天线原理与设计 华中科技大学 0 半波偶极子天线的HFSS仿真设计 一、 实验目的 1、 学会简单搭建天线仿真环境的方法，主要是熟悉 HFSS 软件的使用方法； 2、 了解利用 HFSS 仿真软件设计和仿真天线的原理、过程和方法； 3、 通过天线的仿真，了解天线的主要性能参数，如驻波比特性、smith 圆图特性、方向图特性等； 4、 通过对半波偶极子天线的仿真，学会对其他类型天线仿真的方法； 二、 实验仪器 1、 装有 windows 系统的PC 一台 2、 HFSS13.0 软件 3、 截图软件 三、 实验原理 1、 首先明白一点：半波偶极子天线就是对称阵子天线。 图 1 对称振子对称结构及坐标 2、对称振子是中间馈电，其两臂由两段等长导线构成的振子天线。一臂的导线半径为 a，长度为 l。两臂之间的间隙很小，理论上可以忽略不计，所以振子的总长度 L=2l。对称振子的长度与波长相比拟，本身已可以构成实用天线。 3、在计算天线的辐射场时，经过实践证实天线上的电流可以近似认为是按正弦律分布。取图 1 的坐标，并忽略振子损耗，则其电流分布可以表示为： 式中，Im 为天线上波腹点的电流；k=w/c 为相移常数、根据正弦分布的特点，对称振子的末端 为电流的波节 点；电流分布关 于 振子的中心 点对称；超 过半波长就会出 现 反 相电流。 4、在分析 计算对称振子的辐射场时，可以把 对称振子看 成是由无 数个 电流I(z)、长度为 dz的电流元 件串 联 而 成。利用线性媒 介 中电磁 场的叠 加 原理，对称振子的辐射场是这 些 电流元 辐射场之矢 量 和。 半波偶极子天线设计 1 / 6 图2 对称振子辐射场的计算 如图2 所示，电流元I(z)所产生的辐射场为 其中 5、方向函数 四、 实验步骤 1、 设计变量 设置求解类型为Driven Model 类型，并设置长度单位为毫米。 提前定义对称阵子天线的基本参数并初始化 2、 创建偶极子天线模型，即圆柱形的天线模型。 其中偶极子天线的另外一个臂是通过坐标轴复制来实现的。 3、 设置端口激励 半波偶极子天线由中心位置馈电，在偶极子天线中心位置创建一个平行于 YZ 面的矩形面作为激励端口平面。 4、 设置辐射边界条件 要在 HFSS 中计算分析天线的辐射场，则必须设置辐射边界条件。这里创建一个沿 Z 轴放置的圆柱模型，材质为空气。把圆柱体的表面设置为辐射边界条件。 5、 外加激励求解设置 分析的半波偶极子天线的中心频率在 3G...
