!Ansoft+HFSS在天线布局中的应用研究
【案例分析】经典HFSS仿真实例详解
【案例分析】经典HFSS仿真实例详解新朋友请点击上⽅RFsister关注我们关于仿真软件HFSS相信⼤家多少都有听过，这是⼀款⾮常强⼤好⽤的仿真软件，已经被应⽤于多个领域，当然，天线设计也离不开仿真软件。
本期⼩编为⼤家带来的是经典天线——对称振⼦天线仿真。
下⾯我们先来看看软件的简介。
HFSS – High Frequency Structure Simulator，Ansoft公司推出的三维电磁仿真软件，⽬前已被ANSYS公司收购；是世界上第⼀个商业化的三维结构电磁场仿真软件，业界公认的三维电磁场设计和分析的⼯业标准。
HFSS提供了⼀简洁直观的⽤户设计界⾯、精确⾃适应的场解器、拥有空前电性能分析能⼒的功能强⼤后处理器，能计算任意形状三维⽆源结构的S参数和全波电磁场。
HFSS软件拥有强⼤的天线设计功能，它可以计算天线参量，如增益、⽅向性、远场⽅向图剖⾯、远场3D图和3dB带宽；绘制极化特性，包括球形场分量、圆极化场分量、Ludwig第三定义场分量和轴⽐。
使⽤HFSS，可以计算：①基本电磁场数值解和开边界问题，近远场辐射问题；②端⼝特征阻抗和传输常数；③ S参数和相应端⼝阻抗的归⼀化S参数；④结构的本征模或谐振解。
⽽且，由Ansoft HFSS和Ansoft Designer构成的Ansoft⾼频解决⽅案，是⽬前唯⼀以物理原型为基础的⾼频设计解决⽅案，提供了从系统到电路直⾄部件级的快速⽽精确的设计⼿段，覆盖了⾼频设计的所有环节。
下⾯我们先来看看建⽴HFSS⼯程的⼀般过程。
（1）⾸先第⼀步是运⾏Ansoft HFSS：（2）然后单击下图红框处图标，在当前⼯程中插⼊⼀个设计：（3）选择求解类型，如下图：（4）为建⽴模型设置合适的单位，如下图：（5）在3D窗⼝中建⽴模型。
（6）设置需要的辐射边界。
（7）如果选择激励求解或激励终端求解，则需要为模型设置激励。
（8）设置求解频率及扫频操作等。
（9）点击下图按钮，检查当前⼯程的有效性。
用hfss设计波导裂缝驻波阵天线
应用HFSS9.0设计波导裂缝驻波阵天线范景云微波成像技术国家重点实验室 中国科学院电子学研究所 北京 100080摘要 传统的波导裂缝天线设计方法非常复杂，且天线研制周期长，本文借助高频结构分析软件HFSS9.0的优化功能给出了一种简便的矩形波导宽边纵向裂缝驻波阵的设计流程，并进行了仿真。
仿真结果与理论计算结果基本符合，利用HFSS9.0进行辅助设计的方法可以大大缩短天线研制周期。
关键词 波导裂缝，驻波阵天线，HFSS，优化 一、 引 言在机载雷达天线中，波导裂缝天线阵是应用最广泛的形式之一。
波导裂缝天线容易实现口径面的幅度分布和相位分布，口径面的利用系数高，而且它可满足雷达系统对天线增益高、副瓣低、体积小、重量轻的要求，所以在机载雷达中获得了广泛应用。
在阵列天线的条件下，必须考虑裂缝间的互耦影响。
一般来说，在实际天线应用中，通过实验测量阵列之间的互耦误差较大，且实验工作量很大。
所以，非常有必要利用计算机仿真来部分代替常规的实验工作。
Ansoft-HFSS 软件采用有限元法（FEM ）解决三维电磁场问题，求出S 、Y 、Z 参数，还可以得到场的方向图。
矩形波导宽边纵向裂缝驻波阵列的应用比较广泛，但对于谐振长度的求解，一直没有给出明确的理论推导和计算公式。
本文给出分析设计流程，讨论了HFSS 在设计中的应用，尤其在求解谐振长度时的快速简便的方法，通过设计实例可以看出仿真结果与理论计算结果十分接近，验证了此方法的正确性。
二、 波导纵向裂缝驻波阵的设计右图为矩形波导宽边纵向裂缝阵天线的结构示意图。
图1 波导纵向裂缝阵天线结构示意图图中，a 为波导宽度，b 为波导高度，t 为波导壁厚，w 为裂缝宽度，d 为相邻裂缝间距，l 为裂缝长度，x 为裂缝相对波导宽边中心线的偏移量。
