基于ADS的偶极子天线性能参数仿真分析
半波偶极子天线的HFSS仿真设计
半波偶极子天线的HFSS仿真设计在开始仿真设计之前，首先需要进行天线的三维建模。
打开HFSS软件，并选择新建工程，设定仿真频率范围和单位。
然后点击导航栏的“模型创建”按钮，选择“3D模型”。
在新建的3D模型中，选择“导入”按钮，导入天线的CAD模型，或者手动绘制天线的几何结构。
根据具体的设计要求，设置天线的尺寸和材料等参数。
接下来，需要定义天线的材料特性。
点击导航栏的“材料”按钮，选择“创建材料”。
根据具体的天线材料属性，设置材料的介电常数、磁导率等参数。
点击“应用”按钮，完成材料属性的定义。
然后，进行边界条件的设置。
点击导航栏的“边界条件”按钮，选择“终止条件”。
选择边界条件的类型，如正常边界条件、电磁边界条件等。
根据具体的设计要求，设置边界条件的参数。
点击“应用”按钮，完成边界条件的设置。
接下来，需要设定仿真的激励模式。
点击导航栏的“激励”按钮，选择“微带激励端口”。
设置仿真的频率、激励电压等参数。
根据具体的设计要求，设置激励的位置和方向等参数。
然后，进行网格划分。
点击导航栏的“网格划分”按钮，选择“全局网格划分”。
根据具体的仿真要求，设置网格划分的密度、精度等参数。
点击“划分”按钮，生成网格。
完成网格划分后，需要进行仿真求解。
点击导航栏的“求解器设置”按钮，选择合适的求解器，如频域求解器或时域求解器等。
根据具体的仿真要求，设置求解器的参数。
然后点击“求解”按钮，进行仿真求解。
仿真求解完成后，可以进行结果的分析和优化。
点击导航栏的“结果”按钮，选择合适的结果显示方式，如3D图像、功率图等。
根据具体的设计要求，分析天线的辐射图案、增益等性能指标。
根据需要，进行参数的优化，如改变天线的尺寸、位置等。
再次进行仿真求解，直至达到预期的性能指标。
本文介绍了使用HFSS软件进行半波偶极子天线的仿真设计的步骤和方法。
通过三维建模、材料定义、边界条件设置、激励模式设定、网格划分、仿真求解和结果分析等步骤，可以实现对半波偶极子天线性能的仿真和优化。
CST-偶极子相控阵天线的仿真与优化
实验报告学生姓名：学号：指导教师：实验地点：实验时间：一、实验室名称：二、实验项目名称：微波工程CAD实验三、实验学时：20四、实验原理：CST仿真软件是基于有限积分法，将整个计算区域离散化并进行数值计算，模拟各种实际器件得出场分布及其各种参数的特性曲线，最后可根据实际要求对所得结果进行优化，得出最优化下的器件尺寸参数。
本次实验利用CST对偶极子相控阵天线及微带到波导转换模型进行了仿真模拟，以此来掌握CST的应用。
五、实验目的：了解并掌握CST仿真软件的基本操作，学习利用CST仿真软件进行一些简单的工程设计。
六、实验内容：第一题偶极子相控阵天线的仿真与优化：①偶极子天线尺寸如下图，在4~12GHz的频率范围内，请优化单个偶极子天线的工作频率谐振在f0=8GHz，待优化的变量Lambda初值取为29mm，绘出在该工作频率点的方向图；②将该单个天线在x和y方向分别以Lambda/4作为空间间隙、以90度作为相位间隙，扩展成一个2*2的相控阵天线阵，请使用三种方法计算该天线阵的方向图；③对结果进行比较、分析和讨论。
第二题微带到波导转换的仿真与优化：在26~30GHz频率范围内优化下图微带到波导的转换，使全频带反射最小，并绘出中心频点28GHz的电场、磁场与表面电流的分布；微带是Duroid5880基片，介电常数2.2，基片厚0.254mm，金属层厚0.017mm，介质上的空气尺寸3*1*8mm，标准50欧姆微带线宽0.77mm；波导是Ka波段的BJ320波导，尺寸7.112*3.556*10mm；L是微带基片底面到波导短路面距离，W0*L0是伸入波导中的微带探针的宽与长，W1*L1是第一段变阻线的宽与长，W2*L2是第二段变阻线的宽与长，7个待优化变量可取下图给的初值。
七、实验器材（设备、元器件）：台式计算机；CST Design Environment 2009仿真软件；U盘（学生自备）。
八、实验步骤：第一题：偶极子相控阵天线的仿真a.单个偶极子天线模型单个偶极子天线方向图b.利用3种方法将单个天线扩展成一个2*2的相控阵天线阵方法一将单个天线的远场结果采用不同的幅度和相位叠加，从而得到阵列的结果。
