HFSS双频微带天线设计
HFSS设计微带天线的心得
hfss在仿微带贴片天线的心得（1）
（1）仿真结果稍有偏差的问题
用hfss仿双频微带天线的时候，
在setup里面设置求解频率，
比如设计的天线是1.5G和2.5G，
那么据仿真的结果和加工出来的天线实测结果来看，
如果把求解频率设置为2.5G，那么通常低频的1.5G算不准（实际上是偏高）
把求解频率设置为1.5G，那么高频又算不准；
这与网上盛传的求解频率不超过3个倍频有点出入；
建议大家在精仿的时候对于多个频率的天线，
最好还是一个一个的仿，不要设置好一个频率就不再变动了。
对于粗仿倒是无所谓。
hfss在仿微带贴片天线的心得（2）
（2）设置多端口实现圆极化问题
hfss10中设置多个端口，以两个端口为例，展开HFSSDesign1，在其子目录下找到field overlays，右键f ield overlays，选择edit sources，出现一个选择表如图1，
图1
这样就可以实现两个端口相差90度馈电了，依次类推，要实现4端口90相差馈电可参照图2，图2
也可以设置各个端口任意相差馈电；
这在仿双端口馈电圆极化天线和四端口馈电圆极化很有用。
微波仿真论坛_HFSS设计微带天线
微波仿真论坛_HFSS设计微带天线
一、前言
微带天线，即微带感应力天线，是一种先进的电磁发射天线，它采用微细空心管及其他微带元件，广泛应用于宽带、多址无线通信、脉冲定位系统、脉冲探测系统等许多应用中。
以HFSS为工具，设计微带感应力天线，能够更加直观地分析微带天线的性能，从而帮助我们了解微带天线的传输特性，并根据实际应用需求实现天线高效性能设计。
二、微波仿真HFSS的设计步骤：
1、首先，选择好所采用的HFSS软件，确定需要分析的微带感应力天线的构型，并建立计算模型。
2、根据相关理论，计算出微带天线的基本参数，如振子长度、空心管半径和微带宽度等，以及天线的振荡频率、相位阶跃和频带宽等。
3、设置相应的仿真网格，根据天线实际的构形，划分仿真区域，确定网格大小和步长，以达到较高的空间分辨率，从而获得更准确的仿真结果。
4、设置仿真参考电路，根据计算出的微带天线振子长度、空心管半径和微带宽度等，及其传输特性，利用HFSS软件设置好参考模型，以及仿真频率。
5、开启仿真计算，间接计算和直接计算，从而获得微带感应力天线的S参数，用于评估微带天线的性能。
应用HFSS设计一种双频段GPS微带天线
应用 HFSS 设计一种双频段 GPS 微带天线彭祥飞，钟顺时（上海大学通信与信息工程学院，上海 200072）摘要：本文应用Ansoft 公司的HFSS 软件仿真设计一种双频段GPS 微带天线。
此天线由不同介电常数的 微波陶瓷基片组成,双层正方形切角的微带贴片通过单个探针馈电。
文中给出了天线的详细设计及实验结 果，仿真结果和实验结果很好的吻合,结果说明HFSS 软件的高效性和准确性。
关键词： Ansoft HFSS ； 微带天线；全球定位系统；双频段；圆极化；1前言Ansoft 公司 HFSS 仿真器提供了一种采用有限元法对三维高频结构电磁特性进行仿真计算的工具。
该软件具有很高的 计算精度,已经成为天线与微波电路设计方面的有力工具。
本文采用 Ansoft 公司的 HFSS 模块设计出一种双频段 GPS 微带 天线。
近年来微带天线由于它的尺寸小、成本低、易实现圆极化等优点在全球定位系统（GPS ）应用中独占鳌头。
大部分的 GPS 仅工作在L 1 频率，常用的GPS 微带天线加工在高 ∑ r 的厚陶瓷基片上 [1]，这样的天线低仰角性能好和带宽足够宽，具有 良好的广角圆极化。
但为了满足GPS 的一些特殊应用，如高精度的一体化检测或差分基准系统 [ 2 ]，GPS 天线必须在L 1/L 2 两 个频率(L 1：1575 MHz, L 2:1227 MHz )上实现圆极化。
如果用单馈电点实现双频圆极化，可以用两种微带天线结构：一种使 用单块贴片 [3, 4] , 其两圆极化工作频率比大约是 1.5 倍或更大些；另一种使用双层贴片 [5 7 ]，两圆极化频率比小于 1.5 倍。
本 设计中，L 1 和L 2 的频率比为 1.28 倍，小于 1.5 倍，所以用双层贴片设计能满足GPS 天线L 1/L 2 两个频率的要求。
但是绝大 多数文献[5~7]报道的双层贴片天线都加工在同一介电常数的两块基片上,基片中间引入空气层（可采用泡沫材料来支撑上 层），这样既增大了尺寸，又不便于加工。
一种工作在SC波段的双频微带天线的设计与仿真
一种工作在S/C波段的双频微带天线的设计与仿真作者：付靖娟叶志清来源：《硅谷》2009年第23期[摘要]设计一种同时工作在S波段和C波段的双频微带天线。
天线的双频特性通过在矩形贴片上加载缝隙来实现,并采用同轴线馈电。
