印刷偶极子天线FSS仿真研究报告
一种双极化印刷偶极子基站天线
一种双极化印刷偶极子基站天线夏小勇;廖成【摘要】在传统的印刷偶极子上通过切角、向上弯折的形式来扩展偶极子的外围轮廓，并通过改变馈电开路枝节的宽度的方式来展宽天线的带宽，并将该结构应用于双极化基站天线中。
研究表明，单元天线在1.50~3.38GHz范围内，VSWR<2，相对带宽达到77%，获得了较好的带宽特性；组成双极化天线后，在1.8~2.7GHz的频率范围内，天线的交叉极化比、水平面波束宽度、隔离度等指标能较好满足移动通信的要求，可以应用于移动通信系统中。
%This paper proposes a method of extension of the outline profile by cutting angles and bent upward in the patch and of bandwidth extension through extending and changing open slot in feed location, which is implementedin the dual-polarized base station antenna. The research has shown thatthe single antenna has a bandwidth of 1.50-3.38GHz,and Voltage Standing Wave Ratio(VSWR) of less than 2. The relative bandwidth reached 77%, which gets a better bandwidth. As a dual-polarized antenna which could apply to mobile communication systems, its cross-polarization ratio, the horizontal plane beam width;isolation can preferably meet the requirements of mobile communication in the frequency scope of 1.8GHzto 2.7GHz.【期刊名称】《移动通信》【年(卷),期】2013(000)016【总页数】5页(P48-52)【关键词】印刷偶极子;基站天线;带宽【作者】夏小勇;廖成【作者单位】西南交通大学电磁场与微波技术研究所，四川成都610031;西南交通大学电磁场与微波技术研究所，四川成都610031【正文语种】中文【中图分类】TN828.61 引言随着移动通信的快速更新和发展，提高移动通信的信道容量变得日益重要。
频率选择表面-HFSS报告
频率选择表⾯-HFSS报告频率选择表⾯5.3.1 设计背景频率选择表⾯（Frequency Selective Surface，FSS）是⼀种⼆维周期性结构，可以有效地控制电磁波的反射与传输。
⽬前FSS的应⽤⼗分⼴泛，可⽤于反射⾯天线的负反射器以实现频率复⽤，提⾼天线的利⽤率；也可以⽤于波极化器、分波数仪和激光器的“腔体镜”，以提⾼激光器的泵浦功率；还可以⽤于隐⾝技术，应⽤设计的雷达天线罩能够有效地降低雷达系统的雷达散射界⾯。
5.3.2 设计原理FSS是⼀种⽽为周期排列的阵列结构，本⾝不能吸收能量，但是却能起到滤波的作⽤。
通常有两种形式，以后总是贴⽚型，是在介质衬底层上周期性地印上规则的导体贴⽚单元组成⾦属阵列；另⼀种是孔径型，是在很⼤的⾦属屏上周期性开孔的周期孔径结构。
这两种结构都可以实现对电磁场的频率选择作⽤和极化选择作⽤，对于谐振情况下的⼊射电磁波，这两种阵列分别表现出全反射（单元为导体贴⽚）、全透射（单元为缝隙、孔径），它们也被分别称为带阻型FSS和带通型FSS。
频率选择表⾯的频率选择特性主要取决于写真单元的形式、单元的排布⽅式以及周围戒指的电性能。
FSS的基本结构如图5-3-1所⽰，上下层为介质层，中间层为⾦属层，⾦属层也可以位于介质层的上下⾯上。
1.基本的偶极⼦或缝隙形式的频率选择表⾯FSS的两类基本形式是导线阵列和缝隙阵列，如图5-3-2所⽰。
ε1 µ1ε2 µ2图5-3-1 FSS的基本结构如图5-3-2（a ）所⽰的谐振偶极⼦的阵列作为带阻滤波器，不能通⾏偶极⼦谐振频率的波，但可以通⾏⾼于和低于谐振频率的波。