根据Elliott 设计裂缝天线阵的基本理论，波导纵向裂缝驻波阵天线可以等效为图2的传输线模型[1]：图2 波导纵向裂缝阵天线的传输线模型为了获得驻波阵列，将辐射波导的一端短路，相邻裂缝与短路板的距离为4/g λ[2]。
天线技术hfss实验
格式规范（20）理论分析（20）规定设计（40）自选设计（20）总分天线技术课程设计报告课程名称天线技术学院软件与物联网工程学生姓名万秦浩学号0154310 专业通信工程班级通信152二O 一八年十二月摘要本文分析了半波偶极子天线的电流分布、辐射场方向、方向性系数、辐射电阻、输入阻抗，设计了半波偶极子天线，印刷偶极子天线，并在HFSS上进行了仿真，画出了回波损耗、驻波比、Smith圆图、输入阻抗和方向图等相关参数图像。
【关键词】天线半波偶极子印刷偶极子 HFSS1 理论分析半波偶极子天线是一种结构简单的基本线天线，也是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线之一。
半波偶极子天线由两根直径和长度都相等的直导线组成，每根导线的长度为1 /4个工作波长。
导线的直径远小于工作波长，在中间的两个端点上由等幅反相的电压激励，中间端点之间的距离远小于工作波长，可以忽略不计。
1.电流分布对于从中心馈电的偶极子天线，其两端为开路，故电流为零。
工程上通常将其电流分布近似为正弦分布。
假设将偶极子天线沿z轴方向放置，其中心位于坐标原点，则长度为l的偶极子天线的电流分布可以表示为(1-1-1) 是波腹电流；k是波数，且k=2T/λ；l是偶极子天线的长度。
式中，I对于半波偶极子天线而言，其长度l=λ/4。
则半波偶极子天线的电流分布可以改写为：(1-1-2)2.辐射场和方向图已知半波偶极子天线上的电流分布，可以利用叠加原理来计算半波偶极子天线的辐射场。
半波偶极子天线可以看成是由长度为dz的电基本振子天线连接而成的，dz这一小段天线上的电流等幅同相，但沿着z轴的电流幅度是正弦分布的。
半波偶极子天线的辐射场具体表示为：（1-1-3）整理得：（1-1-4）加上方向特性，半波偶极子天线的远区辐射电场为：（1-1-5）式中，（1-1-6）称为半波偶极子天线的方向性函数。
再根据远区场的性质，可以求得半波偶极子天线的磁场为：（1-1-7）3.方向性系数给出的半波偶极子天线的方向性函数，可以计算出半波偶极子天线的功率方向性系数为：(1-1-8)若以分贝表示，则为：(1-1-9)4.辐射电阻天线的平均功率密度可以用平均坡印廷矢量来表示，即：（1-1-10）把半波偶极子天线的辐射电场和辐射磁场可得：（1-1-11）半波偶极子天线的辐射功率则为：（1-1-12）这里使用Rr来表示辐射电阻，有：（1-1-13）5.输入阻抗根据基本的传输线理论，输入阻抗一般同时包含实部和虚部两部分，即为：Z in =Rin+jXin(1-1-14)对于良导体而言，导体电阻可以忽略，此时实部电阻仅包含辐射电阻，即为：R in =Rr(1-1-14)2 规定设计：半波偶极子天下按设计2.1 HFSS设计概述设计一个中心频率为3GHZ的半波偶极子天线，天线沿z轴方向放置，中心位于坐标原点，材质使用理想导体，总长度为0.48λ，半径为λ/200天线馈电采用集中端口激励，端口距离为0.24，辐射便捷和天线距离为λ/4。
Ansoft HFSS设计流程及应用
Ansoft HFSS 设计流程及应用
Ansoft HFSS 是世界上第一个商业化的三维结构电磁场仿真软件，可分析仿真任意三维无源结构的高频电磁场，可直接得到特征阻抗、传播常
数、S 参数及电磁场、辐射场、天线方向图等结果。
该软件广泛应用于无线
和有线通信、计算机、卫星、雷达、半导体和微波集成电路、航空航天等领域，以帮助客户设计世界一流的产品
Ansoft 重新定义高频及高速数位设计标准!!!