通过基于有限元法的高频电磁场仿真软件HFSS仿真,从天线的回波损耗和方向图分析天线的性能。
从仿真结果可以看出,该结构有很好的双频特性,中心频率分别为2.33GHz和4.60GHz,且在工作波段有良好的增益特性,均在3db以上。
同时发现改变缝隙的长度对天线的频率影响较大,缝隙宽度的改变对天线的频率影响极小。
[关键词]微带天线双频缝隙HFSS中图分类号:TN822文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1210015-02一、引言当今,微带天线在很多领域得到了广泛应用[1]。
包含了卫星通讯系统、无线局域网络,整合封包无线服务、直播卫星[2],全球卫星定位系统[3]、区域多点分配服务以及低功率的个人行动通讯设备[4]等,都朝向多任务、高速宽频的方向发展。
随着通信技术的迅速发展,已有的频段显得越来越拥挤,为了增加信道数量常常要求采用新的频段。
微带天线易于实现双频和多频工作,应用广泛[5]。
为了能够使微带天线双频工作,通常可以通过以下几种方法来实现:(1)多贴片;(2)槽加载;(3)集总元件加载。
蝶形天线[6]能够实现天线的小型化,能工作在两个谐振频率上;矩形和三角形缝隙加载天线[7]也是比较可行的方法;L.Shafai等人提出了一种孔径藕合的双槽微带天线的结构[8],这种结构的优点是:通过改变槽的尺寸、位置、数目和方位,可以调节两个或多个谐振频率;另一种较复杂的开槽天线[9]能够工作在0.9GHz和1.8GHz,同时VSWR≤2的带宽达到了20%,但VSWR多贴片和集总加载都会使天线的结构变得复杂,而槽加载作为一种简单的加载方式,可以在单层微带天线上实现双频,易于制作和调试,且容易与微波电路集成。
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
刘振;石雄
【期刊名称】《武汉工业学院学报》
【年(卷),期】2013(032)003
【摘要】在一种常用的2.45 GHz同轴馈电微带天线的基础上,利用HFSS三维电磁仿真软件对天线尺寸进行优化改进,选择合适的50 Ω同轴电缆的馈电位置使天线工作在1.9 GHz和2.45 GHz频段.HFSS仿真结果表明,天线工作在1.9 GHz和2.45 GHz时回波损耗达到最小值,且输入阻抗为50 Ω左右.最后在仿真基础上制作出天线实物并对回波损耗进行测试,结果表明该双频天线的设计是可行的.
【总页数】5页(P36-39,57)
【作者】刘振;石雄
【作者单位】武汉轻工大学电气与电子工程学院,湖北武汉430023;武汉轻工大学电气与电子工程学院,湖北武汉430023
【正文语种】中文
【中图分类】TN828.6
【相关文献】
1.基于HFSS的宽频带微带天线的设计和仿真 [J], 惠鹏飞;周喜权;冯浩茹;龙翔宇;
2.基于HFSS的小型圆极化GPS微带天线设计与仿真 [J], 赵一飞;杨阳;杨洪亮;赵益民
3.基于HFSS的无线传感器网络节点微带天线设计与仿真 [J], 吴超;吴明赞;李竹
4.基于HFSS的圆极化微带天线的设计和仿真 [J], 李登丰
5.基于HFSS矩形微带天线仿真与设计 [J], 王琨;王茂丞;李宗泽;林昊晨
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微波仿真论坛_基于HFSS的双层宽带微带贴片天线的研究
and propagat, 1989,48(5):73-76. [6]Ikmo Park. An aperture-couple small microstrip antenna with enhanced bangwidth[J]. Antennas and Propagation Society Interna
关键词：宽频带 微带贴片天线 阻抗带宽 HFSS
中图分类号: TN821
文献标识码: A
文章编号:1674-0874(200８)05-0059-03
微带天线又叫共型天线, 是在带有导体接地板 的介质基片上贴加导体薄片而形成的天线. 它具有 剖面薄、体积小、重量轻、便于获得圆极化、容易 实现双频段、双极化, 平面结构, 与微波毫米波无 源电路、有源电路以及集成电路的兼容性好等优 点. 但微带天线有其固有缺陷, 即宽带比较窄, 一般 微带天线的带宽只有 5%左右[1.5]. 因此, 展宽微带天 线的带宽具有十分重要的意义. 目前, 随着微带天 线的应用越来越广, 对于如何展宽天线的带宽已经 出现了很多有效的方法, 其基本方法有以下几种: ①增大微带介质的厚度[1]; ②降低微带介质的介电 常数[1,4]; ③采用有耗介质[6]; ④附加阻抗匹配网络[7] 等. 前两种方法制作起来比较简单, 容易加工; 第三 种方法以天线增益的降低为代价; 第四种方法需要 设计宽带匹配电路, 电路结构复杂, 制作难度大.
