HFSS天线设计实例
基于HFSS的超宽带天线的仿真设计
基于HFSS的超宽带天线的仿真设计超宽带（Ultra-Wideband，UWB）技术在通信、雷达、生命科学以及计算机网络等领域都有着重要的应用。
为了实现超宽带通信，需要设计优化的超宽带天线。
本文介绍了基于HFSS软件的超宽带天线的仿真设计。
首先，超宽带天线的设计需要考虑其频率范围和辐射特性。
超宽带天线能够在多个频段内工作，其辐射波形应该符合超宽带信号的要求。
因此，我们需要设计一种在整个频率范围内都能够辐射信号的天线。
在超宽带天线设计中，一种常见的方法是采用螺旋天线。
螺旋天线是一种能够产生圆极化辐射的天线，其具有较宽的频带。
通过调整螺旋天线的尺寸和参数，可以实现在超宽带频率范围内的工作。
使用HFSS软件进行超宽带天线的设计和仿真。
HFSS是一种电磁场仿真软件，能够帮助工程师分析和解决各种无线电频率设备的问题。
使用HFSS软件，可以对超宽带天线进行三维电磁场模拟，并获得其频率响应、辐射图案等参数。
在使用HFSS软件进行仿真设计时，首先需要生成天线的三维模型。
可以通过绘制天线的结构和几何形状，或通过导入CAD文件生成。
在建模过程中，需要注意准确的尺寸和几何参数。
接下来，需要通过设置边界条件和材料参数来定义仿真模型。
在超宽带天线的仿真中，可以采用均匀网格和适当的边界条件来提高计算效率和准确度。
完成模型设置后，可以进行频率扫描仿真来获得天线的频率响应。
通过设置所需的频率范围和步进值，可以获取超宽带天线在整个频率范围内的响应特性。
然后，进行辐射特性的仿真。
通过设置天线的激励条件，可以得到天线的辐射图案和增益等参数。
辐射图案是描述天线辐射能力的重要指标，可以通过HFSS软件进行仿真和分析。
在得到仿真结果后，可以对超宽带天线的性能进行评估和优化。
可以根据仿真结果对天线的尺寸、结构和材料进行调整，以达到设计要求。
总之，基于HFSS的超宽带天线的仿真设计可以帮助工程师实现高效、准确的天线设计。
通过HFSS软件的仿真分析，可以获得超宽带天线的频率响应、辐射图案等各种性能指标，为超宽带通信和其他应用领域提供支持。
利用ADS和HFSS仿真微带天线案例
利用ADS和HFSS仿真微带天线案例01矩形微带天线设计原理在工程上，微带天线采用传输模法设计，在PCB板上实现，如图1(a)所示：L是微带天线长边，电场正弦变化；W是其宽边，天线的辐射槽便是宽边的边沿；ΔL是由边沿电容引起的边沿延伸。
图1(b)给出其等效电路图，可看成源阻抗通过长为L+2ΔL的传输线与负载阻抗ZL 相连，其中ZS=ZL是辐射槽的阻抗；Zin是从输入端口位置的辐射槽向里看的输入阻抗，即不包含第一个辐射槽阻抗在内的输入阻抗。
由具有任意负载阻抗的一段传输线的输入阻抗公式可得（微波工程51页）：其中，Z0为宽度W的微带线的特性阻抗，β为传播常数。
谐振时，把(2)带入(1)式得到：Zs=Zin=ZL。
这也表明半波长线不改变负载阻抗。
ΔL、εe由以下两个式子确定。
其中，W为微带天线的宽边；h为介质板的厚度；εr为相对介电常数。
W值不是很关键，通常按照下面的式子确定：02矩形微带天线ADS仿真设计。
要求：PCB基片εr=3.5，厚度h=1mm，导体厚度T=0.035mm，工作频率3GHz，输入阻抗50Ω。
2.1 几何参数计算根据式（2）-（5）计算天线几何参数。
2.2 馈线设计、ADS LineCalc工具使用（1）启动LineCalc,如图2所示。
（2）Substrate Parameters 栏中，设置PCB参数；Component Parameters 栏中，设置频率；Electrical 栏中设置阻抗和电长度。
具体设置如下：相对介电常数Er: 3.5介质厚度H: 1mm导体厚度T：0.035mm工作频率Freq:3GHz特征阻抗Z0=50Ω电长度E_Eff:180°其他为默认值。
（3）设置完成后，将Physical 栏中W和L的单位改成mm，然后点击Synthesize 栏下的“向上箭头”按钮，在Physical 栏中得到馈线的宽度为2.219360mm，长度为30.162200mm。