与之互补的在理想导电⽚上的缝隙阵列，如图5-3-2（b ）所⽰，⽤作带通滤波器，可通⾏等于缝隙谐振频率的波，但拒绝较⾼和较低频率的波。
两种情况的传输系数图如图5-3-3所⽰。
2. 其他形式的频率选择表⾯单元形状各种各样的FSS 单元形状都是从最基本的直偶极⼦单元开始的。
HFSS验证性仿真实验报告样例
《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。
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。
2.4G印制偶极子天线设计与仿真.docx
2. 4G印制偶极子天线设计与仿真答辩人：陈孙水指导老师:游佰强2007.6.1论文主要工作：■1、检索国内外相关资料，了解RFID技术发展、现况及目前标签天线种类与特点。
■2、学习相关理论，掌握ADS有关印制天线设计基本操作，对V形地平面偶极子天线进行设计。
■3、仿真讨论一些参数对天线性能影响，对所设计天线仿真并分析其结果。
RFID （Radio Frequency Identification无线射频识别）:埃森哲实验室首席科学家弗格森认为RFID是一种突破性的技术.该技术正蓬勃发展，在航空业、物流运输业、动物识别等领域大展拳脚。
RFID发展简史■ 1948年哈里斯托克曼发表的“利用反射功率的通信”奠定了射频识别技术的理论基础。
■ 1950-1960年是射频识别技术早期的探索阶段。
■ 1970-1980年射频识别技术与产品研发得到大发展并于80年代进入商业成规模应用。
■ 2000年后标准化问题日趋为人们所重视。
之后, 射频识别技术的理论得到丰富和完善。
RFID现状■ RFID系统工作频率不高时，多用环天线。
大部分能量以交变磁场的形式耦合。
常用的有四种微型化设计方案：空心线圈、磁芯线圈、薄膜天线和集成天线■433MHz可采用平面倒F天线；915MHz可采用偶极子天线，典型的设计天线尺寸大小为：76.1 X44X1.2mm3o■工作在特高频（UHF）以上的RFID标签大多采用对称振子或是其变形结构的线天线（如折合振子天线，Vee型振子天线和领结振子天线等）・单极子天线开始在手机中得到了成功的应用，通过适当优化单集子的数目及天线（阵列）的长度，可全频段工作，使天线工作频率在850MHz〜6GHz频率范围内。
■24GHz以及更高的频率，微带馈电缝隙天线有较好的前景RFID应用■低频（从125KHZ到134KHZ）：畜牧业的管理系统、汽车防盗和无钥匙开门系统的应用、马拉松赛跑系统的应用、门禁和安全管理系统■高频（工作频率为13.56MHz）：图书管理系统的应用、三表预收费系统、大型会议人员通道系统、医药物流系统的管理和应用、智能货架的管■甚高频（工作频率为860MHz到960MHz之间）：供应链上的管理和应用、生产线自动化的管理和应用、航空包裹、集装箱后勤管理系统的应用标签天线举例■环天线■分形天线■偶极子天线■单极子天线■缝隙天线b 波导馈电的缝隙阵天线4 “7 |¥1 I ( ：1叫I 债电的 图4 Hilbert 分形天线常见偶极子变形——折合本论文工作: 由于工作频率升高，天线臂尺寸减小。
HFSS天线仿真实验报告
HFSS天线仿真实验报告半波偶极子天线设计通信0905杨巨U2009138922012-3-7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)所产生的辐射场为其中5、方向函数四、实验步骤1、设计变量设置求解类型为Driven Model 类型，并设置长度单位为毫米。
提前定义对称阵子天线的基本参数并初始化2、创建偶极子天线模型，即圆柱形的天线模型。
其中偶极子天线的另外一个臂是通过坐标轴复制来实现的。
3、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。
印刷振子天线结构的HFSS及MWS仿真分析
指导
参考文献
［１］ｌＫ墩，｛ＣＳＩ微波Ｉ：∥剖ＩＪ户仝１ ５》，电子科技人学山版社，２００４ ［２］Ａｎｓｏｆｔ ２００３ Ｊ｜』户通汛 ［３］｝兕斟：，；，矧１ ｆ５．伞形印捌偶阪子辐射单元研究．．第２期． ［４ Ｊ杨林 ｃ：＿｜：带【＿＝｜Ｊ删振Ｊ二的分忻与陵计．火控雷达技术，１９９６，２５（２）：５２｝ ［ｉ］Ｉｈ ｉ．…Ⅲｕ，…ｉ．［Ｊｉｕｌｉ Ｌ、｝Ｒｅｅｓ Ａ Ｂｒｏａｄｂａｎｄ ＰｒＩｎｔｅｄ Ｄｉｐｏｌｅ ｗｉｔｈ ｔ ｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｂａｌｕｎ．