基于HFSS的天线设计流程
基于HFSS的天线设计流程HFSS（High Frequency Structure Simulator）是一种用于高频电磁场仿真的软件工具，常用于天线设计领域。
以下是基于HFSS的天线设计流程，详述了设计前的准备、模型建立、仿真和优化等关键步骤。
一、设计准备1.需求分析：明确天线设计的要求，如频率范围、增益、方向性等。
2.材料选择：根据设计要求选择合适的材料，如介电常数、磁导率等。
二、模型建立1.创建天线几何体：使用HFSS的建模工具，绘制天线的几何形状，如导线、片状、贴片等。
2.导入材料参数：为天线几何体设置材料参数，指定介电常数和磁导率等参数。
3.锁定边界条件：确定边界条件，如天线周围是否存在接地平面或闭合结构等。
三、仿真设置1.电磁辐射频率范围：设定天线的工作频率范围。
2.网格划分：对天线模型进行网格划分，使得模型细节得到准确表达。
3.求解器设置：选择合适的求解器类型和参数，如自适应网格细化程度、计算精度等。
4.激励方式：选择天线的激励方式，如电流激励、电压激励等，设定激励位置和幅度。
四、仿真分析1.获取S参数：运行仿真分析，获得天线的S参数，即反射系数和传输系数。
2.方向图：计算天线的方向图，分析天线的辐射花样和辐射功率密度。
3.阻抗匹配：根据S参数结果，优化天线的匹配网络，以提高天线的输入阻抗匹配度。
五、优化设计1.参数化：对天线的关键参数进行参数化设置，方便后续的优化建模。
2.参数扫描分析：对参数进行范围扫描分析，观察参数变化对天线性能的影响。
3.优化算法：根据优化目标，选择合适的优化算法，如遗传算法、粒子群算法等。
4.优化迭代：根据优化算法计算出新的参数组合，重新运行仿真，比较新的性能结果。
5.反馈分析：根据优化结果进行反馈分析，调整参数范围，直至达到设计要求。
六、仿真验证1.原型制作：根据优化结果，制作实际天线样机。
2.测量验证：通过测试设备对样机进行测量，比较测量结果与仿真结果的一致性。
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一设计容简介双频工作是微带天线设计的重要课题之一，相关的设计包括使用多层金属片，具槽孔负载之矩形金属片，具矩形缺口的正方形金属片，具短金负载的金属片，倾斜槽孔耦合馈入的矩形金属片等。
其中，获得双频工作的一种最简单的方法是辐射贴片的长度对应一个频率谐振，其宽度对应另一个频率谐振，然后从对角线的一角馈电，就能使同一个辐射贴片工作于两个频率上。
其结构如图1所示。
图1故在这个设计中，L1是表示馈电点长度方向的x坐标的变量，其值为7mm,表示的中心频率为2.45GHZ，输入阻抗为50欧姆。
L2是表示馈电点的y坐标的变量，其值为10mm,表示的中心频率为1.7GHZ。
输入阻抗为50欧姆。
设计模型的中心在坐标原点上，辐射贴片的长度方向是沿着x轴方向，宽度方向是沿着y方向的。
介质基片的大小是辐射贴片的两倍，参考地面辐射贴片使用理想薄导体。
因为使用50欧姆的同轴线馈电，这里使用半径为0.6mm的材质为pec的圆柱体模型。
而与圆柱体相接的参考地面需挖出一个半径为1.5mm的圆孔，将其作为信号输入输出端口，该端口的激励方式设置为集总端口激励，端口归一化阻抗为50欧姆。
HFSS仿真设计过程1.新建工程文件（1）运行HFSS并新建工程：双击快捷图标，启动HFSS软件。
新建一个工程文件，工程名为Dual_Patch.hfss文件。
（2）设置求解类型：选择hfss→Solution Type,选中Driven Modal,然后点击OK。
（3）设置模型长度：选择Modeler→Units选项设置为mm。
点击OK。
2.添加和定义设计变量在HFSS →Design Propertied 命令，打开设计属性对话框，然后单击对话框。
在Name文本框中输入第一个变量名称H，在value文本框中输入该变量的初始值为1.6mm。
使用相同的方法，分别定义变量L0,W0,L1,length，L2。
其初始值分别为28mm，37.26mm,7mm，30mm，10mm点击确定。
设计属性对话框如图所示。
3.设计建模（1）创建介质基片：在主菜单中选择Draw→Box命令，进入创建长方体的状态，然后三维模型窗口创建任意一个长方体。
