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HFSS软件在微带天线教学中的应用-2019年精选文档--第1页

HFSS软件在微带天线教学中的应用

中国分类号：TG82文献标识码：A

i=r

天线理论分析[14]的本质就是在特定边界条件下求麦克斯韦方程

组的解。但电磁场理论比较抽象、推导数学公式较为繁琐

以及空间概念想象难等诸多特点，因此利用HFSS对天线进行辅

助分析、仿真和设计等就显得分外重要。针对天线理论课程的学习，

本文利用HFSS对矩形微带天线进行仿真与优化。实践证明:用该软件

对矩形微带天线进行仿真，不仅能够帮助学生理解和掌握微带天线理

论，提高学生的学习积极性与学习效率，而且有助于提高学生利用

HFSS来解决分析实际问题的技巧与方法。

1微带天线的设计指标

本文拟设计的微带天线具体设计指标如下：

1）中心工作频率：2.45Hz；

2S11-10.0dB

）回波损耗：W;

4hf0

式（）中，为介质基板厚度，为中心频率。

2.3确定接地板尺寸

理论上接地板应为无限大，可在实际工程设计中，天线重量、安

装尺寸及其成本方面的因素都需要考虑，接地板尺寸应尽可能的小。由

于微带天线辐射口径场集中于辐射边缘附近很小区域内，接地板和介质

向外延伸长对天线辐射场分布并没有明显影响

⑹。因此，当接地板宽度满足W炉W+0.2入g时，在实际工程应

用中就可将接地板近似视为无限大。

2.4模型尺寸

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本文设计的矩形微带贴片天线采用同轴线馈电，同轴线内径

取2.00mm加载金属电容片耦合馈电，电容片直径取8.00mm

天线工作于ISM频段，其中心频率为2.45GHz。根据以上表达

式计算结果，选用的介质材料为聚四氟乙烯，介电常数为2.55，

厚度为2.00mm空气层的厚度为8.00mm有效介电常数为1.11，

矩形贴片的长宽分别为45.00mm和60.00mm，参考地的长宽都

取140.00mm。

3AnsoftHFSS简介

AnsoftHFSS[7]是三维结构电磁场仿真软件，可仿真分析任

意三维无源结构的高频电磁场，得到传播常数、特征阻抗、电磁场、辐

S[8]AnsoftHFSS

射场、参数天线及方向图等结果。能够

设计各种高频结构，如电真空器件、射频和微波部件、天线阵、天线、

天线罩等[9]，减少设计周期，增强竞争力。

HFSS理论基础基于有限元方法。由于测量和分析真实天线

的各种电参数都需要耗费大量人力、物力，而AnsoftHFSS可建立所

需研究的天线仿真几何模型，并设置好相应的频率、边界条件、激励

源、求解精度等参数，然后仿真求解就能得到天线的方向图、效率、增

益、阻抗、带宽等仿真结果。此外，如将Ansoft

HFSS