【正文】 計屬性對話框，打開 Add Property 對話框，添加變量。 圖 43 Attribute選項卡 圖 44 Command選項卡 天津職業(yè)技 術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 17 ? 通過沿著坐標軸復(fù)制操作，生成偶極子天線的另一個臂。 圖 45 Attribute選項卡 圖 46 Command選項卡 天津職業(yè)技 術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 18 這樣就完成激勵端口的建立，接著設(shè)置激勵方式。設(shè)置輻射邊界條件：選中該圓柱體模型，單擊鼠標右鍵選擇 【 Assign Boundary】 →【 Radiation】 。 掃頻設(shè)置：展開 Analysis 節(jié)點，右鍵單擊前面添加的求解設(shè)置項 Setup1，選擇 【 Add Frequency Sweep】 ，打開“ Edit Sweep” 對話框，設(shè)置掃頻類型為“ Fast”，設(shè)置頻率設(shè)置類型為“ LinearStep”，起始頻率（ Start）為 ，終止頻率（ Stop）為 ，步進頻率（ Step Size）為 ，其他選項都保留默認設(shè)置。 HFSS 擁有強大的數(shù)據(jù)后處理功能，仿真完成后，在數(shù)據(jù)后處理部分能夠給出天線各項性能參數(shù)的仿真分析結(jié)果。從圖中可 知，在中心頻率為 3GHz 時歸一化阻抗約為 1，說明天線的端口阻抗匹配良好。 ④ 看三維增益方向圖：右鍵“ Results”節(jié)點，選擇 【 Create Far Fields Report】→ 【 3D Polar Plot】 , Geomertry 選擇 3D_ Sphere， 在“ Category”中選擇“ Gain”，在“ Quantity”中選擇“ GainTotal”，在“ Function”中選擇“ dB” 。通過仿真得到了天線回波損耗、電壓駐波比天線的輸入阻抗及設(shè)計要求的參數(shù)。 網(wǎng)友 是我這次畢業(yè)設(shè)計 順利 完成的一大助力，與他們的交流使我受益頗多，他們對我提出的問題的熱心回答使我少走了許多彎路，節(jié)省了許多時間。從開始進入課題到論文的順利完成，有多少同學(xué)、網(wǎng)友給了我熱心的幫助，在這里請接受我誠摯謝意！ 此次畢業(yè)設(shè)計是我大學(xué)學(xué)習(xí)中遇到過的時段最長、涉及內(nèi)容最廣、工作量最大的一次課程設(shè)計。如圖 51 示。 圖 416 半波偶極子天線的輸入阻抗結(jié)果報告 ? 方向圖： 天津職業(yè)技 術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 23 ① 定 義輻射表面：右鍵“ Radiation”節(jié)點，選擇 【 Insert Far Field Setup】 →【 Infinite Sphere】 ，定義 xz 平面，設(shè)置“ E_Plane”，同理定義 xy 平面，設(shè)置為“ H_Plane”，定義三維立體球面，設(shè)置為“ 3D_Sphere” 如圖 417 所示。即是在報告設(shè)置對話框左側(cè)的 Solution下拉列表選擇 Setup1,在 Category列表框中選擇“ VSWR”，在 Quantity 列表框中選擇 VSWR（ 1），在 Function列表中選擇 none。 ? 選擇 【 Validation Check】 進行設(shè)計檢查。添加 ～ 的掃頻設(shè)置，掃頻類型選擇快速掃頻。 ? 單擊工具欄 按鈕，全屏顯示矩形面 Port，在矩形面的下邊緣處移動鼠標指針，單擊確定下邊緣的中點位置（即積分線的起點），沿 z軸向上移動鼠標指針，單擊確定上邊緣的中點位置（即積分線的終點）。 ? 在三維模型窗口的 yz 面上創(chuàng)建一個任意大小的矩形面。 ? 設(shè)置 Cylinder1 的屬性，名稱設(shè)置為 “Dipole”，材質(zhì)設(shè)置為 “pec”，如圖43所示。 天津職業(yè)技 術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 15 表 41 變量定義 變量意義 變量名 變量值（單位： mm） 工作波長 lambda 100 天線總長度 length lambda 端口距離 gap 單個極子長 度 dip_length length/2 gap/2 天線半徑 dip_radius lambda/200 輻射邊界圓柱體半徑 rad_radius dip_radius+ lambda/4 輻射邊界圓柱體高度 /2 rad_height dip_length+gap/2+lambda/10 實際數(shù)值由圖 42 所示 。端口距離的設(shè)置，實際上是基于振子間隙的電壓源激勵模型，理論上是無限小間隙電壓源，一般設(shè)為 左右就可以了。 方向性系數(shù) 將式（ 23）和式（ 24）代入式（ 316）可以得出半波偶極子天線的方向性系數(shù)為： （ 317） 以分貝表示為： （ 318） 輻射電阻 天線的平均功率密度可以用平均坡印廷矢量來表示，即： (319) 將半波偶極子天線的輻射電場和輻射磁場代入式（ 319）可得： (320) 則半波偶極子天線的輻射功率為： 天津職業(yè)技 術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 13 (321) 用 來表示輻射電阻，得： (322) 由式 (321)和式 (322)可以計算出半波偶極子天線的輻射電阻為： 輸入阻抗 根據(jù)基本的傳輸線理論，輸入阻抗一般同時包含實部和虛部兩部分，即為： (323) 實部電阻 由輻射電阻和導(dǎo)體電阻組成，而導(dǎo)體電阻即是導(dǎo)體損耗所產(chǎn)生的電阻。 