采用ansofthfss10三維電磁仿真軟件對(duì)半波偶極子天線進(jìn)行設(shè)計(jì)及仿真、優(yōu)化分析-wenkub
2023-01-28 20:17:34 本頁(yè)面
【正文】 駐波比。 2 主要技術(shù)指標(biāo) 天線的輸入阻抗是天線饋電端輸入電壓與輸入電流的比值。 半波偶極子天線簡(jiǎn)述半波偶極子天線是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的基本線天線，也是一種經(jīng)典的、迄今為止使用最廣泛的天線之一。這使你能解決任意的3D幾何問題，尤其是那些有復(fù)雜曲線和曲面的問題，當(dāng)然在局部會(huì)利用其他技術(shù)。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問題能快速而準(zhǔn)確地求解。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。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。這里著重研究RFID技術(shù)中的半波偶極子天線。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。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。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。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問題時(shí)得心應(yīng)手。 HFSS是高頻結(jié)構(gòu)仿真器（High Frequency Structure Simulator）的縮寫。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)。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。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。 電流元得遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)具有以下特點(diǎn)：（1）傳播方向?yàn)?r ，電場(chǎng)及磁場(chǎng)均與r 垂直，遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)為TEM波，電場(chǎng)與磁場(chǎng)的關(guān)系為。與方位角q 及f 有關(guān)的函數(shù)稱為方向性因子，以 f (q, f ) 表示。當(dāng)然，在不同的方向上極化方向不同。遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)中也有電磁能量的交換部分。其電流分布以中點(diǎn)為對(duì)稱，因此稱為對(duì)稱天線。 （33）式中, Im 為電流駐波的空間最大值或稱為波腹電流，位置取決于對(duì)稱天線的長(zhǎng)度。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)。則半波偶極子天線的電流如34所示為： （34） 輻射場(chǎng)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)。天線的總長(zhǎng)度按照半波偶極子天線的原理為L(zhǎng)=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，、但本設(shè)計(jì)經(jīng)過多次仿真。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，沒有什么變化。天線沿z軸放置，中心位于坐標(biāo)原點(diǎn)。（3）設(shè)置模型長(zhǎng)度單位【Units】為“mm”（毫米），完成設(shè)置。（1）創(chuàng)建偶極子天線模型選擇【Draw】→【Cylinder】，在三維模型窗口中創(chuàng)建一個(gè)任意大小的圓柱體，新建的圓柱體會(huì)添加到操作歷史樹的Solids節(jié)點(diǎn)下，其默認(rèn)的名稱為Cylinder1。在Center Position文本框中輸入圓心坐標(biāo)為（0，dip_radius,gap/2），在Radius文本框中輸入dip_radius，在Height文本框中輸入長(zhǎng)度值dip_length，最后單擊確定按鈕退出。（2）設(shè)置端口激勵(lì)把當(dāng)前工作平面設(shè)置為yz平面：在工具欄上的“XY”下拉列表框中選擇“YZ”。在Position文本框中輸入頂點(diǎn)坐標(biāo)為（0，dip_radius,gap/2）,在YSize和ZS
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