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。
Example1.3_HFSS_共面波导(CPW)馈电蝶形天线
第六节 共面波导(CPW)馈电蝶形天线·这个例子教你如何在HFSS设计环境下创建、仿真、分析一个共面波导（CPW）馈电蝶形天线。
·采用集总端口（Lumped Port）激励源为共面波导（CPW）馈电F.5.6. 1参考资料Guiping Zheng, A. Z. Elsherbeni, and C. E. Smith, “A coplanar waveguide bowtie aperture antenna,”Antennas and Propagation Society International Symposium, 2002. IEEE, Volume 1, 16-21 June 2002, Page 564-567.设计回顾一） C PW槽以及天线形状将会在一个金属平面上。
试想一下端口是怎样的？二） 将在8—12GHz的频段上对该天线进行分析。
试想空气体积应该设为多大？微波仿真论坛组织翻译 第179 页一.开始一）启动Ansoft HFSS1．点击微软的开始按钮，选择程序，然后选择Ansoft，HFSS10程序组，点击HFSS10，进入Ansoft HFSS。
二）设置工具选项注意：为了按照本例中概述的步骤，应核实以下工具选项已设置：1．选择菜单中的工具（Tools）>选项（Options）>HFSS选项（HFSS Options）2．HFSS选项窗口：1）点击常规（General）标签a．建立新边界时，使用数据登记项的向导（Use Wizards for data entry when creating new boundaries）：勾上。
b．用几何形状复制边界（Duplicate boundaries with geometry）：勾上。
2）点击OK按钮。
3．选择菜单中的工具（Tools）>选项（Options）>3D模型选项（3D Modeler Options）4．3D模型选项（3D Modeler Options）窗口：1）点击操作（Operation）标签自动覆盖闭合的多段线（Automatically cover closed polylines）：勾上。
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) 是一种用于电磁场仿真的专业软件，可广泛应用于微波、射频和毫米波电路及天线设计领域。
本文将基于HFSS软件，对矩形微带天线进行仿真与设计。
1. 矩形微带天线的原理矩形微带天线是一种常用的微带天线结构，其原理是通过在基板上制作一块金属片，再将其与微带馈源相连，形成天线结构。
当微带馈源传输电磁波信号时，金属片将产生共振现象，从而辐射出电磁波信号，实现天线的信号发射与接收功能。
在进行矩形微带天线设计时，需要确定一系列设计参数，包括天线的长度、宽度、基底材料以及微带馈源的位置等。
这些设计参数将直接影响到天线的工作频率、频带宽度、增益以及阻抗匹配等性能指标。
在进行矩形微带天线的仿真时，首先需要在HFSS软件中建立天线的三维模型。
通过设置好天线的设计参数，如长度、宽度、基底材料等，并对微带馈源进行建模。
接着，对天线的工作频率范围进行设置，进行频域分析，并评估天线的频率响应、阻抗匹配、波传输等性能指标。
根据仿真结果对天线设计参数进行优化，以满足设计要求。
通过HFSS仿真，可以获得矩形微带天线的频率响应曲线。
该曲线反映了天线在不同频率下的辐射性能，包括驻波比、增益、辐射模式等。
通过对频率响应曲线的分析，可以确定天线的工作频率范围、频带宽度，并对天线的频率响应进行优化设计。
阻抗匹配是矩形微带天线设计中的重要问题，影响着天线与信号源之间的能量传输效率。
通过HFSS仿真，可以获取天线的输入阻抗参数，并进行阻抗匹配网络设计，以提高天线的能量利用率。
