南昌大学HFSS工程应用仿真实验报告：1~8(5)

图五、微带环形电桥的S参数相位曲线

以上为微带环形电桥混合接头的S参数幅值、相位曲线结果，观察实验结果图可发现，环形电桥的工作频率大约在4GHz左右，且从端口1到端口2和从端口1到端口4的传输量（S21 S41）（S(P1 P1)、S(P4 P1)的交点）纵坐标值约为-3dB,满足性能要求。而此时S(P2 P1) ,S(P4 P1)在工作频率（约4GHz处）处的相角差也约为180°左右，即反相传输。故从幅值和相位两方面都可认为实验结果符合微带环形电桥的性能指标。

五、实验心得：

本实验是HFSS设计仿真的第四个实验，原理类似实验三的魔T微波混合接头，都有隔离、等幅、同相或反相传输信号的作用。本实验运用到了同实验三中的积分线设置技巧和沿轴旋转复制的操作技巧，快捷方便的完成仿真设计，节省设计工作量。新加入介绍了创建矩形的新方法，即将3D工作区域转换至合适的平面（如XOZ），然后通过鼠标捕捉功能，确定起始点，平移鼠标完成矩形的创建。但是不足的是实验最终出来的结果与书本略有偏差，反复仿真了七八遍了还是得到一样的结果，与同学讨论后也是一样的无法改善，故最终就接受实际仿真出来的结果，分析结果可发现，S参数的幅值和相位曲线虽与课本有偏差，但其实也是满足工作频率在4GHz左右、激励不同端口，达到不同端口隔离及等幅同、反相传输信号的性能指标。故可认为，实验结果具有一定的准确性。

实验五对称振子天线的设计与仿真

一、设计指标要求：

中心频率为0.55GHz

采用同轴线馈电，并考虑平衡馈电的巴伦结构，设计一个近似理想导体平面的UHF 对称振子天线，最后得到反射系数和二维辐射远场仿真结果。

二、实验设备：

PC机、HFSS仿真软件。

三、设计原理：

本实验利用HFSS软件设计一个靠近理想导电平面的UHF对称阵子天线，此天线中心频率为0.55GHz,采用同轴馈电，并考虑了平衡馈电的巴伦结构。实验首先介绍HFSS中实现对对称振子双臂和馈电机构的建模，然后介绍端口和边界的介绍，最后生成了反射系数和二维辐射远场的仿真结果。

四、设计仿真步骤：

（1）建立新的工程

为了方便建立模型，在Tool>Options>HFSS Options中将Duplicate boundaries with geometry 复选框选中。 （2）设置求解类型

? 在菜单栏中点击HFSS>SolutionType>Driven Model>OK. （3）设置模型单位

? 在菜单栏中点击Modeler>Units>in. （4）设置模型的默认材料

? 在工具栏中设置模型的下拉菜单中点击Select,在设置材料窗口中选择copper,点击“确

定”完成。 （5）创建对称振子模型 ? 创建ring_1

1）在菜单栏中点击Draw>Cylinder.

2）在坐标输入栏输入圆柱的圆心位置、半径、高，并将其修改命名为ring_inner. 3）同理创建圆柱ring_1

4）在菜单栏中点击Edit>Select> By Name,选中ring_1、ring_inner并做减法处理，设置如下：

BlankParts:ring_1ToolParts:ring_inner

Clone tool objects before subtract复选框不选，点击OK结束。 ? 创建ring_2

1）在3D窗口中选中整个ring_1

2）在菜单栏中点击Edit>Copy、Edit>Paste,即完成ring_1的复制，然后将其命名为ring_2. 3）在历史操作树中展开ring_2、ring_inner1,鼠标左键双击CreateCylinder,将半径修改为实验所需尺寸，此为快速创建一种模型部件的新方法。 ? 创建Arm_1

1）在菜单栏中点击Draw>Box或者在工具栏中点击按钮。

2）在坐标输入栏输入长方体起点及尺寸并命名为Arm_1. ? 利用Ctrl + A及Unite操作，将已建立的模型组合起来。

? 同创建圆柱ring_1操作创建Center pin、Grounging pin并分别命名为center_pin、pin. ? 同创建Arm_1操作创建Arm_2.

? 利用Ctrl + A及Unite操作，将已建立的模型组合起来。 （6）创建波端口 ? 创建端口圆面模型 1）创建Circle,并命名为p1. ? 设置波端口

1）在菜单栏中点击HFSS>Excitations>Assign>Wave Portt,在Wave Port窗口的General标签中，将端口命名p1.

2）在Modes标签中设置积分线，在Intergration Line的设置项中点击None,选择New Line,在坐标栏输入积分线起点和尺寸，点击Next按钮直到结束。 （7）创建辐射边界 ? 设置默认材料vacuum. ? 创建Air

1）在菜单栏中点击Draw>Box或者在工具栏中点击按钮2）在坐标输入栏输入长方体起点及尺寸并命名为Air. ? 设置辐射边界

1）在菜单栏中点击Edit>Select> By Name>Air.

2）在菜单栏中点击HFSS>Boundaries>Assign>Radiation,在弹出的对话框中将辐射边界命名为Rad_1,点击OK结束。 （8）创建底板

1）在菜单栏中点击Edit>Select>Faces>Air并选中其下表面。 2）在菜单栏中点击HFSS>Boundaries>Assign>Finite Conductivity. 3）在有限导体边界窗口中设置：

? ? ? ?

。

名字修改为：gnd_plane 选中Use Material.

在材料库中选择copper. 选中Infinite Ground Plane.

（9）辐射场角度设置

1）在菜单栏中点击HFSS>Radiation>Insert Far Field Setup>Infinite Sphere,在辐射远场对话框

中设置：

?

名字修改为：ff_2d.

Phi:?Start:0,Stop:90,StepSize:90?Theta:?Start:?180,Stop:180,StepSize:2?

（10）求解设置

为该问题设置求解频率及扫频范围

? 设置求解频率

1）在菜单栏中点击HFSS>Analysis Setup>Add Solution Setup. 2）在求解窗口中设置：

SolutionFrequency:0.55GHzMaximumNumberofPsaaes:10MaximumDeltaSperPass:0.02点击OK结束。

? 设置扫频

1）在菜单栏中点击HFSS>Analysis Setup>Add Setup. 2）选择Setup1,点击OK结束。 3）在扫频窗口中设置：

SweepType:FastFrequencySetupType:LinearCountStart:0.35GHzStop:0.75GHzConut:4014）将Save Field复选框选中点击OK结束。

（11）保存工程并命名为hfss_dipole,设计结果如下图：

图一、对称振子天线完整模型

? 点击菜单栏的图标，检查设计步骤是否出错，其中边界条件和激励源的警告信息可

忽略不考虑，如下图即为仿真设计正确。

图二、软件检错界面图

? 在菜单栏中点击HFSS>Analyze All,完成仿真设计计算，出现如下图状态：

图三、对称振子天线运算界面图

（12）后处理操作 ? S参数

1）点击菜单栏HFSS>Result>Create Modal Solution Data Report>Rectangle Plot.在Trace窗口

中设置：

Solution:Setup1:Sweep1Domain:Sweep

点击Y标签，选择Category: S parameter; Quantity: S(P1 P1); Function: dB,点击New Report

按钮完成，仿真结果如下：

图四、对称振子的反射系数曲线

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