.../對稱振子天線的HFSS仿真摘要：對稱振子天線不僅是一種結(jié)構(gòu)簡單的天線,而且是一經(jīng)典的,迄今為止使用最廣泛的天線。每臂長度為四分之一波長、全長為二分之一波長的振子,稱為半波對稱振子,單個(gè)半波對稱振子可簡單地獨(dú)立使用或用作拋物面天線的饋源,也可采用多個(gè)半波對稱振子組成的天線陣。其上電流呈駐波分布,如果兩線末端張開,輻射將逐漸增強(qiáng)。本文用hfss仿真了一個(gè)簡單的對稱振子天線,得出了反射系數(shù)曲線和遠(yuǎn)場增益圖,熟悉了hfss仿真軟件的使用,學(xué)習(xí)了對稱振子天線的原理。關(guān)鍵詞：對稱振子,hfss,反射系數(shù),遠(yuǎn)場增益Abstract:Dipoleantennaisnotonlyanantennaofsimplestructure,butalsoisthemostwidelyusedantennatillnow.Thelengthofeveryarmis1/2wavelengthandthewholelengthequaltoawavelengthisdefineddipoleantenna.Singlehalf-wavedipoleantennacanbesimplyindependentlyusedorworkedasfeedofparabolicantenna,severalhalf-wavedipoleantennascanalsoconstituteantennaarray.Thecurrentonitdistributeasastandingwave.Iftwoendsofthelinesopen,theradiationwillgraduallyincreased.Thisarticlesimulatedasimpledipoleantennawithhfss,reflectioncoefficientcurveandfarfieldgaingrapharegiven,hadabasicknowledgeofhfsssoftware,andthetheoryofdipoleantennaisstudied.Keywords:Dipole,hfss,reflectioncoefficient,farfieldgain引言兩部分長度相等而中心斷開并接以饋電的導(dǎo)線,可用作發(fā)射和接收天線,這樣構(gòu)成的天線叫做對稱天線。因?yàn)樘炀€有時(shí)也稱為振子,所以對稱天線又叫對稱振子,或偶極天線?？傞L度為半個(gè)波長的對稱振子,叫做半波振子,也叫做半波偶極天線。對稱振子天線屬于平衡天線,而虧點(diǎn)同軸電纜屬于不平衡傳輸線,若將天線與同軸電纜直接相連,則同軸線的外皮有高頻電流流過,由于同軸線的屏蔽層外皮也參與了天線的輻射,這樣會(huì)影響天線的輻射方向圖,因此,在天線和饋電同軸之間加入平衡不平衡轉(zhuǎn)換器,把同軸外皮的高頻電流抑制掉,將其截?cái)?。對稱振子天線是最基本的單元天線,用得也最廣泛,很多復(fù)雜天線是由它組成的。作為對hfss軟件的熟悉使用訓(xùn)練,因此選擇了對稱振子天線的仿真。仿真過程及模型建立本次仿真是利用hfss軟件設(shè)計(jì)一個(gè)靠近理想導(dǎo)電平面的UHF對稱振子天線,此天線的中心頻率選擇為0.55GHz,采用同軸饋電,并考慮了平衡饋電的巴倫結(jié)構(gòu)。仿真過程先完成了在hfss中實(shí)現(xiàn)對稱振子雙臂和饋電機(jī)構(gòu)的建模,然后完成了端口和邊界的設(shè)置,最后生成了反射系數(shù)和二維輻射遠(yuǎn)場的仿真結(jié)果。對稱振子天線的建立先建立新的工程,并設(shè)置求解類型。在菜單欄中點(diǎn)擊HFSS>SolutionType,選擇類型為DrivenModal。在菜單欄中點(diǎn)擊Modeler>Units,設(shè)置模型單位為in。然后在工具欄下拉菜單點(diǎn)擊Select,選擇材料為copper,即設(shè)置天線的材料為銅質(zhì)。接著創(chuàng)建對稱振子模型。在菜單欄中點(diǎn)擊Draw>Cylinder,設(shè)置內(nèi)部圓柱。設(shè)置圓柱中心點(diǎn)坐標(biāo)為〔0,0,0,設(shè)置圓柱的半徑為0.31,圓柱的高度為5.0。再點(diǎn)擊Draw>Cylinder,設(shè)置圓柱中心點(diǎn)坐標(biāo)為〔0,0,0,設(shè)置圓柱的半徑為0.37,圓柱的高度為5.0,設(shè)置外部圓柱完畢。然后需完成兩圓柱的相減。點(diǎn)擊Modeler>Boolean>Subtract,完成兩圓柱體的相減。創(chuàng)建振子天線的兩臂。在菜單欄點(diǎn)擊Draw>Box,在右下角輸入長方體起始位置坐標(biāo),分別為X：-0.1,Y:-0.31,Z:5.0,再輸入長方體的尺寸,分別為0.2,—4.69,—0.065,按回車鍵結(jié)束。按Crtl+A將模型全部選中,點(diǎn)擊Modeler>Boolean>Unit,使已建立的模型組合起來。組合后的模型如圖1所示。圖1組合后的單臂振子模型接著創(chuàng)建中心探針。在菜單欄中點(diǎn)擊Draw>Cylinder,在坐標(biāo)輸入欄輸入圓柱中心點(diǎn)坐標(biāo)〔0,0,0和圓柱半徑0.1,圓柱高度5.1。