基于三维电磁场的自动化设计流程进一步缩短高频设计的周期匹兹堡-5/28,2003- Ansoft 公司(NASDAQ:ANST)发布了HFSS 的最新版本V9，即基于三维电磁场设计和分析的电子设计工业标准。
全世界成千上万的工程师利用HFSS 设计最先进的电子设备，例如射频(RF)和微波部件、天线和天线阵列、高速积体电路(Ics)、印刷电路板(PCBs) 和IC 封装，值得欣慰的是HFSS V9 在提高设计性能和减少制造成。
微波仿真论坛_用HFSS 电磁软件仿真设计准八木天线
参考文献： [1] Y. Qian ,A.R. Perkons and T. itoh ”Surface wave excitation of a dielectric slab by a Yagi-Uda slot array antenna-FDTD simulation and measurement,” 1997 Topical Symposium on Millimeter Proceedings, New York: IEEE .1998.PP.137-140. [2] Y. Qian et al, “Microstrip-fed Quasi-Yagi Antenna with Broadband Characteristics,” Electronics Letters, Vol. 34, No. 23, Nov. 1998, pp. 2194- 2196. [3] N. Kaneda, Y. Qian, and T. Itoh, “A novel Yagi–Uda dipole array fed by a microstrip-to-CPS transition,” in Proc. 1998 Asia Pacific Microwave Conf. Dig., Yokohama, Japan, Dec. 1998, pp. 1413–1416.
贴片天线
超高频探针天线这个例子教你如何在HFSS设计环境下创建、仿真、分析一个超高频探针天线一、Ansoft HFSS设计环境一）Ansoft HFSS的以下特性将会应用到此无源器件的模型中1．3D立体建模1）原始结构：圆柱体（Cylinders），长方体（Boxes）2）布尔运算：结合（Unite），相减（Subtract）2．边界条件和激励端口：波端口（Wave ports）3．分析扫频：快速扫频（Fast Frequency）4．结果笛卡尔坐标系绘图（Cartesian plotting）5．场分布：3D远场分布图（3D Far Field Plots）二、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。
2）点击画图（Drawing）标签编辑新建原始结构的属性（Edit property of new primitives）：勾上。
Ansoft资料课件
Ansoft 培训中心的几个 应用实例介绍谢拥军 龚书喜 苏涛 西安电子科技大学天线与微波国家重点实验室 副主任/主任、教授、博士生导师一、复杂运载平台系统天线布局的设计 二、民航客机雷达散射截面特性研究 三、内置PCB板机箱的屏效计算 四、交叉耦合滤波器设计 五、大型波导缝隙天线的设计和仿真1一、复杂运载平台系统天线布局的设计1. 系统天线布局设计的含义 2. Ansoft仿真设计解决思路系统天线布局设计的含义随着通信、电子及航空航天技术的飞速发展，现代 电子系统设备日益复杂化、集成化。
当大量电子设备密集于运载平台时，如何合理有效 地布置各类天线，以确保所有设备兼容工作？ 通过各种相关的隔离技术进行合理有效的天线布局 设计，能使整个系统共存于同一运载平台的物理和 电磁环境中，一起执行各自功能。
合理有效地完成天线布局设计已是整个平台系统设 计成功与否的最重要的环节之一！2Ansoft仿真设计解决思路在较低频段，由于天线工作波长或谐振波长比较 长，相当于降低了系统的电尺寸，使得利用软件进 行辅助计算成为可能。
利用虚拟原型，通过精确的三维全波电磁场仿真预 测其电性能，可全面仿真分析不同布局下系统天线 的阻抗和辐射特性、相互间耦合以及电磁场分布情 况。