矩形微带天线的辐射模式是指天线在不同方向上的辐射功率分布情况。
通过HFSS仿真可以获取天线的辐射模式图，并分析天线的主辐射方向、辐射功率分布等，从而优化天线的辐射性能。
在进行矩形微带天线的仿真与设计过程中，需要不断对天线的设计参数进行调整与优化，以满足天线的性能指标要求。
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HFSS（High Frequency Structure Simulator）是一款广泛应用于天线设计领域的电磁仿真软件。
本文将基于HFSS进行双频微带天线的仿真和设计，包括仿真模型构建、参数设置、频率扫描、天线设计优化等内容。
以下是对于每个步骤的详细介绍。
首先，在HFSS软件中创建一个新的项目，然后选择"Design Type"为"Antenna"。
接下来，根据双频微带天线的特点，构建天线的几何结构。
双频微带天线通常由一个辐射贴片和一个馈电贴片组成。
辐射贴片的几何结构决定了辐射频率，馈电贴片的几何结构决定了馈电频率。
根据具体的设计要求，可以选择矩形、圆形或其他形状的贴片。
在构建天线的几何结构后，需要设置天线的材料属性。
可以选择常见的介质材料，如FR-4、Rogers等，然后设置其相对介电常数和损耗因子。
这些参数对天线的性能有重要影响，需要根据具体的设计需求进行调整。
完成材料属性设置后，需要定义辐射贴片和馈电贴片的端口。
通常，辐射贴片和馈电贴片的接地为共地，但其余部分分开。
可以通过选择适当的面来定义每个端口。
然后，设置端口的激励类型和激励参数。
常见的激励类型有电流激励和电压激励，而激励参数包括频率、幅度和相位等。
在设置好端口后，可以进行频率扫描，以获取天线的频率响应。
可以选择在一定范围内进行频率扫描，也可以单独指定感兴趣的频率点。
通过分析结果可以得到辐射和馈电贴片的共振频率，以及频率响应的带宽等信息。
如果设计的频率不满足要求，可以对几何结构和材料参数进行调整，然后重新进行频率扫描。
当天线的频率响应满足要求后，可以进行天线设计的优化。
优化的目标通常包括增加天线的增益、改善天线的辐射效率、扩展天线的带宽等。
可以通过对辐射贴片的长度、宽度、形状等进行调整，或者对馈电贴片的长度和宽度进行调整。
优化过程中，可以通过设置参数范围和优化目标，使用HFSS内置的优化算法进行自动优化。
基于HFSS的天线设计流程..
天线设计流程：1.确定设计目标2.查阅资料，确定形状，给出结构图（变量形式）3.仿真建模、求解4.优化设计，确定变量值5.版图，加工，测试设计目标：设计并实现一款超宽带天线，天线馈电方式采用50Ohm微带线进行馈电，天线在3.1-10.6GHz频段范围内满足S11<-10dB，天线辐射方向图为全向。
天线介质基板采用选用介质板FR-4，其相对介电常数为4.4，厚度为h=0.8mm。
基于HFSS13.0的超宽带天线设计实例：的超宽带天线设计实例：一、一、 建立工程建立工程菜单Project->Insert HFSS Design 二、二、 设置求解模式设置求解模式菜单HFSS->Solution Type->天线为Driven Modal 三、三、 天线模型建立天线模型建立 1、 设置模型尺寸长度单位设置模型尺寸长度单位菜单Modeler->Units->mm->OK 单位一般设置为毫米mm。
2、天线模型结构天线模型结构本例天线采用的模型如图1所示，其详细结构尺寸见表1. 超宽带平面天线结构图图1 超宽带平面天线结构图初步设计的超宽带平面天线尺寸表1 初步设计的超宽带平面天线尺寸w=16mm l=32mm h=0.8mm wd=1.5mm l1=12mm h1=11mm w1=3mm h2=20mm h3=4mm 微带线阻抗验证：1)、采用Agilent AppCAD计算计算2、采用LineCalc计算工具（ADS中的工具）中的工具）、输入设计参量菜单Project->Project Variables或者HFSS->Design Properties 点击Add，输入w=16mm变量，详见下图变量，详见下图中全部变量，最终如下图4、建立模型、建立模型（1）创建介质板FR4 （a）在菜单栏中点击Draw>Box，在模型窗口任意创建Box1 （b）双击模型窗口左侧的Box1，改名为Substrate，在点击Material后面的按钮，选择Edit，搜索FR4，选择FR4_epoxy点击确定。
