【正文】 優(yōu)越的基礎(chǔ)天線也將會(huì)受 到需求者的青睞。由于半波偶極子是基本的天線 ,很多天線都是在半波振子的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的。現(xiàn)今有很多種 RFID 天線類型 ,如偶極子天線、分形天線、環(huán)形槽天線和微帶貼片天線等 [2]。 關(guān)鍵詞： 3GHz； 天線 ； HFSS10； 偶極子 天線 II ABSTRACT In recent years, Radio frequency identification (RFID) technology and the rapid development of automatic object recognition has bee the main technology applications. Today there are many types of RFID antennas, such as dipole antennas, fractal antennas[1], microstrip patch antenna and annular groove antenna[2]. RFID technology here focuses on the halfwave dipole antenna, dipole antenna that is most monly used is the halfwave dipole, dipole antenna of the antenna base, has many features, such as radiation characteristic impedance, the wavelength reduction effect, resonance characteristics, etc. it can be used alone as a simple antenna, but also as a unit or antenna array antenna feed surface[34]. Therefore, indepth understanding of a halfwave dipole antenna design theory and optimization technology is very important. Traditional antenna design approach is an analysis by the designer according to the antenna theory and their own experience through the programming of numerical calculation method to determine the parameters of the antenna, so do not spend a lot of time and effort, and expensive. This design uses modern puterbased, using High Frequency Structure Simulator (HFSS) threedimensional electromagic simulation software halfwave dipole antenna design and simulation, optimization analysis method can save time and effort, designed to meet the requirements of the antenna. Papers from the background and purpose of the research, this paper introduces a halfwave dipole antenna basics design principles. Then from the design and implementation point of view, for the halfwave dipole antenna proposed optimal design, and make the simulation and verification. Finally simulation data in accordance with the physical design and verify its performance. Key Words： 3GHz。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?，F(xiàn)今有很多種 RFID 天線類型 ,如偶極子天線、分形天線、環(huán)形槽天線和微帶貼片天線等 [2]。這里著重研究 RFID 技術(shù)中的半波偶極子天線，即是對(duì)稱振子天線，最常用的是半波振子，偶極子天線是研究天線的基礎(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)單的天線單獨(dú)使用 ,又可 作為天線陣的單元或面天線的饋源 [34]。 論文從課題研究的背景和目的出發(fā)，介紹了半 波偶極子天線的基本知識(shí)、設(shè)計(jì)原理。 antenna。這里著重研究 RFID 技術(shù)中的半波偶極子天線。 課題研究的意義 傳統(tǒng)的天線設(shè)計(jì)方法是由設(shè)計(jì)師根據(jù)天線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。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。如圖 21所示，半波偶極子天線由兩根直徑和長(zhǎng)度 都相等的直導(dǎo)線組成，每根導(dǎo)線的長(zhǎng)度為 1/4 個(gè)工作波長(zhǎng)。 HFSS 是利用我們所熟悉的windows 圖形用戶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。 HFSS 是基于四面體網(wǎng)格元的交互式仿真系統(tǒng)。 Ansoft HFSS 是高生產(chǎn)力研究，發(fā)展和虛擬的工具之一。 