研究系统各天线不同布局与各天线自身性能、天线 间的互耦及电磁场分布之间的关系，并利用参数 化、调谐试验、优化设计、敏感性和公差统计分析 最终解决各种平台系统天线布局优化设计。
Ansoft仿真设计解决思路我们以一架飞机为例，分析 其表面天线的隔离度。
右图 是运载平台系统的3D模型。
◆ ◆ ◆ ◆翼展 全长 尾翼高度 机身长度21.8 50.5 6.6 42.4米 米 米 米下面我们介绍系统各天线模 型的创建。
3Ansoft仿真设计解决思路单极子天线 刀型天线虚拟物体Ansoft仿真设计解决思路下图是运载平台系统的完整模型4二、民航客机雷达散射截面特性研究1. 雷达散射截面的概念 2. Ansoft仿真解决方案雷达散射截面的概念物体被电磁波照射时，能量将朝各个方向散射。
基于HFSS的不同形状微带贴片天线的仿真设计
基于HFSS的不同形状微带贴片天线的仿真设计基于HFSS的不同形状微带贴片天线的仿真设计摘要：本文利用HFSS软件对不同形状的微带贴片天线进行了仿真设计。
通过对各种形状的微带贴片天线进行性能仿真分析，在不同频段下评估其天线参数，如增益、带宽等。
通过对比分析，找出性能较优的微带贴片天线形状。
本研究对微带贴片天线的设计和优化提供了一定的参考和指导。
关键词：HFSS；微带贴片天线；仿真设计1. 引言微带贴片天线广泛应用于移动通信、雷达系统、卫星通信等领域。
其具有结构简单、制造工艺方便、重量轻、频带宽广、使用灵活等优点。
而微带贴片天线的性能受到其形状、尺寸和材料等因素的影响。
本文将利用HFSS（High Frequency Structure Simulator）软件对不同形状的微带贴片天线进行仿真设计，旨在寻找性能较好的天线形状，并为微带贴片天线的实际设计提供一定的参考和指导。
2. 微带贴片天线的基本原理微带贴片天线是通过在基底板上制备一片金属片来实现辐射，基底板的材料可以是电介质材料。
微带贴片天线由贴片（patch）、馈电线（feed line）和反射层（ground plane）组成。
基本原理是在贴片上注入射频信号，通过馈电线将信号传输到贴片上，然后贴片将电磁波辐射至空间中。
贴片的尺寸和形状以及馈电线的位置和长度将直接影响到天线的工作性能。
3. HFSS软件介绍HFSS是一款高性能的电磁场仿真工具，广泛应用于天线设计、微波器件的仿真分析等方面。
它可以对各种类型的天线和微波器件进行三维模拟，通过输入几何参数和电磁性能参数，可以得到仿真结果和相应性能参数。
4. 不同形状微带贴片天线的仿真设计在本研究中，我们设计了三种不同形状的微带贴片天线，分别为矩形、圆形和椭圆形。
设计参数如下：矩形贴片天线：边长2cm，贴片材料为铜。
圆形贴片天线：直径2cm，贴片材料为铜。
椭圆形贴片天线：长轴4cm，短轴2cm，贴片材料为铜。
HFSS贴片天线仿真
目录引言 (I)1 绪论 (3)1.1 HFSS简介 (3)1.1.1 HFSS发展历程 (3)1.1.2HFSS仿真原理 (3)1.1.3HFSS的仿真过程 (4)1.1.4HFSS的功能 (5)1.2应用领域 (5)1.3HFSS的基本操作 (5)1.3.1HFSS的一般仿真操作 (5)1.3.2HFSS的一般操作界面 (6)2 微带天线理论 (8)2.1微带天线 (8)2.1.1传输线即微带天线 (8)2.1.2微带贴片天线 (9)2.2圆形微带贴片天线理论 (10)2.3极化理论 (12)2.3.1圆极化理论简述 (12)2.3.2左旋圆极化与右旋圆极化 (13)3 贴片天线的仿真过程 (14)3.1实验内容 (14)3.2HFSS贴片天线仿真 (14)3.2.1创建工程 (14)3.2.2创建模型 (15)3.3设置参量 (22)3.3.1设置变量 (22)3.3.2设置模型材料参数 (23)3.3.3设置边界条件和激励源 (24)3.3.4设置求解条件 (25)3.4创建参数分析并求解 (26)3.4.1添加参数设置 (26)3.4.2定义输出变量 (28)3.4.3求解 (28)3.5优化求解 (29)3.5.1选择优化变量 (29)3.5.2设置远区辐射场 (29)3.5.3添加优化设置 (29)3.5.4求解优化分析 (30)4 结果演示与分析 (30)4.1贴片天线的仿真结果 (30)4.1.1贴片天线的仿真结果 (30)4.1.2贴片天线的仿真结果分析 (30)引言发生多撒飞洒发多少我都发范德萨范德萨分到达发到付啊放大但是的但是上的放大放大飞机返回来烦你的经费户附近的看是否就安分点积分激发你觉得离开谁惹你北京网络法律能发奶粉就发觉你废物了南方vfjdklafnlfefjdalfn费劲儿了奶粉就为了你附近的少年富放你家里是南方金额女王1 绪论1.1 HFSS简介电磁场学科是围绕麦克斯韦方程组为中心展开的研究。
