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1、目 录摘要IAbstract.II第一章 绪论11.1 课题研究背景11.2 国内外研究历史及现状11.3 本文研究内容11.4 本文结构安排2第二章 微带天线的基本理论32.1 微带天线的性能32.2 微带天线的辐射原理32.2.1 微带天线的辐射32.2.2 基本振子的辐射52.3 天线的特性参数62.3.1 天线方向图72.3.2 天线增益72.3.3 天线效率72.3.4 极化带宽82.3.5 输入阻抗82.3.6 带宽82.4 天线的分析方法82.5 本章小结8第三章 HFSS的介绍与使用93.1 HFSS介绍93.2 HFSS工作环境93.2.1 菜单栏93.2.2 工具栏93.2
2、.3 状态栏93.2.4 工程管理窗口93.2.5 特性窗口103.2.6 进度窗口103.2.7 信息管理窗口103.2.8 3D模型窗口113.3 本章小结11第四章 应用于2.4GHz射频识别系统的引向天线的设计与仿真124.1 天线的设计124.2 天线的要求和技术指标124.2.1 天线的主要性能参数124.2.2 基片参数124.2 设计过程及步骤134.2.1 创建介质基片上的上表面贴片134.2.2 创建端口144.2.3 创建空气盒子144.2.4 设置边界条件144.2.5 分析设置154.2.6 分析并创建报告154.2.7 天线的优化164.2.8 天线方向图184.2
3、.9 天线三维方向图194.3 本章小结20第五章 应用于2.4GHz射频识别系统的引向天线的制作与测量215.1 天线的制作215.2 天线的测量215.2.1 天线S参数测量215.2.2 第一次测量225.2.3 第二次天线的制作245.3 本章小结25总结与展望26参考文献（References）27致谢28应用于2.4GHz射频识别系统的引向天线的设计摘要：通信的目的是传递信息，根据传递信息的途径不同，通信系统分为两类：有线通信和无线通信。天线作为无线电通信系统中必不可少的重要设备，设计合不合理，对整个无线电通信系统的性能影响很大。若天线设计不当，将会导致整个系统不能正常工作。近年来
4、人们生活水平的不断提高，人们对诸如WLAN无线网卡、手机、射频识别（RFID）、蓝牙、全球定位系统（GPS）等无线通信设备的需要不断提高，因此业界对天线设计的需要也在与日俱增。这就对天线的频带、小型化、低功耗等性能提出了更高的要求。本文简要介绍了微带天线的工作原理、主要性能参数及研究方法。制作应用于射频识别的天线，运用Ansoft HFSS软件进行天线的实物设计，对设计的天线进行软件仿真、性能分析、结构优化，依据分析结果来优化天线，使天线的几何结构达到最佳。工作频率在2.3GHz，带宽为2400-2483.5MHz。然后制作出天线实物，并且对天线进行测量。将测量结果与软件仿真结果对比，分析误差
5、原因以及调整实物天线结构已达到最优化的天线结构。关键词：微带天线，射频识别，HFSS仿真，优化I2.4GHz radio frequency identification system is applied towards the design of the antennaAbstract The purpose of communication is to transmit information, depending on the information transmission channels,the communication system is divided into two c
6、ategories：Wired and wireless communications.Antenna as a radio communication system indispensable equipment,design is reasonable,a great impact on the performance of the entire radio communication system.If the antenna design properly,will cause the entire system is not working properly.In recent ye
7、ars,the continuous improvement of peoples living standards,People need such as WLAN wireless LAN,mobile phones,radio frequency identification (RFID),Bluetooth, Global Positioning System (GPS) and other wireless communication devices continues to increase, and therefore the need for antenna design in
8、dustry is growing.This frequency band, miniaturization, low power consumption, antenna performance of a higher requirement.This article briefly describes the working principle of microstrip antenna,Applied to the production of RFID antenna,the main performance parameters and methods.Antenna using An
