【正文】 ........................................................................................... 6 3 理論分析 ................................................................................................................. 7 電基本振子的輻射場 ................................................................................... 7 對稱天線的輻射 ........................................................................................... 9 半波偶極子天線性能參數(shù)的理論計算 ..................................................... 11 電流分布 ............................................................................................. 11 輻射場和方向圖 ................................................................................ 11 方向性系數(shù) ......................................................................................... 12 輻射電阻 ............................................................................................. 12 輸入阻抗 ............................................................................................. 13 4 HFSS 仿真設(shè)計 ..................................................................................................... 14 HFSS 設(shè)計概述 .......................................................................................... 14 HFSS 仿真設(shè)計 .......................................................................................... 15 新建設(shè)計工程 ..................................................................................... 15 添加和定義設(shè)計變量 ......................................................................... 15 設(shè)計建模 ............................................................................................. 16 求解設(shè)置 ............................................................................................. 19 設(shè)計檢查和運(yùn)行仿真計算 ................................................................. 20 5 天線實(shí)物 ............................................................................................................... 25 結(jié) 論 ...................................................................................................................... 26 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 27 致 謝 ...................................................................................................................... 28 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計 1 1 緒論 課題研究的背景 Radio frequency identification(RFID)技術(shù)是一種利用射頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)的非接觸式自動識別技術(shù) ,近年來 ,RFID 技術(shù)飛速發(fā)展并逐漸成為自動物體識別應(yīng)用中的主要技術(shù)[1]。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(yàn)通過編程進(jìn)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(fèi)了大量的時間和精力，而且費(fèi)用昂貴。所以深入了解半波偶極子天線的設(shè)計理論與優(yōu)化技術(shù)是非常重要的。 HFSS10。近年來，無線通信發(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，其性能對整個系統(tǒng)的通信質(zhì)量至關(guān)重要。 [5]但實(shí)際應(yīng)用中大多數(shù)情況下都要適當(dāng)縮短長度，目的就是實(shí)現(xiàn)諧振使輸入阻抗接近純電阻，很多時候都是用工作波長的 。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)然在局部會利用其他技術(shù)。根據(jù)天線的初始尺寸和結(jié)構(gòu)，在 HFSS 模型窗口中創(chuàng)建出天線的 HFSS 參數(shù)化設(shè)計模型。 運(yùn)行求解分析。 2軟件仿真：學(xué)習(xí) HFSS v10 軟件，使用 HFSS v10軟件對半波偶極子天 線進(jìn)行設(shè)計仿真，查看求解結(jié)果，使用 Optimetrics 優(yōu)化設(shè)計，使其滿足天線設(shè)計要求。工程中通常采用近似計算或者用實(shí)驗(yàn)方法測量。 回波損耗：它是反射系數(shù)絕對值的倒數(shù)，以分貝值表示。 方向性系數(shù) 天線的方向性系數(shù) D 是指在遠(yuǎn)區(qū)場的某一球面上 天線的輻射強(qiáng)度與平均輻射強(qiáng)度之比，即： （ 21） 實(shí)際等于輻射功率除以球面積，得： （ 22） 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 6 方向性系數(shù)是最大輻射方向上的方向性系數(shù)，即： （ 23） 天線的增益 天線增益是用來衡量天線朝一個特定方向收發(fā)信號的能力，它是衡量天線性能好壞的重要的參數(shù)之一。用這樣的電基本振子可以組成實(shí)際的復(fù)雜天線，所以電基本振子的輻射特性是研究復(fù)雜天線輻射特性的基礎(chǔ) [8]。 ④ 遠(yuǎn)區(qū)場強(qiáng)振幅還與觀察點(diǎn)所處的方位有關(guān)，這種特性稱為天線的方向性。接收天線的極化特性必須與被接收的電磁波的極化特性一致，稱為極化匹配。設(shè)對稱天線的半長為 L，在直角坐標(biāo)系中沿 z軸放置，中點(diǎn)位于坐標(biāo)原點(diǎn)，則電流空間分布函數(shù)可以表示為 （ 39） 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 對稱天線的長度。如圖 322所示，不同長度的對稱天線所在平面內(nèi)的方向圖也不同。半波偶極子天線可以看成是由長度為 dz 的電基本振子天線連接而天津職業(yè)技 術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 12 成的， dz 這一小段天線上的電流等幅同相，但沿著 z 軸的電流幅度是按式（ 310）給出的正弦分布的。天線半徑為 。 圖 41 半波偶極子天線的 HFSS分析模型 為了方便后面的建模，在本設(shè)計中設(shè)置了一系列變量。依次按照此方法增添新的變量，完成所有變量的定義和添加工作。這樣就將之前已完成的偶極子天線的按 X 軸旋轉(zhuǎn) 180 復(fù)制出另一個極子，同時生成的模型自動命名 為 Dipole_1。由理論分析計算可知，半波偶極子天線的輸入阻抗約為 。（當(dāng)然，也可把輻射邊界設(shè)置成長方體或其它形狀，只要保持輻射邊界距離輻射體應(yīng)不小于個工作波長即可，經(jīng)過反復(fù)的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)圓柱體的輻射邊界分析出的數(shù)值誤差較小。如圖 411所示。 從分析結(jié)果可以看出，設(shè)計的中心頻率為 3GHz 的半波偶極子天線，的相對帶寬 。 圖 414 半波偶極子天線的駐波比分析結(jié)果 天津職業(yè)技 術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 22 圖 415 半波偶極子天線的 的 Smith圓圖顯示結(jié)果 ? 輸入阻抗：查看輸入阻抗有兩種方法，除了前面 Smith 圓圖結(jié)果外，也可以直接查看天線的輸入阻抗值，其操作和查看回波損耗的操作類似，選擇【 Create Modal Solution Data Report】 → 【 Rectangular Plot】 命令 , 在該對話框左側(cè)的 Solution 下拉列表中選擇 Setup1:Sweep1,在 Category 列表框中選擇 Z Parameter，在 Quantity列表框中選擇 Z(1,1),在 Function列表中同時選擇 im和 re，即是同時選擇查看輸入阻抗的虛部（電抗部分）和實(shí)部（電阻部分），然后單擊Done 按鈕，再點(diǎn)擊 Add Trace 按鈕即可生成如圖 416所示的半波偶極子天線的輸入阻抗結(jié)果報告。 天津職業(yè)技 術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 24 圖 418 極子天線 xz的增益方向圖 圖 419波偶極子天線 xy的增益方向圖 圖 420波偶極子三維增益方向圖 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 25 5 天線實(shí)物 通過 HFSS 的仿真分析，驗(yàn)證了我設(shè)計的正確性。在天線功能越來越豐富的今天，該天線作為基礎(chǔ)天線可以在一定程度上滿足用戶的需求。