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。
微带天线ADS设计
实验八 微带天线一．实验目的：1. 掌握微带天线基本理论和设计方法。
2. 利用ADS 仿真设计仿真微带天线。
3. 利用匹配的参数值对微带天线进行仿真 二．预习内容：1．熟悉微波课程有关微带的理论知识。
2．熟悉微波课程有关阻抗匹配的理论知识。
三、软件仿真：设计3GHz 微带天线，基板参数为( )4.5/0.762mm,导电材料为铜，导电率6.45e+7,铜皮厚度t=0.05mm，损耗角正切0.015。
并用四分之一线段实现与h r /ε50Ω馈线的匹配。
⑴ 先进行理论计算(要求算出微带天线的长L、宽W，输入阻抗Zin，并进行匹配，要求用四分之一阻抗变换器匹配到特性阻抗为50Ω的微带线上,并求出四分之一阻抗变换器的长宽(44,λλW L )，并求出特性阻抗的宽度W ，长度自定)。
0Z ⑵ 用ADS 进行验证仿真。
在原理图中的天线示意图如下ADS 的版图示意图如下：(真实的天线及其馈线并不是这个形状)0.①用momentum的S参数仿真控件进行S参数仿真②要求得出输入反射系数的[S(1,1)]幅值和相位，输入端的阻抗。
③根据求出的输入阻抗等，用Momentum中的post-Processing—Radiation Pattern(辐射方向图)进行仿真。
天线S11在频率为3GHz时为0 dB，说明输入端匹配，无反射。
相位为90度。
四、通过ADS 软件对已知尺寸的天线进行匹配有一面微带天线中心工作频率为1.5GHz,长100mm，宽25mm,从宽边的中间馈电，基板参数为( )4.5/0.762mm,导电材料为铜，导电率6.45e+7,铜皮厚度t=0.05mm，损耗角正切0.015。
hr /ε要求：① 先测出传输线的输入阻抗。
②利用传输线先销掉虚部。
③再利用四分之一阻抗变换器把阻抗变换到50Ω，TL3④要求测出天线的一些相关参数。
五 试验小结1，试验中的天线先接一段50特性阻抗的微带，在该段微带端进行匹配，这样做是考虑到50欧的微带尺寸容易实施操作，因为，微带线宽确定（基板参数确定）的情况下，改变线长，只有阻抗的虚部会改变。
ads的仿真优化算法 -回复
ads的仿真优化算法-回复什么是ADS仿真优化算法？ADS（Automated Design Space Exploration）仿真优化算法是一种用于自动化设计空间探索的方法。
它主要用于电路和系统级设计，通过在设计过程中进行仿真和优化，寻找最佳设计参数和方案。
为什么需要仿真优化算法？在电路和系统设计的过程中，设计师需要考虑多个参数和约束条件，如功耗、性能和可靠性等。
传统的手工设计和调整方法往往耗时耗力，并且很难找到全局最优解。
而ADS仿真优化算法则可以自动地对设计进行全面的评估和搜索，从而寻找最佳的设计方案。
ADS仿真优化算法的基本原理ADS仿真优化算法主要包含以下几个步骤：建模、仿真、评估和优化。
在建模阶段，设计师通过选择适当的模型和参数来表示设计的特性以供仿真使用。
仿真阶段通过对设计进行电路级或系统级的仿真来评估设计的性能。
评估阶段对仿真结果进行统计和分析，以得到设计的可行性和缺陷。
最后，在优化阶段，优化算法根据评估结果自动地搜索和调整设计参数，以找到最佳的设计方案。
常用的ADS仿真优化算法1. Genetic Algorithm（遗传算法）：遗传算法是一种通过模拟生物进化的过程来寻找最优解的优化算法。
它通过选择、交叉和变异等操作来生成新的设计解，并根据适应度函数对解空间进行搜索。
2. Particle Swarm Optimization（粒子群优化算法）：粒子群优化算法模拟了鸟群或鱼群等集体行为，通过建立多个粒子在解空间中的移动和寻找最优位置的过程来进行设计优化。
3. Simulated Annealing（模拟退火算法）：模拟退火算法是基于固体退火过程的一种优化算法。
它通过在解空间中接受更差的解的概率逐渐降低的方式来搜索全局最优解。
4. Tabu Search（禁忌搜索算法）：禁忌搜索算法通过维护一个禁忌列表来避免搜索过程中的回溯，从而更好地探索解空间。
ADS仿真优化算法的应用案例ADS仿真优化算法在电路和系统设计的各个领域都有广泛的应用。
ADS仿真分析范文