HFSS
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二：熟悉HFSS
• Ansoft HFSS的界面主要包括：菜单栏（Menu bar）、工具栏（Toolbars）、 工程管理（Project Manage）窗口、状态栏（Status bar）、属性窗口 （Properties window）、进度窗口（Progress window）、信息管理 （Message Manage）窗口和3D模型窗口（3D Modeler Window） 菜单栏（Menu bar） 绘图、3D模型、HFSS、工具和帮助等下拉式菜单组成。 工具栏（Tool bar）对应菜单中常用的各种命令，可以快速方便的执行各种命 令。 工程管理（Project Manage）窗口显示所以打开的HFSS工程的详细信息， 包括边界、激励、剖分操作、分析、参数优化、结果、端口场显示、场覆盖 图和辐射等。 状态栏（Status bar）位于HFSS界面底部，显示当前执行命令的信息。 属性窗口（Properties window）显示在工程树、历史树和3D模型窗口中所 选条目的特性或属性。 进度窗口（Progress window）监视运行进度，以图像方式表示进度完成比 例。 天线 CAD 西安电子科技大学（尹应增） 2009 年秋 信息管理（Message Manage）窗口显示工程设置的错误信息和分析进度信 息。 3D模型窗口（3D Modeler Window）是创建几何模型的区域，包括模型视 图区域和历史树（记录创建模型的过程）。
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如下图
三：操作指南和应用
• • 1、创建工程及运行环境（Create project and set operating environment）：基本的包 括创建新工程、插入新设计、修改工程和设计名、设置绘图单位和求解类型等； *2、创建模型（Draw a geometric model）：通过使用各种绘图命令，建立与实际模 型对应的仿真模型结构，并设置求解空间和边界条件（各种端口激励和辐射边界等）； 3、确定模型设计参数的变量（Assign variables to a model’s design parameters）： 建立变量来代替模型中的位置和尺寸参数，这有利于调整模型的结构，建立起模型各 个参数之间的联系，也是进行后期参数分析、优化的必要前提； *4、求解设置（Specify solution settings for a design）：求解设置包括指定求解的频 率，求解的迭代步数天线 CAD 西安电子科技大学（尹应增） 和求解结束的条件，另外如果要考察模型随频率变化的特性，还需ign’s setup）：经过上面的步骤，一个完整的分析模型就 建立起来了，不过在分析之前我们应该检查模型的正确性与完整性，快捷工具可以帮 助我们完成模型的检测，并给出错误提示，以便我们进行修改更正； *6、运行HFSS仿真（Run an HFSS simulation）：点击工具栏中的图标进行仿真，仿 真的时间由模型的大小、计算机性能以及求解项的设置有关，这过程中我们可以多线 程工作； *7、创建图表结果（Create report results）：仿真结束，我们要查看模型的各种性能 参数，HFSS为我们提供了丰富的参数类别和图标形式，可以创建不同的图表来描述仿 真的结果； 8、参数扫描与变量优化（Parametric sweep and optimization）：当我们要考虑不同 参数变量对天线性能的影响以及需要综合优化天线性能时，HFSS也给我们提供了参数 扫描和优化的功能。