２５７
二．ＩＩＦＳＳ及ＭＷＳ概述
１．Ａｎｓｏｌ １ ＩＩＩ？ＳＳ（ＩＩｊｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ）软什 Ａｎｓｔ｝ｆｔ ｌｌＩ？ｓｓ赴美国Ａｎｓｏｆｔ Ｉ？司开发的－－Ｔｅｐ三维电磁场仿真软ｆｌ：，’卜的理论基础趋有限
元法，得剑的是频域解．ＨＦＳＳ住设汁各种辐射器及本征模问题方面擅氏。ＩＩＦＳＳ分析仿真任意 二维无源解构的高频电磁场，并直接得到特征阻抗、传播常数、Ｓ参数及｝Ｕ磁场、辐射场、天 线方向幽等结果。该软“：被Ｊ’‘泛的随＿Ｉ｛ｊ丁－请如天线、微波转换器、发射设备、波导器件、射 频滤波器币¨任意二维１ｒ连续性等复杂问题。目前．ｔｔＦＳＳ晟新的版本是ｔｔＦＳＳ９．２。
Ｈ｝＿＇ｓｓ具有以ｌ、特点：１）强人的绘图功能，与ＡｕｔｏＣＡＤ完全兼容，完全集成ＡＣＩＳ ｆ卉｜态建 模器。：’，蛳：｝‘¨椭投术：姊：带快适率扫描、超宽带插值扫频、离散扫掘：３）最优设计解决 方棠．ＩＩＦ～ｓ乏¨越Ｊ、ｎ０儿仃ｉｔ！求和匹放功能的宠：语言。这使得圳户可将Ｊ Ｌ波计过科亡｜动化和 完成包ｊ：‘；多数化讣忻、优化、改“ｆＩ”究等的先进仿真。
偶极子天线实验报告
偶极子天线实验报告一、引言偶极子天线是一种常见的无线通信天线，广泛应用于无线电通信、雷达系统、卫星通信等领域。
本实验旨在通过实际操作，验证偶极子天线的工作原理和性能。
二、实验目的1. 了解偶极子天线的基本原理和结构；2. 掌握偶极子天线的调整方法和性能测试；3. 分析偶极子天线的辐射特性，并比较不同参数对天线性能的影响。
三、实验器材1. 偶极子天线；2. 信号源；3. 高频信号发生器；4. 示波器；5. 电源。
四、实验步骤1. 搭建实验平台：将偶极子天线固定在天线架上，并将信号源与天线连接。
调整天线的位置和方向，使其与信号源保持最佳匹配。
2. 测量天线增益：通过改变信号源的频率，测量天线在不同频率下的增益，并绘制增益-频率曲线。
3. 测量天线辐射方向图：将天线固定在水平方向上，通过旋转天线架，测量天线在不同角度下的辐射功率，并绘制辐射方向图。
4. 测量天线阻抗：将信号源与示波器连接，测量信号源输出和天线输入之间的阻抗，并计算天线的输入阻抗。
5. 调整天线参数：根据实验结果，调整天线的长度、宽度等参数，观察天线性能的变化。
五、实验结果与分析1. 实验结果：根据实验数据，绘制了天线增益-频率曲线，得出天线在特定频率范围内具有较高的增益。
实验数据还显示，天线在水平方向上具有较好的辐射特性，辐射范围较宽。
通过调整天线的参数，可以进一步优化天线性能。
2. 实验分析：偶极子天线的增益与频率有关，通常在某个特定频率下具有最大增益。
这是因为天线的长度和频率之间存在共振关系，只有在共振频率下，天线才能有效地辐射和接收电磁波。
而在共振频率附近，天线的增益会显著下降。
天线的辐射方向图描述了天线在不同方向上的辐射功率分布。
通过测量不同角度下的辐射功率，可以绘制出辐射方向图。
一般来说，偶极子天线的辐射方向图呈现出较为均匀的辐射特性，在水平方向上具有较好的辐射范围。
天线的阻抗是指天线输入端的电阻和电抗之和。
通过测量信号源输出和天线输入之间的阻抗，可以了解天线的阻抗匹配情况。
频率选择表面HFSS报告
频率选择表面设计背景频率选择表面（Frequency Selective Surface，FSS）是一种二维周期性结构，可以有效地控制电磁波的反射与传输。
目前FSS的应用十分广泛，可用于反射面天线的负反射器以实现频率复用，提高天线的利用率；也可以用于波极化器、分波数仪和激光器的“腔体镜”，以提高激光器的泵浦功率；还可以用于隐身技术，应用设计的雷达天线罩能够有效地降低雷达系统的雷达散射界面。
设计原理FSS是一种而为周期排列的阵列结构，本身不能吸收能量，但是却能起到滤波的作用。
通常有两种形式，以后总是贴片型，是在介质衬底层上周期性地印上规则的导体贴片单元组成金属阵列；另一种是孔径型，是在很大的金属屏上周期性开孔的周期孔径结构。