ADS仿真分析范文ADS仿真分析（Analog Devices Simulations）是一种用于电路设计和电子系统仿真的工具软件。
它可以帮助工程师们在设计过程中进行分析、优化和验证，从而提高设计的可靠性和性能。
本文将对ADS仿真分析进行介绍，包括其功能和应用范围。
首先，ADS仿真分析具有丰富的电路设计功能。
它支持各种类型的电路设计，如模拟电路、数字电路、混合电路等。
用户可以通过ADS软件中的图形界面进行设计，包括组件选择、连线、参数设置等。
对于模拟电路，ADS还提供了各种模拟器和分析工具，如直流分析、交流分析、噪声分析等，可以准确地模拟电路的运行状态。
其次，ADS仿真分析可以进行系统级的建模和仿真。
对于复杂的电子系统设计，用户可以使用ADS来建立系统级模型，包括各种模块和子系统。
通过对这些模型的仿真，可以对系统的整体性能进行评估和优化。
同时，ADS还支持多领域的耦合仿真，如电磁场-电路耦合仿真、机械-电路耦合仿真等，可以更全面地分析系统的性能。
另外，ADS仿真分析还具有优秀的性能和可扩展性。
它采用了先进的仿真算法和优化技术，可以快速准确地进行仿真分析。
同时，ADS还支持分布式计算和并行仿真，可以充分利用多核处理器和分布式计算资源，提高仿真速度和效率。
此外，ADS还提供了各种扩展模块和库，用户可以根据需要选择并集成，以满足不同的仿真需求。
最后，ADS仿真分析有着广泛的应用范围。
它可以应用于各种领域的电子设计，如通信、消费电子、汽车电子等。
在通信领域，ADS可以用于无线通信系统的设计和优化，包括射频前端的模拟设计、功率放大器的线性度分析等。
在消费电子领域，ADS可以用于电源管理电路的设计和分析，包括开关模式电源的稳定性分析、电路效率的评估等。
在汽车电子领域，ADS可以用于汽车电子系统的设计和测试，如汽车雷达的接收机设计、汽车电源的抗干扰分析等。
总结而言，ADS仿真分析是一种强大的电路设计和系统仿真工具。
微带天线设计与仿真ADS
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微波电路与系统仿真实验报告（第三次）
一、实验名称：微带天线设计与仿真
二、实验技术指标：
1.频率：3GHz附近
2.陶瓷基片：介电常数εr＝9.8 厚度h＝1.27mm
3.输入阻抗：50Ω
三、报告日期：2011年10 月13 日
四、报告页数：共5 页
五、报告内容：
1.电路原理图（原理图应标明变量名称的含义，可用文字表述或画图说明）
2.电路图（利用ADS创建的电路图，可用屏幕截图）
这是微带天线未匹配的结构图：
这是输入匹配电路的原理图：
3.仿真结果（可用图形或数据显示）
这是未加入匹配电路的仿真结果：
4.布局图
这是加入匹配电路之后的布局图：
5.优化方法和优化目标（可用屏幕截图）
6.优化之后的电路图和仿真结果
优化之后的仿真结果之一：S11
方向图：
增益与方向性系数以及效率：
六、仿真结果分析
可以看出，微带天线的设计主要是参数的调节和匹配网络的优化，较小的反射系数可以使天线的效率更高，增益更大。
微带天线在半空间具有较好的全向性，但是增益低。
签名：赵翔
日期：2010年10月13日
1页。
偶极子天线仿真门
偶极子天线仿真门————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：偶极子天线仿真入门——两种仿真方式，两种激励类型分析一个偶极子天线的step by step教程◆要点偶极子是线天线，可用线单元模拟，但半径较粗时，亦可用柱体模拟，两种模拟方式对应不同的激励方式：•Wire port•Edge port线单元模拟偶极子◆启动CADFEKO首先修改单位为毫米(mm)Model->Model Unit✧设置变量•在Variables上右键Add variableFreq=1e9Lamb=1000*c0/freq #c0默认是以米为单位，建模时全部换算成毫米Seg =lam/20 #分段长度✧建立模型•点Line工具，输入参数z从-lam/4开始到lam/4Label域输入dipoleCreate，Close•在Geometry选择dipole在信息列表内点开Edges项，选择Wire1点右键，选择Create port->wire