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(編輯修改稿)
2025-02-09 20:17 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 為正弦駐波，對(duì)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。 因?yàn)榻M成對(duì)稱天線的各個(gè)電流元在軸線方向上輻射為零，所以無(wú)論天線的長(zhǎng)度怎么變化，在θ=0及θ=的軸線方向上始終沒有輻射。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)。當(dāng)天線全長(zhǎng)大于全波長(zhǎng)時(shí)，出現(xiàn)副葉。尤其當(dāng)全長(zhǎng)等于兩個(gè)波長(zhǎng)時(shí)，即半長(zhǎng)，原來(lái)的主射方向變成零射方向，因?yàn)殡m然在此方向上各個(gè)電流元產(chǎn)生的電場(chǎng)方向相同，但是一半電流元的時(shí)間相位與另一半電流元的時(shí)間相位相反，兩者產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)彼此抵消，導(dǎo)致合成場(chǎng)強(qiáng)為零。 半波偶極子天線性能參數(shù)的理論計(jì)算對(duì)于半波偶極子天線，其長(zhǎng)度。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)。半波偶極子天線可以看成是由長(zhǎng)度為dz的電基本振子天線連接而以分貝表示如35所示為： （35）4 HFSS仿真設(shè)計(jì)這里將要設(shè)計(jì)的是中心頻率為3GHz的半波偶極子天線，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）。由此可知工作波長(zhǎng)應(yīng)設(shè)為100mm。天線的材質(zhì)使用理想導(dǎo)體（pec）。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(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，、但本設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)多次仿真。天線半徑為。本設(shè)計(jì)天線在模型內(nèi)部的饋電面的激勵(lì)方式，因此采用集總端口激勵(lì)方式。端口距離的設(shè)置，實(shí)際上是基于振子間隙的電壓源激勵(lì)模型，理論上是無(wú)限小間隙電壓源。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。所以，通常情況下，為保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確，輻射邊界距離輻射體應(yīng)不小于個(gè)工作波長(zhǎng)。因此，輻射邊界和天線的距離就設(shè)為。在HFSS上半波偶極子天線的設(shè)計(jì)模型如圖41所示。天線沿z軸放置，中心位于坐標(biāo)原點(diǎn)。圖41 半波偶極子天線的HFSS分析模型實(shí)際數(shù)值由圖42所示。圖42 變量實(shí)際數(shù)值 HFSS仿真設(shè)計(jì)（1）新建工程文件。（2）設(shè)置求解類型【Solution Type】為“Driven Modal”（模式驅(qū)動(dòng)求解類型）。（3）設(shè)置模型長(zhǎng)度單位【Units】為“mm”（毫米），完成設(shè)置。選擇【Design Properties】，打開設(shè)計(jì)屬性對(duì)話框，打開Add Property對(duì)話框，添加變量。在Add Property對(duì)話框中Name文本框中輸入第一個(gè)變量的名稱lambda，在Value文本框中輸入該變量的初始值100mm，然后單擊OK按鈕，添加變量lambda到設(shè)計(jì)屬性對(duì)話框中。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。（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。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。雙擊“CreateCylinder”節(jié)點(diǎn)，打開“Command”選項(xiàng)卡，設(shè)置圓柱體的底面圓心坐標(biāo)、半徑和長(zhǎng)度。如圖44所示。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。圖43 Attribute選項(xiàng)卡圖44 Command選項(xiàng)卡通過(guò)沿著坐標(biāo)軸復(fù)制操作，生成偶極子天線的另一個(gè)臂?！綞dit】→【Duplicate】→【Around Axis】，將框中Axis選擇X，在Angle輸入180，點(diǎn)擊OK按鈕。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(gè)極子，同時(shí)生成的模型自動(dòng)命名為Dipole_1。（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”。在三維模型窗口的yz面上創(chuàng)建一個(gè)任意大小的矩形面。新建的矩形面會(huì)添加到操作歷史樹的Sheets節(jié)點(diǎn)下，把矩形面的名稱設(shè)置為“Port”，如圖45所示。設(shè)置矩形面的頂點(diǎn)坐標(biāo)和大小，雙擊操作歷史樹中的Port下的CreateRectangle節(jié)點(diǎn)，在Command選項(xiàng)卡設(shè)置頂點(diǎn)坐標(biāo)和大小。在Positio
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