（画一个面）从这个地板上讲端口和内心减去（克隆），将内心从端口中减去（克隆），再在端口处设置激励就行了。 其实只要把你的模型发上来，一看就明白了，上面的回答应该是用集中端口设同轴线的做法，附一个例子给你看看，模型比较大，把端口放大就可以看到细节部分了 下载1fed by coax (6 K) 下载次数:31
3、提一个关于Radiation Boundary的问题 如题,按照full book上的说法,只要将模型边界条件设置成Radiation Boundary,就相当于不受边界的约束,波可以辐射到无限远空间,换句话说求解的空间大小已经不会对求解结果产生影响.但是我在做微带模型时对空气层的大小设置不同值后发现结果不同.请高人指点迷津! 答： 关于这个，可以参考金建铭的电磁场的有限元方法一书，电磁场的有限元方法中对于计算区域的截断的处理都不是非常的理想，辐射边界也是近似，至于辐射边界与计算目标的距离说法更是不一，论坛之前有帖子进行过大规模的讨论，我记得结果似乎是没有完全的定论，最常见到说法是波长就”差不多“，呵呵具体每种情况到底差多少也不可一概而论。而且这个的 系数似乎不被金建铭很认可，书中的相关的有限元计算设置的都是倍波长， 吸收边界对大角度入射的情况，吸收效果不佳。 波长是针对高增益天线 对低增益，由于大角度大电场强度入射的影响比较显着，需要扩大到波长，从而减小入射角。这些在full book里面是有的，宝典一定要多读几遍啊。 4、Hfss求解和空气盒设置问题 我仿的一个超宽带天线,F为,我设置的求解频率为11,用fast扫频,空气盒高度将近1/2波长,不知道这样的设置对不对,是不是空气盒的高度高点更好,还有这求解频率11有没错,希望高手指导下 答：求解频率设置为11没有什么问题,不知道"空气盒高度将近1/2波长"是按那个频率计算的,一般应选取最低频率的四分之一波长 空气盒高度实际上是中心频率的6G的1/4*lamd,如果按照最低频率设置的话,像我今天仿的另外一个例子是1-11G,那空气盒的高度非常大,求解的速度非常的慢,甚至没法仿真,有没有 更好的方法来设置呢,能不能用中心频率来设置呢 频率太宽的话，可以分段仿真，这样比较准确； 天线距离空气边界要求是1/4波长，和相距1/2波长的仿真结果相差不大，我都用的是1/2波长； 求解频率不应该是１１吧，应该是中心频率．其次波长也以中心频率为准的