port弹出的对话框内选择middleCreate，Close3D视图内会显示端口的预览工程树内也会在Ports内增加一项模型建立好后，需要剖分网格，设置激励和求解 •点Mesh菜单，Create mesh由于此例只有线结构，所以，只需设置线单元属性在segment length输入segwire segment radius输入lam/200Create，Close•点视图工具，显示单元节点Meshes项内和ports项都将增加网格内容•转到Solution项，设置其中的选项Frequency项上双击，输入freq变量，设置频率 •转到Excitation，右键，选择Voltage source 选择port1，Create，Close•转到Calculation，右键，选择Request far field点3D partten按钮Create，Close到此，设置完成•File->Save, 取工程名为dipole, OK•Alt+2，运行prefeko预处理，弹出窗口，OK •Alt+3进入POSTFEKO查看模型设置点显示激励和求解场按钮模型显示如图•在CADFEKO或POSTFEKO内按alt+4运行feko求解 弹出求解进度窗口，完成后点OK•返回到POSTFEKO点左边三维工具条中的远场显示按钮3D视图内显示3D远场图可更改左边面板内的参数如用dB显示，如显示增益等等点上排二维工具栏远场显示图标左边面板内选择gain，勾选wrap选择属性设置工具，选择极坐标显示圆柱单元模拟偶极子File->New，新建工程✧设置变量Freq =1e9Lam=1000*c0/freqRad=0.5Tri=1.5✧建模•点柱体工具，输入参数Base centre：(0,0,-lam/4)Radius：rad,height：lam/2Create, close•由于是偶极子天线，为了加激励，剖空内部选择dipole，点列表内的region域下的Region1，右键属性设置为free space劈开成两部分选择dipole，点split工具点选global XY按钮Create•为了加端口，需要将两部分合并选择2部分几何，点union工具合并菜单Geometry->Create port->edge port光标移动Positive faces, 选择偶极子的一个臂 光标移到Negative faces，选择另一个臂Create，Close端口在3D视图内会标记如图•设置频率Frequency域双击，输入freq•Mesh->Create meshEdge length输入参数triCreate，Close设置激励和求解•Excitations域，右键，Voltage source默认，Create，Close•远场求解Calculation域，右键，request far field点击3D partten按钮，Create，Close•保存工程为dipole2•Run->prefeko, 弹出窗口提示单元数目和类型 •Run->POSTFEKO, 查看模型设置点击查看激励和求解2个按钮，显示激励和求解•运行求解Run->FEKO，弹出求解进度窗口完成后点OK•求解完成后，直接返回POSTFEKO点左边三维视图控制工具栏内的远场显示工具Quantily选择GainLegend下拉列表选择top left，显示图例•为了便于比较2种方式，可在POSTFEKO内讲二者结果同时显示 File->load results文件路径对话框内找到dipole.bof文件，OK点二维远场结果显示工具选择wrap和gain点工具按钮，增加一条曲线选择series_2标签，在file name下来列表下选择dipole同样选择gain和wrap两种仿真方式的结果就在同一个图内显示出来了。
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基于ADS的偶极子天线性能参数仿真分析作者：陈宇蒋军魏东旭孙红兵
来源：《电脑知识与技术》2018年第10期
摘要：为了实现对偶极子天线结构性能参数的分析，文章首先设计了一种印刷偶极子天线，对相关的理论进行了研究，依据设计指标对天线的结构、参数进行了计算，随后在Agilent公司的ADS软件上，对所设计的偶极子天线进行了建模，验证了该天线的性能指标符合设计要求。
接着通过改变天线的结构尺寸进行性能参数仿真，研究了偶极子天线各项结构参数对天线系统性能的影响，得出了相应结论，仿真结果对偶极子天线设计具有一定的指导意义。