打开新建长方体属性对话框，把长方体的名称修改为Substrate,设置材质为FR4_epoxy,设置透明度为0.6.再双击历史树Substrate下的CreateBox选项，打开Command选项卡，在position文本框中输入顶点位置坐标为（-L0，-W0，0），在Xsize,Ysize和Zsize文本框中分别输入长方体的长宽高为2*L0，2*W0，H。
如图3-1所示。
这时就创建好了名称为Substrate的介质基片模型。
然后按Ctrl＋D 全屏显示物体模型。
图3-1介质基片模型（2）创建辐射贴片：在主菜单中选择Draw →rectangle命令，进入创建矩形面的状态，然后任意创建一个矩形面。
双击Solids节点下的rectangle1选项，打开新建矩形面属性对话框的Attribute选项卡，把矩形面的名称修改为Patch,设置透明度为0.4.再双击历史树Substrate下的Createrectangle选项，打开Command选项卡，在position文本框中输入顶点位置坐标为（-L0/2，-W0/2，H），在Xsize,Ysize文本框中分别输入矩形面的长宽为L0，W0。
如图3-2所示。
这时就创建好了名称为patch 辐射贴片模型。
然后按Ctrl D 全屏显示物体。
图3-2 辐射贴片模型(3)创建参考地：在主菜单中选择Draw rectangle命令，进入创建矩形面的状态，然后任意创建一个矩形面。
双击Solids节点下的rectangle1选项，打开新建矩形面属性对话框的Attribute选项卡，把矩形面的名称修改为GND,设置透明度为0.4.再双击历史树Substrate下的Createrectangle选项，打开Command选项卡，在position 文本框中输入顶点位置坐标为（-L0，-W0，0），在Xsize,Ysize文本框中分别输入矩形面的长宽为2*L0，2*W0。
如图3-3所示。
这时就创建好了名称为GND的参考地模型。
然后按Ctrl D 全屏显示物体模型。
图3-3 参考地模型（4）创建同轴馈线的芯：在主菜单中选择Draw Cylinder命令，进入创建圆柱体的状态，然后任意创建一个圆柱体。
双击Solids节点下的rectangle1选项，打开新建矩形面属性对话框的Attribute选项卡，把圆柱体的名称修改为Feed,设置其材质为pec.再双击历史树Substrate下的CreateCylinder选项，打开Command选项卡，在position文本框中输入顶点位置坐标为（L1，L2，0），在Radius文本框中分别输入圆柱体的半径为0.6。
在Height文本框中分别输入圆柱体的长度为H。
如图3-4所示。
这时就创建好了名称为Feed的圆柱体同轴馈线芯模型。
然后按Ctrl D 全屏显示物体模型。
图3-4 同轴馈线芯模型（5）创建信号传输端口面：同轴线馈电需要穿过参考地面来传输信号能量。
因此，需要在参考地面GND上开一个圆孔允许能量传输。
首先在参考地面上创建一个半径为1.5mm，圆心坐标为（L1，0，0）的圆面，并将其命名为Port。
然后在执行相减操作，使用参考地面减去圆面，从而在参考地面上开出一个圆孔。
在主菜单中选择Draw Circle命令，进入创建圆面的状态，然后任意创建一个圆面。
双击Solids节点下的Circle选项，打开新建圆面属性对话框的Attribute选项卡，把矩形面的名称修改为Port。
再双击历史树Port下的CreateCircle选项，打开Command选项卡，在position文本框中输入顶点位置坐标为（L1，L2，0），在Radius 文本框中分别输入圆面的半径为1.5。
如图3-5所示。
这时就创建好了名称为Port 的信号传输端口面模型。
然后按Ctrl D 全屏显示物体模型。
图3-5 信号传输端口面模型使用相减操作在参考地面挖一个圆孔。
按住Ctrl键的同时单机GND和Port 选项，选中这两个平面。
然后在主菜单中选择Modeler→Boolean→Substrate命令，打开如图3-6所示的对话框。
同时为保留圆面port，需要选中对话框中的Clone tool objects before operation复选框。
最后点击OK。
图 3-6至此，就创建好了同轴线馈电的矩形微带天线的设计模型，如图3-7所示。