这两种结构都可以实现对电磁场的频率选择作用和极化选择作用，对于谐振情况下的入射电磁波，这两种阵列分别表现出全反射（单元为导体贴片）、全透射（单元为缝隙、孔径），它们也被分别称为带阻型FSS和带通型FSS。
频率选择表面的频率选择特性主要取决于写真单元的形式、单元的排布方式以及周围戒指的电性能。
FSS的基本结构如图5-3-1所示，上下层为介质层，中间层为金属层，金属层也可以位于介质层的上下面上。
1.基本的偶极子或缝隙形式的频率选择表面FSS的两类基本形式是导线阵列和缝隙阵列，如图5-3-2所示。
介质基板PECε1 μ1ε2 μ2图5-3-1 FSS的基本结构如图5-3-2（a ）所示的谐振偶极子的阵列作为带阻滤波器，不能通行偶极子谐振频率的波，但可以通行高于和低于谐振频率的波。
与之互补的在理想导电片上的缝隙阵列，如图5-3-2（b ）所示，用作带通滤波器，可通行等于缝隙谐振频率的波，但拒绝较高和较低频率的波。
两种情况的传输系数图如图5-3-3所示。
2. 其他形式的频率选择表面单元形状各种各样的FSS 单元形状都是从最基本的直偶极子单元开始的。
现在讲偶极子单元分成四类，分别为：（1） “中心连接”或“N-极子”单元。
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印刷偶极子天线设计及振子长度对天线特性影响的研究
温州大学 愚 公
2012年10月20日
一、 所用仪器
1、装有windows XP系统的PC一台
2、HFSS10.0仿真软件
二、 操作步骤
1、设计变量
设置求解类型为Driven Model 类型，并设置长度单位为毫米。
定义对称偶极子天线的基本参数并初始化，如下表。
2、创建印刷偶极子天线模型如图。
其中另外一个臂是通过坐标轴复制来实现的。
过程
省略。
3、设置端口激励
印刷偶极子天线由中心位置馈电。
4、设置辐射边界条件
要在HFSS中计算分析天线的辐射场，则必须设置辐射边界条件。
这里创建一个长方体设置为辐射边界条件。
5、外加激励求解设置
设计的印刷偶极子天线的中心频率在2.45G Hz，同时添加2.0G Hz ~3.0G Hz频段内的扫频设置，扫频类型为快速扫频。
三、 实验结果
1、回波损耗S11
回波损耗回波损耗是电缆链路由于阻抗不匹配所产生的反射，是一对线自身的反射，是天线设计需要关注的参数之一。
HFSS10.0的设置方法与HSFF13有较大区别，具体步骤
如下面三个图所示：
其余各项结果的输出基本类似。
以下不再赘述。
图中所示是在2G Hz ~3 G Hz频段内的回波损耗，设计的印刷偶极子天线中心频率约为2.45G Hz。
2、电压驻波比VSWR
电压驻波比VSWR,是指驻波的电压峰值与电压谷值之比。
由图可以看到在2.45GHz附近时，电压驻波比约为1.1，说明此处接近行波，传输特性比较理想。
3、smith圆图
史密斯圆图是一种计算阻抗、反射系数等参量的简便图解方法。
采用双线性变换，
将z复平面上。
实部 r=常数和虚部 x＝常数两族正交直线变化为正交圆并与：反射系数|G|=常数和虚部x＝常数套印而成。
图中所示的输入阻抗分别为实部和虚部，在中心频率 2.45GHz时，归一化输入阻抗为0.998‐j04,折合49.9‐j2，呈弱电容性。
4、输入阻抗
传输线、电子电路等的输入端口所呈现的阻抗。
实质上是个等效阻抗。
只有确定了输入阻抗，才能进行阻抗匹配。
图中所示的输入阻抗分别为实部和虚部，在中心频率2.45GHz 时，输入阻抗约为50‐j2，呈弱电容性。
与SMITH园的显示结果基本一致。
5、xoz方向图
方向图是方向性函数的图形表示，他可以形象描绘天线辐射特性随着空间方向坐标的变化关系。
辐射特性有辐射强度、场强、相位和极化。
通常讨论在远场半径为常数的大球面上，天线辐射（或接收）的功率或者场强随位置方向坐标的变化规律，并分别称为功率方向图和场方向图。
天线方向图是在远场区确定的，所以又叫远场方向图。
电场方向图：
由图可以看到，电场方向以Z轴为对称轴，在XOY平面上电场最强，且沿四周均匀辐射。
但沿着Z轴方向电场强度很弱，‐10db夹角为‐10~170度。
7、三维增益方向图：
天线的三维增益图如下，不赘述。
8、优化单极子长度
设置单极子长度变化范围为21‐23mm，三角翼高度为6‐14mm。
回波损耗对比图如下：
可见当振子长度为21mm毫米、三角翼高度为6mm时，中心频率最接近2.45G，且天线增益最大。