【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ctInsert HFSS Design，新建一個(gè) Project。 2． HFSSSolution Type，設(shè)置解算類型，確定如何激勵(lì)和收斂。 HFSS有三種解算類型，第一種是模式驅(qū)動(dòng)，根據(jù)波導(dǎo)模式的入射和反射功率表示 S參數(shù)矩陣的解；第二種是終端驅(qū)動(dòng)，根據(jù)傳輸線終端的電壓和電流表示 S參數(shù)矩陣的解；第三種是本征模，求解物理結(jié)構(gòu)的諧振頻率以及這些諧振頻率下 的場(chǎng)模式。 。 HFSS擁有強(qiáng)大的全參數(shù)三維模型創(chuàng)建功能，簡(jiǎn)單的實(shí)體建模中，直接使用 HFSS中提供的基本圖形即可。 ， HFSS都會(huì)提示確定其屬性，默認(rèn)的材料特性是真空。 （ HFSSBoundariesAssign）。 HFSS有多種邊界條件，在高速設(shè)計(jì)中最常用的有，理想電邊界表示電場(chǎng)垂直于表面。理想磁邊界是指電場(chǎng)方向與表面相切；完美匹配層邊界用一種非實(shí)際的、阻抗與自由空間相匹配吸收層來模擬開放空間。 （ HFSSExcitationsAssign）。 HFSS主要有波端口和集中端口，而在高速設(shè)計(jì)中，使用波端口的情況比較多。 HFSS假定你定義的波端口連接到一個(gè)半無限長(zhǎng)的波導(dǎo)，該波導(dǎo)具有與端口相同的截面和材料，每個(gè)端口都是獨(dú)立地激勵(lì)并且在端口中每一個(gè)入射模式的平均功率為 1瓦，使用波端口可以計(jì)算特性阻抗、復(fù)傳播常數(shù)和 S參數(shù)。 。通過 HFSSAnalysis SetupAdd Solution Setup可以進(jìn)行自適應(yīng)頻率和收斂標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)置，通過 HFSSAnalysis SetupAdd Sweep可以得到 互連結(jié)構(gòu)的掃頻響應(yīng)，通常選擇插值掃頻。 （ HFSSResults）。 HFSS具有功能強(qiáng)大又很靈活的數(shù)據(jù)管理和繪圖能力，可以輸出適合于 Matlab編程，后綴為 .m的 S/Y/Z矩陣參數(shù)文件。 論文的內(nèi)容及安排 第 1章為緒論，簡(jiǎn)單介紹了微帶縫隙天線研究背景及應(yīng)用、天線特性參數(shù)，仿真軟件及全文內(nèi)容安排。 第 2章介紹了縫隙天線的理論分析、理想縫隙天線、有限大導(dǎo)體面上的縫隙天線、圓柱體表面上的縫隙天線陣和微帶縫隙天線。 第 3章通過 Ansoft HFSS仿真軟件分析了文獻(xiàn)中的微帶縫隙天線，通過得到 的反射系數(shù)、方向圖和電流分布圖與理論比較，驗(yàn)證仿真的正確性。 結(jié)束語部分對(duì)本文內(nèi)容作了總結(jié)。 第 2 章 縫隙天線的理論分析 如果在同軸線、波導(dǎo)管或空腔諧振器的導(dǎo)體壁上開一條或數(shù)條窄縫，可使電磁波通過縫隙向外空間輻射，而形成一種天線，這種天線稱為縫隙天線。這種天線可以單獨(dú)使用，也可以作天線陣的輻射單元。 理想縫隙天線 實(shí)際上理想縫隙天線是有外加電壓或場(chǎng)激勵(lì)的。不論激勵(lì)方式如何，縫隙中的電場(chǎng)垂直于縫的長(zhǎng)邊，并在縫的中點(diǎn)呈上下對(duì)稱分布，如圖 （ a）所示。