圖 22 HFSS天線設(shè)計(jì)流程 創(chuàng)建天線的結(jié)構(gòu)模型。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 設(shè)置激勵(lì)方式。波長(zhǎng)和頻率的關(guān)系是倒數(shù)關(guān)系，具體的計(jì)算公式是：波長(zhǎng)（單位：米） =300/頻率（單位： MHz）。 查看求解結(jié)果。歸納整理與天線設(shè)計(jì)的相關(guān)理論，重點(diǎn)整理前人關(guān)于半波偶極子天線設(shè)計(jì)的研究。天線與饋線的連接，最佳情形是天線輸入阻抗是純電阻且等于饋線的特性阻抗，這時(shí)饋線終端功率反射為零，饋線上沒(méi)有駐波，天線的輸入阻抗隨頻率的變化比較穩(wěn)定，性能較好 [12]。天線的輸入阻抗取決于天線的結(jié)構(gòu)、工作頻率和周圍環(huán)境天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 的影響。本設(shè)計(jì)中也將主要使用駐波比和回波損耗，下面將介紹駐波比和回波損耗 。過(guò)大的駐波比會(huì)減小基站的覆蓋并造成系統(tǒng)內(nèi)干擾加大，影響基站的服務(wù)性能。在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，一般要求回波損耗大于 14dB。因此，在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，一般均采用垂直極化的傳播方式。增加增益就可以在一確定方向上增大網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，或者在確定范圍內(nèi)增大增益余量。 天津職業(yè)技 術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 3 理論分析 電基本振子的輻射場(chǎng) 電基本振子又稱電流元或者電偶極子，這是一種最簡(jiǎn)單的天線。電基本振子上的電流大小使用 I 表示，則矢量位 A 可以表示為： 圖 31 電流元的輻射場(chǎng) (31) 在球面坐標(biāo)系中 （ 32） (33) 于是 ，可以求得輻射的磁場(chǎng)強(qiáng)度為： 天津職業(yè)技 術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 (34) 再利用麥克斯韋方程，可以求得電場(chǎng)強(qiáng)度為： （ 35） 式中， E 為電場(chǎng)強(qiáng)度，單位為 V/m； H 為磁場(chǎng)強(qiáng)度，單位為 A/m；下標(biāo) r、 、分別表示球坐標(biāo)系的各個(gè)方向分量； 為自由空間的介電常數(shù)，單位為 ； 為自由空間導(dǎo)磁率，單位為 H/m； k 是自由空間相位常數(shù)， ，λ是自由空間波長(zhǎng)。 ③ 遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)強(qiáng)振幅與距離 r 一次方成反比，這種衰減不是介質(zhì)的損耗引起的，而是球面波的自然擴(kuò)散。 z 向電流元在 的軸線方向上輻射為零，在與軸線垂直的 方向上輻射最強(qiáng)。天線的極化特性和天線的類型有關(guān)。 由此可以看出，在遠(yuǎn)區(qū)內(nèi)，電場(chǎng)只有 分量，磁場(chǎng)只有 分量，且電場(chǎng)和磁場(chǎng)的相位相同。因?yàn)閮啥碎_路，電流為零，形成電流駐波的波節(jié)，電流駐波的波腹位置取決于對(duì)稱天線長(zhǎng)度。這樣，利用電流元的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)公式即可直接計(jì)算對(duì)稱天線的輻射場(chǎng)。此外，顯然長(zhǎng)度不同的對(duì)稱天線，其方向性因子也不同。當(dāng)天線的全長(zhǎng)小于一個(gè)波長(zhǎng)時(shí)，方向圖僅有兩個(gè)主葉，且 的方向?yàn)橹魃浞较?，因?yàn)樵诖朔较蛏细鱾€(gè)電流元產(chǎn)生的電場(chǎng)方向相同，相位也相等，合成場(chǎng)強(qiáng)最強(qiáng)。把上述參數(shù)代入到式（ 39）中，則半波偶極子天線的電流為： （ 314） 輻射場(chǎng)和方向圖 已知半波偶極子天線上的電流分布，可以利用疊加原理來(lái)計(jì)算半波偶極子天線的輻射場(chǎng)。對(duì)于良導(dǎo)體來(lái)說(shuō)，導(dǎo)體電阻是可以忽略的，此時(shí)實(shí)部電阻僅有輻射電阻，即是： (324) 由此可知，對(duì)于半波偶極子天線而言，虛部電抗 ，輸入阻抗可近似為： （ 325） 可見，半波偶極子天線的輸入阻抗是純電阻，易于和饋線匹配，這也是它被較多采用的原因之一。天線的總長(zhǎng)度按照半波偶極子天線的原理為 L=λ ?2，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，目的就是我前面說(shuō)的，實(shí)現(xiàn)諧振使輸入阻抗接近純電阻，經(jīng)仿真經(jīng)驗(yàn)得出，很多時(shí)候都是用其波長(zhǎng)的 ，當(dāng)然 、 都可以的，但本設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)多次仿真，確定值為 時(shí)仿真值最準(zhǔn)確。輻射邊界和天線的距離設(shè)置，經(jīng)實(shí)驗(yàn)得出，當(dāng)輻射邊界和偶極子天線之間的距離大于 時(shí)，回波損耗 分析結(jié)果一致，沒(méi)有什么變化。天線沿 z軸放置，中心位于坐標(biāo)原點(diǎn)。 圖 42 變量實(shí)際數(shù)值 HFSS 仿真設(shè)計(jì) 新建設(shè)計(jì)工程 （ 1） 新建工程文件，把工程文件存為 文件。在 Add Property 對(duì)話框中