关键词：偶极子；微带；天线；中心频率
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）10-0209-03
1 背景
微带天线与其他基本结构共同构成射频电路，是通讯设备中最为重要的一个组成。
通过类比台式电脑、智能手机和U盘等电子设备的发展，电子产品的设计大多数趋于小型化。
因此在研究射频电路领域时，对于天线性能的发展方向也应该趋向于小型化。
微型天线具有体积小，电气性能完善多样，与有源器件、射频微波电路等结合方便等很多优势，适用于实际应用领域中的大规模制造[1-2]。
2 偶极子天线设计
2.1 天线参数
文章将在分析偶极子天线基本结构的基础上，利用ADS设计一种新型的1.8GHz的偶极子天线，对天线的相关性能进行仿真，对影响偶极子天线性能的相关参数进行仿真设计。
文章设计的偶极子天线的相关性能指标如表1所示。
2.2天线结构
偶极子天线大略可以五个部分：微带巴伦线、偶极子天线臂、馈线、地板、通孔[3]。
图1显示了设计天线的平面结构示意图。
由于结构设计的需要，这几个部分都位于基质板底层的位置。
可以看出，底面与顶面的特殊微带线经过通孔紧密连接，最底面地平面和微带巴伦线其中一端相连，另外一端则是与偶极子天线臂相连。
通过对底面层的印刷偶极子天线的分析，等效输入阻抗电路如图2，等效输入阻抗[4-5]为：
3 偶极子天线的仿真结果与分析
通过ADS软件，我们依据相关性能参数，设计偶极子天线结构如图3所示：
每一个天线在设计的过程中，存在着对应的频率范围，将之称为带宽。
在研究过程中发现，天线阻抗值最小，相对应的效率最高[6-7]。
对上述设计的天线进行必要的基本性能仿真，结果如图4所示：
由仿真图4可知：天线中心频率仿真图的中间最佳点就是中心频率，此时驻波比最小。
所以设计天线的中心频率在1.8GHz处，根据参数要求，1.8GHz达到设计要求。
4 偶极子天线结构参数仿真
偶极子天线各个组成部分的几何参数对天线工作性能产生的一系列影响，该文将对偶极子天线的结构尺寸进行相应仿真，分析其对偶极子天线性能的影响。
4.1 天线臂长的影响
改变偶极子天线臂长，得到仿真结果如表2所示。
通过分析仿真之后得到的数据，发现影响天线谐振频率的因素之一是天线的臂长：天线的谐振频率会随着天线臂长的不断缩短而逐渐变高。
根据相关参数及其理论分析，用公式表示为[Ld=λe4=c4f0εr]，公式中表示天线中有效介电常数。
天线臂长除了对谐振频率产生影响，对回波损耗影响也是很大的，偶极子天线的输入阻抗随着臂长的缩短逐渐变小。
同时由仿真相应参数可以得到，天线的等效阻抗越接近纯电阻，阻抗对应的匹配特征越好，相对应的回波损耗也会随着越小。
4.2 天线臂宽的影响
通过改变天线臂宽得到的仿真结果如表3所示。
分析表中数据可以得到结论，天线的臂宽几乎不影响天线的谐振频率。
在相同的谐振频率条件下，其输入阻抗的绝对值会相对变小，这时将会增大天线的工作带宽。
4.3 巴伦线长度的影响
不同巴伦线长的仿真结果如表4所示。
由表中数据分析可知，偶极子天线的巴伦线长度基本上不影响天线的谐振频率，但是巴伦线长在一定程度上影响天线的等效输入阻抗。
在谐振频率相同的条件下，如果巴伦线的长度[Lb]偏离四分之一波长，则整个天线的等效输入阻抗、带宽和回波损耗都会发生一定的变化。
4.4 地板长度的影响
多次改变地板长度的值，得到的仿真结果如表5所示。
分析表中数据，得到结论偶极子天线的地板长度基本不影响天线的谐振频率，但是地板长度在一定程度上影响天线的等效输入阻抗。
在谐振频率相同的前提下，回波损耗随着地板长度的变小而变小，相对应的输入阻抗就会越偏离的纯电阻特征。
5 结束语
根据上述仿真分析，通过改变偶极子天线的各个几何尺寸参数，在ADS软件中进行对比仿真分析，研究了天线臂长、臂宽、巴伦线长度、地板长度、地板宽度等几何因素对天线性能参数的影响。
在保证天线基本性能的情况下，要使天线的面积减小，实现天线的进一步微型化，第一种方法是适当的减小偶极子天线臂宽[Wd]，第二种方法是减少地板的宽[Wg]。
仿真工作对实际微带天线的设计具有一定的指导意义。
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