不過，由于 EnJm ?? ??? ? ，縫隙內(nèi)外兩表面的等效磁流反向，理想縫隙天線的場(chǎng)與前述磁流源激勵(lì)時(shí)的場(chǎng)若在 y0的半空間相同，則在 y0的半空間相差一個(gè)負(fù)號(hào)。由于在同一表面上，等效磁流亦對(duì)縫中點(diǎn)呈上下對(duì)稱分布，理想縫隙天線可等效為由磁流源激勵(lì)的對(duì)稱縫隙，如圖 (b)所示。當(dāng)然，這個(gè)磁流源的方向在內(nèi)外兩表面上也應(yīng)當(dāng)相反。與之互補(bǔ)對(duì)稱的顯然是尺寸相同的板狀對(duì)稱振子。 圖 理想縫隙天線與板狀對(duì)稱陣子 有限大理想導(dǎo)體面縫隙天線 開在理想導(dǎo)電平板上的窄縫是偶極天線的對(duì)偶形式，設(shè)縫長(zhǎng)為 l2 ，縫寬為w ， wl2?? ，縫中的電場(chǎng)與縫垂直，其振幅沿縫長(zhǎng)呈駐波分布，縫中的電場(chǎng) )(s in0 zlkwVE mx ?? （ ） 式中， mV 為波腹電壓值。根據(jù)電磁場(chǎng)的等效原理，縫隙的輻射可由縫隙面上的方向等效磁流來確定，其等效磁流面密度為 )(s i n20 zlkwVzJ mm ?? （ ） 對(duì)于窄縫可設(shè)磁流沿 x的方向均勻分布，因此縫中的磁流為 )(s in2 0 zlkVJ mm ?? （ ） 等效原理只能在縫隙口徑的一側(cè)產(chǎn)生正確的場(chǎng)，另一側(cè)為零場(chǎng)。不過用假設(shè)的磁流作源，正確地求出縫隙某一側(cè)的輻射場(chǎng)后，另一側(cè)的場(chǎng)可以由對(duì)稱性求出。 縫隙天線可用同軸線不對(duì)稱饋電，同 軸線的外導(dǎo)體接在金屬板上，內(nèi)導(dǎo)體跨接在縫的另一邊。由于半波長(zhǎng)縫隙的輸入阻抗比較大，同軸線的輸入阻抗一般為50? ，為了獲得良好的匹配可采用不對(duì)稱激勵(lì)方式將饋電點(diǎn)偏離縫隙中心，饋電點(diǎn)的輸入阻抗大約按 lksin 02 變化，饋電點(diǎn)到縫端的距離可取 20/0? 左右。縫隙天線也可以采用平行天線雙線對(duì)稱饋電，這種情況下可以調(diào)節(jié)平行雙線的線徑和相距，使其特性阻抗與縫隙匹配。 縫隙天線是雙向輻射的，可以在金屬板的一側(cè)加 一個(gè)反射腔實(shí)現(xiàn)單向輻射，反射腔的寬邊保證反射腔內(nèi)只傳輸 10TE 模，窄邊比縫寬略寬，深度為四分之一波長(zhǎng)。由于單向輻射，具有反射腔時(shí)縫隙的輸入導(dǎo)納只有原來的一半，即輸入阻抗為原來的一倍。直接使用同軸線很難實(shí)現(xiàn)匹配，解決的方法之一是采用 T型變換器，這種結(jié)果更像是用一同軸波導(dǎo)變換器激勵(lì)平面縫隙天線。 降低中心饋電半波窄縫天線輸入阻抗的另一種方法是采用折合縫隙天線。折合偶極子的輸入阻抗比簡(jiǎn)單偶極子大 3倍，因此折合縫隙天線的輸入阻抗應(yīng)為簡(jiǎn)單縫隙天線的四分之一，約 100? 。 實(shí)際上，縫隙不可能開在無限大尺寸的金屬面上的。因此，必須了解有限尺寸金屬面對(duì)天線輻射的影響。設(shè)這種情況下縫隙天線的方向圖必須考慮繞射的影響，嚴(yán)格的分析可采用幾何繞射理論進(jìn)行。 單縫輻射器常采用飛行器天線，如飛機(jī)垂直尾翼上的開槽天線，通?？p的長(zhǎng)度不是半波長(zhǎng)而是四分之一波長(zhǎng)，采用不對(duì)稱激勵(lì)方式類似于一個(gè)單極天線。 有一個(gè)開有一條縫隙的無限薄和無限大的金屬平面以及一個(gè)無限薄的金屬平面對(duì)稱陣子，陣子形 狀、尺寸與縫隙完全相同。