天津職業(yè)技 術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 11 因為組成對稱天線的各個電流元在軸線方向上輻射為零，所以無論天線的長度怎么變化，在 及 的軸線方向上始終沒有輻射。既然對稱天線的電流分布為正弦駐波，對稱天線可以看成是由很多電流振幅不等但相位相同的電流元排成一條直線形成的。但是由于交換部分的場強振幅至少與距離 r2 成反比，而輻射部分的場強振幅與距離 r 成反比，因此 ，遠區(qū)中交換部分所占的比重很小，近區(qū)中輻射部分可以忽略 [8]。 z 方向電流元具有軸對稱特點，場強與方位角 ? 無關(guān)，即 。建立直角坐標系，令電流元位于坐標原點，且沿 z軸放置，如圖 31所示。天線增益對移動通信系統(tǒng)的運行質(zhì)量極為重要，因為它決定蜂窩邊緣的信號電平。 0 表示全反射，無窮大表示完全匹配。在我們?nèi)粘＞S護中，用的較多的是駐波比和回波損耗。 主要技術(shù)指標 天線的輸入阻抗 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。分析完成后，如果結(jié)果不收斂，則需要重新設(shè)置求解參數(shù)；如果結(jié)果收斂，則說明計算結(jié)果達到了設(shè)定的精度要求。在半波偶極子天線的設(shè)計中，我使用輻射邊界條件，為了模擬出無限大的自由空間。Ansoft 公司最早在電磁仿真中使用如切線矢量有限元，自適應(yīng)網(wǎng)格，和 ALPS 等天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 3 有限元法解決 EM 仿真問題。 圖 21 半波偶極子天線 Ansoft HFSS 10 仿真軟件簡介 本設(shè)計主要采用 Ansoft HFSS 10三維電磁仿真軟件對半波偶極子天線進行設(shè)計及仿真、優(yōu)化分析，下面介紹 下 HFSS 這個軟件。制作簡單，成功率高，性能優(yōu)越的基礎(chǔ)天線也將會受 到需求者的青睞。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]。本設(shè)計采用現(xiàn)代計算機為基礎(chǔ)，使用 High Frequency Structure Simulator（ HFSS） 三維電磁仿真軟件對半波偶極子天線進行設(shè)計及仿真、優(yōu)化分析方法可以節(jié)省時間和精力，設(shè)計出符合要求的天線。這里著重研究 RFID 技術(shù)中的半波偶極子天線，即是對稱振子天線，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，波長縮短效應(yīng)，諧振特性等，它既可作為簡單的天線單獨使用 ,又可 作為天線陣的單元或面天線的饋源 [34]。 antenna。 課題研究的意義 傳統(tǒng)的天線設(shè)計方法是由設(shè)計師根據(jù)天線的分析理論以及自己的經(jīng)驗通過編程進行數(shù)值計算的方法來確定天線的各參數(shù)，這樣做不僅花費了大量的時間和精力，而且費用昂貴。如圖 21所示，半波偶極子天線由兩根直徑和長度 都相等的直導(dǎo)線組成，每根導(dǎo)線的長度為 1/4 個工作波長。 HFSS 是基于四面體網(wǎng)格元的交互式仿真系統(tǒng)。 圖 22 HFSS天線設(shè)計流程 創(chuàng)建天線的結(jié)構(gòu)模型。波長和頻率的關(guān)系是倒數(shù)關(guān)系，具體的計算公式是：波長（單位：米） =300/頻率（單位： MHz）。歸納整理與天線設(shè)計的相關(guān)理論，重點整理前人關(guān)于半波偶極子天線設(shè)計的研究。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 5 的影響。過大的駐波比會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。因此，在移動通信系統(tǒng)中，一般均采用垂直極化的傳播方式。 天津職業(yè)技 術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 7 3 理論分析 電基本振子的輻射場 電基本振子又稱電流元或者電偶極子，這是一種最簡單的天線。 ③ 遠區(qū)場強振幅與距離 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散。天線的極化特性和天線的類型有關(guān)。因為兩端開路，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稱天線長度。此外，顯然長度不同的對稱天線，其方向性因子也不同。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計算半波偶極子天線的輻射場。天線的總長度按照半波偶極子天線的原理為 L=λ ?2，但實際應(yīng)用中大多數(shù)情況下都要適當縮短長度，目的就是我前面說的，實現(xiàn)諧振使輸入阻抗接近純電阻，經(jīng)仿真經(jīng)驗得出，很多時候都是用其波長的 ，當然 、 都可以的，但本設(shè)計經(jīng)過多次仿真，確定值為 時仿真值最準確。天線沿 z軸放置，中心位于坐標原點。在 Add Property 對話框中 Name 文本框中輸