基于HFSS的天线设计
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 ）侧视图图2 矩形微带贴片天线的俯视图和侧视图2、天线几何结构参数推导计算公式假设矩形贴片的有效长度设为e L ，则有2/g e L λ=式中，g λ表示波导波长，有eg ελλ/0=式中，0λ表示自由空间波长，e ε表示有效介电常数，且21)121(2121-+-++=W h r r e εεε 式中，r ε表示介质的相对介电常数，h 表示介质层厚度，W 表示微带贴片的宽度。
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HFSS 天线设计实例这是一种采用同轴线馈电的圆极化微带天线
切角实现圆极化
设计目标!(具体参数可能不精确，望大家谅解)主要讲解HFSS操作步骤!
GPS微带天线:介质板:厚度:2mm,介电常数:2.2,大小:100mm*100mm
工作频率:1.59GHz,圆极化(左旋还是右旋这里不讲了哈),天线辐射在上半平面覆盖!
50欧同轴线馈电,
1、计算参数
首先根据经验公式计算出天线的基本参数，便于下一步建立模型。
贴片单元长度、宽度（正方形贴片长宽相等）、馈电点位置，分离单元长度.下表是经HFSS分析后选择的一组参数：
2、建立模型
首先画出基板50mm*50mm*2mm 的基板
起名为substrate
介电常数设置为如图2.2的，可以调整color颜色和transparent透明度便于观察
按Ctrl+D可以快速的使模型全可见！按住Ctrl+Alt键，拖动鼠标可以使3D模型自由旋转
同理，我们画贴片：
1、在基板上画出边长65mm（假设用公式算出的是这么多）的正方形
2、起名为patch,颜色选绿色，透明度设为0。
5
画切角是比较麻烦的
1、用画线条工具，画三线段，坐标分别是0.5.0, 5.0.0, 0.0.0
2、移动三角形，选中polyline1,选菜旦里edit\Arrange\move,先确定坐标原点或任一点为基准点，将
三角形移动到左上角和贴片边沿齐平。
3、复制三角形，选中polyline1,选菜单里edit\arrange\duplicate\around axis,相对坐标轴复制，角度换成180，然后在右下角就出现了相对称的另一个三角形。
4、从patch上切掉对角上的分离单元polyline1和polyline1_1:
选中patch、polyline1和polyline1_1，选菜单里3D modeler\Boolean\Subtract
把polyline1和polyline1_1从patch上切掉最后剩下
先在介质板底面画一个100mm*100mm的正方形作为导电地板。
起名为ground
下面就是画馈源了：我们采用同轴线馈电，有两种建模方法：
1、在馈电点画一0.5mm的铜柱代表同轴线内导体，起名为feed
2、在介质板底面馈电点处画一1.5mm的圆，起名为port
3、复制port为port1,复制feed为feed1
4、复选port和feed1，执行菜单里3D Modeler\Boolean\Subtract，使port成为一个内径0.5mm外径1.5mm的圆环
5、复选ground和port1,执行菜单里3D Modeler\Boolean\Subtract，在ground上去掉半径为1.5mm的圆
port最后是这样的
画辐射吸收场区：画一个box，大约是离天线四分之波长。
由于天线是强辐射器件，故设定吸收边界条件为ABC（Asymptote Boundary Condition 渐进边界条件）时为，而不是，这样会提高计算精度，但同时计算时间喝内存需求也大大增加。