依據(jù)對(duì)稱陣子的計(jì)算方法，縫隙天線可以看成由許多基本縫隙輻射場(chǎng)迭加求得，縫隙天線輻射場(chǎng)的公式為 ???? s i n c o s)c o sc o s ( kLkLerdEjE jk rm ??? ? （ ） ??????? s i n c o s)c o sc o s (ZE 00 klklerEjH jk rmdw ??? ? （ ） 所以 E面是 090?? 的面， H面是 常數(shù)?? 的面。 不同 λl 和 λh 金屬平板尺寸上縫隙天線單面輻射的 E面方向圖，實(shí)、虛線分別表示計(jì)算和測(cè)量值。計(jì)算和實(shí)測(cè)都表明，沿縫隙軸方向的金屬板尺寸 2h對(duì)方向圖的影響較小，而垂直于縫隙的金屬板尺寸 2l對(duì)方向圖有明顯的影響。 (a) ??l , ??h (b) ??l , ??h (c) 1??l ， 1??h (d) ??l ， ??h 圖 的單面輻射縫隙天線的 E 面方向圖 圓柱體表面上縫隙天線陣 當(dāng)圓柱體直徑足夠大時(shí)，圓柱體可以作為波導(dǎo)，則縫隙可以由波導(dǎo)內(nèi)的電磁場(chǎng)激勵(lì)。當(dāng)圓柱體直徑不大時(shí)，在圓柱體內(nèi)可放置同軸線或二線式傳輸線，通常激勵(lì)點(diǎn)選在縫隙的中點(diǎn)處。根據(jù)縫隙內(nèi)的給定場(chǎng)求圓柱體縫隙天線輻射問題的理論解，已先后由 。他研究圓柱體縱向縫隙所得到的結(jié)果清楚地說明了方向圖的特點(diǎn)。由 隙天線， 遠(yuǎn) 區(qū)場(chǎng) ?E 分量的表示式為 ])c os( c os2)c os( 1[c os )()2(2 1 )2(1)2()2(112 ???? ???pjpjk rkaH pekaHrefaUE ???????? （ ） 式中 U2 為縫隙內(nèi)最大電壓； ? ：射線與 z軸的夾角，或稱子午角； ? 為方位角（對(duì)縫隙的法線而言）； )(1?f 為與理想縫隙對(duì)偶的電陣子方向函數(shù)； )2(1H為第二類 一階漢克爾函數(shù)； a2 為圓柱體的直徑。 圖 圓柱波導(dǎo)上縫隙 根據(jù)電磁場(chǎng)分布得出的波導(dǎo)壁表面電流分布及波導(dǎo)開縫情況。具體縫隙根據(jù)天線的不同用途和要求可以切割在波導(dǎo)的寬邊，也可以切割在波導(dǎo)的窄邊。同時(shí)可以是沿緯度方向切割，也可以有一定的傾角位置切割。由圖可知，當(dāng)圓柱體為小直徑時(shí)， ? ?a ，水平平面的方向圖幾乎為圓 形。隨著圓柱體直徑的增加， 2l w x y z 縫隙前方輻射增強(qiáng)，而縫隙正后方（ 0180?? ）輻射減弱，當(dāng) 22 ??a 時(shí)方向圖為心臟形。 圖 單個(gè)縱向縫隙天線方向圖 當(dāng)圓柱體直徑足夠大時(shí)，圓柱體可用作波導(dǎo)，則縫隙可由波導(dǎo)內(nèi)的電磁場(chǎng)激勵(lì)。當(dāng)在波導(dǎo)管內(nèi)僅能傳輸模，且縱向縫隙是開在磁場(chǎng)矢量的縱向分量的最大值處時(shí)，縫隙的歸一化等效電導(dǎo)等于 222 )(1))(12c o s (18 4 12 4 0ccg??????????? （ ） 式中 c? 為臨界波長(zhǎng)， ? 為一與（ ka）有關(guān)的系數(shù)，當(dāng)圓柱體直徑不大時(shí)，在圓柱體內(nèi)可放置同軸線或二線式傳輸線，通常激勵(lì)點(diǎn)選在輻射的中點(diǎn)處。 若縫隙的幾何尺寸、在波導(dǎo)上的位置、在波導(dǎo)中傳送能量已經(jīng)確定，則縫隙輻射能量的幅度及相位就確定了。一般在工程應(yīng)用中，只要提到波導(dǎo)縫隙的設(shè)計(jì)，