实验五 对称振子天线的设计与仿真.docx

实验五对称振子天线的设计与仿真
一、实验目的
1.设计一个对称振子天线
2.查看并分析该对称振子天线的反射系数及远场增益方向

二、实验设备
装有HFSS13.0软件的笔记本电脑一台

三、实验原理
1、电流分布
对于从中心馈电的偶极子，其两端开路，故电流为零。工程上通常将其电流分布近似为正弦分布。
假设天线沿z轴放置，其中心坐标位于坐标原点，如图所示，则长度为l的偶极子天线的电流分布为：I(z)=Imsink(l-|z|)，其中Im是波腹电流，k波数。对半波偶极子而言l=λ/4.则半波偶极子的电流分布，可以写成：I(z)=Imsin（π/2-kz）=Imcos（kz）。

首先明白一点：半波偶极子天线就是对称阵子天线。
2、辐射场和方向图
已知半波偶极子天线上的电流分布，可以利用叠加原理来计算半波偶极子天线的辐射场。

式中，

称为半波偶极子的方向性函数。
3、方向系数：

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，长度为I。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=21。对称振子的长度与波长相比拟，本身己可以构成实用天线。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，忽略振子损耗。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店对称;超过半波长就会出现反相电流。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。

四、实验内容
利用HFSS软件设计一个近似理想导体平面的UHF对称振子天线。
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。最后得到反射系数和二维辐射远场仿真结果。

五、实验步骤
.建立新工程
了方便建立模型，在Tool>Options>HFSSOptions中讲DuplicateBoundarieswithgeometry复选框选中。
2.将求解类型设置为激励求解类型：
（1）在菜单栏中点击HFSS>SolutionType。
（2）在弹出的SolutionType窗口中
(a)选择DrivenModal。
(b)点击OK按钮。
3.设置模型单位
（1）在菜单栏中点击3DModeler>Units。
（2）在设置单位窗口中选择：in。
4.设置模型的默认材料
在工具栏中设置模型的默认材料为copper。
5.创建对称振子模型
（1）创建ring_1。
创建圆柱ring_inner：中心在坐标原点，半径为0.31in，高为5in；创建圆柱ring_1:中心在坐标原点，半径为0.37in,高为5in；用ring_1将ring_inner减去，使之成为一个圆环柱体。
（2）创建ring_2。
(a)Ctrl＋A选中ring_1。
(b)在菜单栏中点击Edit>Copy。
(c)在菜单栏中点击Edit>Paste。
(d)在3D模型的操作历史树中将ring_2的CreateCylinder半径改为0.5in；ring-inner1的CreateCylinder半径改为0.435in，。
（3）创建Arm_1。
长方体的起始点位置坐标:X：-0.1，Y：-0.31，Z：5.0；长方体的X、Y、Z三个方向尺寸：dX：0.2，dY：-4.69，dZ：-0.065
（4）将已建立的模型组合起来。
将建立好的ring_1、ring_2及Arm_1组合成为一个模型。
（5）创建Centerpin，即同轴线的内导体，半径为0.1inch，高度为5.1inch。
（6）创建对称振子的另一臂Arm_2。
长方体的起始点位置坐标：X：-0.1，Y：0.0，Z：5.1；长方体的X、Y、Z三个方向尺寸：dX：0.2，dY：5.0，dZ：-0.065
（7）创建Groundingpin。
圆柱中心点的坐标：X：0.0，Y：1.0，Z：0.0；圆柱半径：dX：0.0625，dY：0.0，dZ：0.0；圆柱的高度：dX：0.0，dY：0.0，dZ：5.1
（8）将已建立的模型组合起来。
6.创建波端口
（1）创建端口圆面模型，半径为0.31in。
（2）设置波端口，并将该端口命名为p1
选择NewLine，在坐标栏中输入:X：0.31，Y：0.0，Z：0.0；dX：-0.21，dY：0.0，dZ：0.0
7.创建辐射边界
（1）设置默认材料为真空（vacuum）。
（2）创建Air。
长方体的起始点位置坐标：X：-5.0，Y：-10.0，Z：0.0；长方体X、Y、Z三个方向的尺寸：dX：10.0，dY：20.0，dZ：12.0
（3）设置辐射边界，将