采用ansofthfss10三維電磁仿真軟件對(duì)半波偶極子天線(xiàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)及仿真、優(yōu)化分析(已修改)
2026-01-20 20:17 本頁(yè)面
【正文】 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)目錄引言 11概述 2 Ansoft HFSS 10仿真軟件簡(jiǎn)介 2 半波偶極子天線(xiàn)簡(jiǎn)述 22 主要技術(shù)指標(biāo) 3 3 3 33理論分析 5 5 對(duì)稱(chēng)天線(xiàn)的輻射 6 半波偶極子天線(xiàn)性能參數(shù)的理論計(jì)算 6 6 輻射場(chǎng) 64 HFSS仿真設(shè)計(jì) 7 7 HFSS仿真設(shè)計(jì) 8 8 8 8 12 13結(jié)論 18參考文獻(xiàn) 19引言Radio frequency identification(RFID)技術(shù)是一種利用射頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)的非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù),近年來(lái),RFID技術(shù)飛速發(fā)展并逐漸成為自動(dòng)物體識(shí)別應(yīng)用中的主要技術(shù)?，F(xiàn)今有很多種RFID天線(xiàn)類(lèi)型,如偶極子天線(xiàn)、分形天線(xiàn)、環(huán)形槽天線(xiàn)和微帶貼片天線(xiàn)等。這里著重研究RFID技術(shù)中的半波偶極子天線(xiàn)。由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,廣泛應(yīng)用于通信、雷達(dá)和探測(cè)等各種無(wú)線(xiàn)電設(shè)備中,適用于短波、超短波,甚至微波。它既可作為簡(jiǎn)單的天線(xiàn)單獨(dú)使用,又可作為天線(xiàn)陣的單元或面天線(xiàn)的饋源。由于半波偶極子是基本的天線(xiàn),很多天線(xiàn)都是在半波振子的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的。設(shè)計(jì)師根據(jù)天線(xiàn)的分析理論以及自己的經(jīng)驗(yàn)通過(guò)編程進(jìn)行數(shù)值計(jì)算的方法來(lái)確定天線(xiàn)的各參數(shù)，這樣做不僅花費(fèi)了大量的時(shí)間和精力，而且費(fèi)用昂貴。近年來(lái)，無(wú)線(xiàn)通信發(fā)展迅速，作為系統(tǒng)發(fā)射和接收電磁波的重要前段器件——天線(xiàn)，其性能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的通信質(zhì)量至關(guān)重要。制作簡(jiǎn)單，成功率高，性能優(yōu)越的基礎(chǔ)天線(xiàn)也將會(huì)受到需求者的青睞。如果能采用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，使用三維電磁仿真軟件對(duì)半波偶極子天線(xiàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)及仿真、優(yōu)化分析方法可以節(jié)省時(shí)間、精力以及費(fèi)用，設(shè)計(jì)出符合要求的半波偶極子天線(xiàn)。現(xiàn)今有很多種RFID天線(xiàn)類(lèi)型,如偶極子天線(xiàn)、分形天線(xiàn)、環(huán)形槽天線(xiàn)和微帶貼片天線(xiàn)等。這里著重研究RFID技術(shù)中的半波偶極子天線(xiàn)，即是對(duì)稱(chēng)振子天線(xiàn)，最常用的是半波振子，偶極子天線(xiàn)是研究天線(xiàn)的基礎(chǔ)，具有很多特性，比如輻射特性阻抗特性，波長(zhǎng)縮短效應(yīng)，諧振特性等，它既可作為簡(jiǎn)單的天線(xiàn)單獨(dú)使用,又可作為天線(xiàn)陣的單元或面天線(xiàn)的饋源。所以深入了解半波偶極子天線(xiàn)的設(shè)計(jì)理論與優(yōu)化技術(shù)是非常重要的。