都完成后點(diǎn)擊OK結(jié)束。在菜單欄點(diǎn)擊Draw>Box,在右下角輸入長方體起始位置坐標(biāo),分別為X：-0.1,Y:0,Z:5.1,再輸入長方體的尺寸,分別為0.2,5.0,—0.065,按回車鍵結(jié)束。最后創(chuàng)建接地針。在菜單欄中點(diǎn)擊Draw>Cylinder,,選擇圓柱中心點(diǎn)坐標(biāo)為〔0,1,0,圓柱半徑為0.0625,圓柱高度為5.1,完成后將已創(chuàng)建的模型組合起來。至此,振子天線雙臂創(chuàng)建完畢,如圖2所示。圖2創(chuàng)建完畢的雙臂對稱振子模型1.2波端口及輻射邊界的建立接下來創(chuàng)建波端口。在菜單欄點(diǎn)擊Draw>Circle,在坐標(biāo)欄輸入〔0,0,0,圓半徑0.31,點(diǎn)擊OK結(jié)束。在菜單欄點(diǎn)擊HFSS>Excitation>Assign>WavePort,在Modes標(biāo)簽中設(shè)置積分線,在IntegrationLine中點(diǎn)擊None,選擇NewLine,在坐標(biāo)欄輸入〔0.31,0,0,接著選擇半徑dX為-0.21。點(diǎn)擊Next直至結(jié)束。創(chuàng)建輻射邊界。在工具欄中設(shè)置模型的默認(rèn)材料為真空〔vacuum,在菜單欄中點(diǎn)擊Draw>Box,在右下角坐標(biāo)輸入欄輸入長方體的起始點(diǎn)坐標(biāo)位置,X:-5.0,Y:-10.0,Z:0.0按回車鍵結(jié)束輸入。接著輸入X,Y,Z三個(gè)方向尺寸,分別為10.0,20.0,12.0。在菜單欄點(diǎn)擊Edit>Select>ByName,在對話框選擇Air,點(diǎn)擊OK結(jié)束,在菜單欄點(diǎn)擊HFSS>Boundaries>FiniteConductivity,在材料庫中選擇copper,選中InfiniteGroundPlane,點(diǎn)擊確定結(jié)束。輻射場角度設(shè)置。在菜單欄點(diǎn)擊HFSS>Radiation>InsertFarFieldSetup>InfiniteSphere。設(shè)置Phi起始0,結(jié)束90,步長90,設(shè)置Theta起始-180,結(jié)束180,步長為2。完成后點(diǎn)擊OK結(jié)束。設(shè)置完成后,如圖3所示。圖3設(shè)置完成后的對稱振子天線1.3求解設(shè)置在完成天線,波端口已經(jīng)輻射邊界的設(shè)置后,為該問題設(shè)置求解頻率及掃頻范圍。在菜單欄中點(diǎn)擊HFSS>AnalysisSetup>AddSolutionSetup,在求解設(shè)置窗口中,設(shè)置求解頻率為0.55GHz,MaximumNumberofpasses為10,MaximumDeltaofpass為0.02,點(diǎn)擊OK結(jié)束。設(shè)置掃頻HFSS>AnalysisSetup>AddSweep,選擇Setup1,點(diǎn)擊OK。設(shè)置掃頻為快掃頻,起始頻率0.35GHz,截止頻率0.75GHz,一共401步。設(shè)置完成后,保存。全部完成后,點(diǎn)擊HFSS>Analyze,求解該工程。后處理操作及結(jié)果分析S參數(shù)求解點(diǎn)擊菜單欄HFSS>Results>CreateModalSolutionDataReport,接著選擇RectanglePlot,在Trace窗口中點(diǎn)擊Y標(biāo)簽,選擇Category:Sparameter;Quantity:S<p1,p1>;Function:dB。點(diǎn)擊NewReport完成,可得對稱振子的反射系數(shù)曲線,如圖4所示。圖4對稱振子的反射系數(shù)曲線由圖可知,在天線工作的中心頻率0.55GHz,反射系數(shù)S11約為-16.03dB。換算成駐波比指標(biāo),約為1.36,滿足一般天線的設(shè)計(jì)需要。2.22D輻射遠(yuǎn)場求解點(diǎn)擊菜單欄HFSS>Results>CreateFarFieldsReport,接著選擇RadiationPattern,在Context窗口中設(shè)置Geometry為ff_2d,在Trace窗口中,將Ang這一列中點(diǎn)擊第一個(gè)變量Phi,在下拉菜單中選擇Theta。選擇：Category:GainTotal;Function:dB,點(diǎn)擊NewReport按鈕。可得對陣振子遠(yuǎn)場增益方向圖如圖5所示。圖5對陣振子遠(yuǎn)場增益方向圖由圖可知,由于理想導(dǎo)電平面的存在,在水平角為0,90時(shí)天線二維輻射圖都被抬高了。最大輻射方向出現(xiàn)在俯仰角在0處〔正Z方向,其增益約為8.1462dB。結(jié)果缺陷分析在運(yùn)用hfss仿真時(shí),出現(xiàn)了如下的警告,如圖6所示圖6仿真時(shí)的hfss警告提示輻射源和地面重疊。經(jīng)分析,在設(shè)置輻射邊界時(shí),由于是直接加載了一個(gè)長方體,整塊地面被加載上去,沒有考慮在地面上