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.com
2025-12-31 20:17 本頁(yè)面
【正文】 這次實(shí)習(xí)收獲很多，完成了課程設(shè)計(jì)任務(wù)之外又學(xué)習(xí)了不少東西，對(duì)HFSS的初步學(xué)習(xí)使我對(duì)天線設(shè)計(jì)也產(chǎn)生一些興趣，就像老師在課堂上說的那樣，學(xué)會(huì)使用HFSS軟件對(duì)我們接下來的找工作是非常有幫助的。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。則生成如圖418三維增益方向圖。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”（2）查看xz面的增益方向圖：右鍵“Results”節(jié)點(diǎn)，選擇【Create Far Fields Report】→【Radiation Pattern】，選擇輻射表面“E_Plane”，在“Primary Sweep”中選擇“Theta”，在“Category”中選擇“Gain”，在“Quantity”中選擇“GainTotal”，在“Function”中選擇“dB”，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xz的增益方向圖。圖415 半波偶極子天線的輸入阻抗結(jié)果報(bào)告方向圖：（1）定義輻射表面：右鍵“Radiation”節(jié)點(diǎn)，選擇【Insert從圖中可知，在中心頻率為5GHz時(shí)歸一化阻抗約為1，說明天線的端口阻抗匹配良好。即是在報(bào)告設(shè)置對(duì)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。如圖411所示。圖410 求解設(shè)置 圖410 頻率參數(shù)設(shè)置在運(yùn)行仿真計(jì)算之前，通常需要進(jìn)行設(shè)計(jì)檢查，檢查設(shè)計(jì)的完整性和正確性。求解頻率（Solution Frequency），最大迭代次數(shù)（Maximum Number of Passes）為20，收斂誤差（Maximum Deltalmum S），其他選項(xiàng)保持默認(rèn)設(shè)置，如圖410所示。（當(dāng)然，也可把輻射邊界設(shè)置成長(zhǎng)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1/4個(gè)工作波長(zhǎng)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。 圖47 集總端口設(shè)置對(duì)話框(3)設(shè)置輻射邊界條件創(chuàng)建輻射邊界的圓柱體，并把圓柱體的名稱設(shè)置為“Rad_air”，材質(zhì)設(shè) 置為“air”，透明度設(shè)置為“”，如圖48所示。由理論分析計(jì)算可知。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。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。如圖44所示。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。（2）設(shè)置求解類型【Solution Type】為“Driven Modal”（模式驅(qū)動(dòng)求解類型）。在HFSS上半波偶極子天線的設(shè)計(jì)模型如圖41所示。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，理論上是無限小間隙電壓源。天線的材質(zhì)使用理想導(dǎo)體（pec）。 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。 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。設(shè)對(duì)稱天線的半長(zhǎng)為L(zhǎng)，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)可以表示為式33所示。此時(shí)，坡印廷矢量的平均值如31所示為： （31）對(duì)于自由空間而言，媒質(zhì)的波阻抗如32所示為： （32） 對(duì)稱天線的輻射對(duì)稱天線是一根中心饋電，長(zhǎng)度可與波長(zhǎng)相比擬的載流導(dǎo)線。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。 （5）電場(chǎng)及磁場(chǎng)的方向與時(shí)間無關(guān)，遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)為線極化。 （4）遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)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。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)。天線增益對(duì)移動(dòng)通信系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量極為重要，因?yàn)樗鼪Q定蜂窩邊緣的信號(hào)電平。由于電波的特性，決定了水平極化傳播的信號(hào)在貼近地面時(shí)會(huì)在大地表面產(chǎn)生極化電流，極化電流因受大地阻抗影響產(chǎn)生熱能而使電場(chǎng)信號(hào)迅速衰減，而垂直極化方式則不易產(chǎn)生極化電流，從而避免了能量的大幅衰減，保證了信號(hào)的有效傳播。0表示全反射，無窮大表示完全匹配。在移動(dòng)通信系統(tǒng)中。在我們?nèi)粘＞S護(hù)中，用的較多的是駐波比和回波損耗。所以在設(shè)計(jì)天線時(shí)，需要盡可能地把天線的輸入阻抗設(shè)計(jì)在50Ω，在工作頻帶內(nèi)保證盡可能小得
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