傳統(tǒng)的天線(xiàn)設(shè)計(jì)方法是由設(shè)計(jì)師根據(jù)天線(xiàn)的分析理論以及自己的經(jīng)驗(yàn)通過(guò)編程進(jìn)行數(shù)值計(jì)算的方法來(lái)確定天線(xiàn)的各參數(shù)，這樣做不僅花費(fèi)了大量的時(shí)間和精力，而且費(fèi)用昂貴。本設(shè)計(jì)采用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，使用High Frequency Structure Simulator（HFSS）三維電磁仿真軟件對(duì)半波偶極子天線(xiàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)及仿真、優(yōu)化分析方法可以節(jié)省時(shí)間和精力，設(shè)計(jì)出符合要求的天線(xiàn)。1概述 Ansoft HFSS 10仿真軟件簡(jiǎn)介本設(shè)計(jì)主要采用Ansoft HFSS 10三維電磁仿真軟件對(duì)半波偶極子天線(xiàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)及仿真、優(yōu)化分析，下面介紹下HFSS這個(gè)軟件。HFSS是利用我們所熟悉的windows圖形用戶(hù)界面的一款高性能的全波電磁場(chǎng)(EM)段任意3D無(wú)源器件的模擬仿真軟件。它易于學(xué)習(xí)，有仿真，可視化，立體建模，自動(dòng)控制的功能，使你的3D EM問(wèn)題能快速而準(zhǔn)確地求解。Ansoft HFSS使用有限元法(FEM)，自適應(yīng)網(wǎng)格劃分和高性能的圖形界面，能讓你在研究所有三維EM問(wèn)題時(shí)得心應(yīng)手。Ansoft HFSS能用于諸如S參數(shù)，諧振頻率和場(chǎng)等的參數(shù)計(jì)算。HFSS是基于四面體網(wǎng)格元的交互式仿真系統(tǒng)。這使你能解決任意的3D幾何問(wèn)題，尤其是那些有復(fù)雜曲線(xiàn)和曲面的問(wèn)題，當(dāng)然在局部會(huì)利用其他技術(shù)。 HFSS是高頻結(jié)構(gòu)仿真器（High Frequency Structure Simulator）的縮寫(xiě)。Ansoft公司最早在電磁仿真中使用如切線(xiàn)矢量有限元，自適應(yīng)網(wǎng)格，和ALPS等有限元法解決EM仿真問(wèn)題。 Ansoft HFSS是高生產(chǎn)力研究，發(fā)展和虛擬的工具之一。 半波偶極子天線(xiàn)簡(jiǎn)述半波偶極子天線(xiàn)是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的基本線(xiàn)天線(xiàn)，也是一種經(jīng)典的、迄今為止使用最廣泛的天線(xiàn)之一。半波偶極子天線(xiàn)由兩根直徑和長(zhǎng)度都相等的直導(dǎo)線(xiàn)組成，每根導(dǎo)線(xiàn)的長(zhǎng)度為1/4個(gè)工作波長(zhǎng)。但實(shí)際應(yīng)用中大多數(shù)情況下都要適當(dāng)縮短長(zhǎng)度，目的就是實(shí)現(xiàn)諧振使輸入阻抗接近純電阻。導(dǎo)線(xiàn)的直徑遠(yuǎn)小于工作波長(zhǎng)，天線(xiàn)的激勵(lì)是等幅反向的電壓信號(hào)，加在天線(xiàn)中間的兩個(gè)相鄰端點(diǎn)上，且天線(xiàn)中間兩個(gè)相鄰端點(diǎn)間的距離遠(yuǎn)小于工作波長(zhǎng)，可以忽略不計(jì)。 2 主要技術(shù)指標(biāo) 天線(xiàn)的輸入阻抗是天線(xiàn)饋電端輸入電壓與輸入電流的比值。天線(xiàn)與饋線(xiàn)的連接，最佳情形是天線(xiàn)輸入阻抗是純電阻且等于饋線(xiàn)的特性阻抗，這時(shí)饋線(xiàn)終端功率反射為零，饋線(xiàn)上沒(méi)有駐波，天線(xiàn)的輸入阻抗隨頻率的變化比較穩(wěn)定，性能較好。天線(xiàn)的匹配工作就是消除天線(xiàn)輸入阻抗中的電抗分量，使電阻分量盡可能地接近饋線(xiàn)的特性阻抗。在射頻微波頻段，饋線(xiàn)通常使用50Ω標(biāo)準(zhǔn)阻抗。
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