图3-74设置边界条件（1）把辐射贴片Patch和参考地设置为理想导体边界。
选中patch和gnd然后单击右键，在弹出的快捷菜单中选择 assign→boundary→perfectE命令，打开理想导体边界条件设置对话框，保留默认设置不变，点击确定。
（2）设置辐射边界条件：在主菜单中选择Draw Box命令，进入创建长方体的状态，然后任意创建一个长方体。
双击Solids节点下的Box1选项，打开新建长方体属性对话框的Attribute选项卡，把长方体的名称修改为AirBox,设置透明度为0.8。
再双击历史树Substrate下的CreateBox选项，打开Command选项卡，在position文本框中输入顶点位置坐标为（-L0/2-length，-W0/2-length，-10），在Xsize,Ysize和Zsize文本框中分别输入长方体的长宽高为(L0+2*lengt，W0+2*length，10mm+H+length)。
如图所示。
单击AirBox选项，右击选择assign→boundary→radiation,保留默认设置不变，点击确定。
5 设置端口激励：单击port,选择port后，右击选择assign→excitation→lumped port命令，打开集总端口设置对话框。
在name文本框输入名称1，点击下一步，在mode对话框中，单击impedance line项的none,选择new line，此时输入起始坐标（7.6,0,0），再输入坐标（0.9,0,0），并确定。
完成集总端口设置。
6：求解设置：选择菜单：HFSS 〉Analysis 〉Setup 〉Add Solution Setupa。
点击通用（General）键求解频率：2.45GH，最大通过数目：20，通过的最大Delta S：0.02，点击确定按钮。
增加扫频选择菜单HFSS 〉Analysis 〉Add Sweep，选择求解设置：Setup1 ，点击确定按钮。
编辑扫频窗口，扫描类型：快速（Fast）频率设置类型：线形计数（Linear Count）开始(Start)：1.0GHz，结束（Stop）：3GHz，计数（Count）：0.01GHZ点击确定按钮。
7.设计检查和运行仿真计算：1模型检查，选择菜单：HFSS 〉Validation Check，点击关闭（Close）按钮。
注意：使用信息管理器可以看到任何错误或警告信息。
2求解过程，选择菜单：HFSS 〉Analyze All。
8结果及分析：1查看天线的谐振频率：查看天线信号的端口回波损耗（即S11）的扫频分析结果。
右键单击工程树下的result节点，在弹出的菜单中选择create modal solution data report→rectangular polt命令，打开报告设置对话框，选择sttup1:sweep1,在category 列表框选中S parameter选项，在quantity列表框选中S（1,1），在Function列表框选中dB。
然后单击New Report按钮。
再单击close按钮。
如图8-1所示图8-1 S11扫频分析结果从结果报告中可以看出，矩形微带天线出现了两个谐振点，一个谐振点为2.45GHZ，且S11的值为-24.0917dB。
另一个谐振频率为1.7GHZ，此时的S11值为-11.3013dB。
2查看S11的Smith圆图结果：右键单击工程树下的result节点，在弹出的菜单中选择create modal solution data report→Smith Chart命令，打开报告设置对话框，选择Trace选项卡的参数。
然后单击New Report按钮，得Smith原图结果，如图8-2所示。
图8-2从结果报告中看出，1.7GHZ是的归一化阻抗为1.00-j0.16。
2.45GHZ是的归一化阻抗为1.03-j0.03，在两个工作频点都达到了很好的阻抗匹配。
3 2.45GHZ时的增益方向图：右键单击工程树下的result节点，在弹出的菜单中选择create far fields report→radiation pattern命令，打开报告设置对话框，在geometry 列表框选中之前定义的辐射表面EH Plane选项，在category列表框选中gain。