9、soft HFSS software for physical design,The antenna design software simulation,performance analysis, structural optimization,According to the results to optimize the antenna,the antenna optimum geometry.The operating frequency 2.45GHz,bandwidth is 2400-2483.5MHz.The measurement results contrast with
10、the software simulation,analyze the reasons for the error and adjusting the physical antenna structure has been optimized antenna structure.Index Terms Microstrip antenna,RFID,HFSS simulation,OptimizationI第1章 绪论1.1 课题研究背景进入20世纪50年代末,计算机的出现和逐步普及,信息对社会的影响达到了一个重要的地位。信息量、信息传播和信息处理的速度以及应用信息的程度等都在以几何级数的方式
11、增长。人类进入了信息时代，而信息时代断然离不开通信。天线作为无线通信系统中的一个必不可少的重要设备，由此天线的要求也越来越高，例如体积小、重量轻、成本低、性能优等。根据实际不同的要求，设计出高品质的天线，成为许多天线设计者的追求的目标。微带天线由于具有以上天线的主要特点：体积小、重量轻、低剖面、电性能多样化，因而被广泛应用。1.2 国内外研究历史及现状在信息化快速发展的今天，有大部分国家都建立了海、陆、空一体化情报侦察体系，其侦察频带可以达到0.540GHz，覆盖了大部分的天线装置。怎么样降低天线的辐射面、使天线系统免受电子干扰和敌方雷达的探测、攻击而有效地工作，不仅影响到其载体的电磁隐蔽性而
12、且关系到天线系统的生命力，影响着天线载体的生存1。因此，低的机载雷达的开发和设计辐射天线系统具有十分重要的意义。而微带天线有成本低、重量轻、尺寸小的优点，已越来越受到人们的重视。而微带天线有尺寸小、重量轻、成本低、易于扫描，并能与飞行器共形等许多优点，已越来越受到人们的重视，其用作飞行器低RCS（雷达截面）天线的前景十分广阔2。最早的发射天线是H.R.赫兹在1887年为了验证J.C.麦克斯韦根据理论推导所作关于存在电磁波的预言而设计的3。它是两个约为30厘米长、位于一直线上的金属杆，其远离的两端分别与两个约40厘米的正方形金属板相连接，靠近的两端分别连接两个金属球并接到一个感应线圈的两端，利用
13、金属球之间的火花放电来产生振荡。当时，赫兹用的接收天线是单圈金属方形环状天线，根据方环端点之间空隙出现火花来指示收到了信号3。G.马可尼是第一个采用大型天线实现远洋通信的，所用的发射天线由30根下垂铜线组成，顶部用水平横线连在一起，横线挂在两个支持塔上。这是人类真正付之实用的第一副天线。1.3 本文研究内容本论文研究的是应用于2.4GHz射频识别系统引向天线设计与仿真，用软件设计和仿真2.4GHz单元引向RFID标签天线。基片参数为：102mm67mm；r=3.2(或选用其它值来仿真)，采用单面敷铜板，其厚度及其余参数由设计仿真效果确定，通过对2.4GHz单元引向RFID 标签天线设计掌握微带
14、天线的工作原理和参数（如增益、效率、带宽、方向图等）。本文我们利用HFSS软件，一款基于电磁场有限元法的全波三维电磁仿真软件。进行设计、确定仿真参数、HFSS 环境下所需的一些变量等；用进行仿真并进行优化，得出最优的仿真结果；对仿真结果进行分析或描述，并得出相应的结论；讨论、分析或描述设计中相关问题。天线设计流程图如下：图1.1 天线设计流程图1.4 本文结构安排第一章主要阐述了本课题的研究背景及意义，应用于2.4GHz射频识别系统的引向天线的发展历史、现状及趋势，最后简要的介绍了本论文的主要研究内容。第二章是给出了应用于2.4GHz射频识别系统的引向天线的基本理论、分析方法及性能参数，主要包
15、括天线的方向图，效率，增益，极化，输入阻抗以及天线的带宽，为之后的超宽带天线设计奠定了基础。第三章介绍HFSS软件第四章主要是怎样用软件画出天线模型并且进行仿真，有目的改变天线的某些未知变量参数，仿真出最优解使得天线具有良好性能，并得出有关结论。第五章制作出天线实物，测量结果并且和仿真结果对比，分析它和仿真波形的差别，说明原因。1第二章 微带天线的基本理论本章从基本理论入手，介绍天线基本振子的辐射、微带天线的辐射原理、天线的基本参数以及天线的基本分析方法。2.1 微带天线的性能微带天线一般应用在150GHz频率范围，特殊的天线也可用于几十兆赫。和常用微波天线相比，有如下优点：（1）体积小，重量
16、轻，低剖面，能与载体(如飞行器)共形。（2）电性能多样化，易于得到各种极化。（3）易集成，能和有源器件、电路集成为统一的组件。2.2 微带天线的辐射原理微带天线通常由一块厚度远小于波长的介质板和覆盖在它两面的金属片构成的。微带天线的特征较通常的微波天线有更多的物理参数，其辐射元（金属片）可以是方形、矩形、圆形和椭圆形等等。辐射场和方向图的计算对任何天线都是重要的，对微带天线也不例外。辐射场的计算不仅能确定天线的辐射特性，还能确定天线的阻抗特性。所以，下面将微带天线的辐射原理作简要介绍。2.2.1 微带天线的辐射对于微带天线，有多种分析方法，其中主要有传输线模型及空腔模型。为使问题能够简单起见，
17、本文利用传输线模型并分析矩形微带天线。设辐射元的长为l，宽为w，介质基片的厚度为h，传输的波为准TEM波，其中l=g/2，基片厚度h，波沿h方向可以看成均匀分布。介质基片和接地板视为一段长为l的微带传输线，在传输线的两端断开形成开路。图2.1 矩形微带线开路端电场结构图由图2.1可以看出，两开路端的水平分量可以等效为无限大平面上同相激励的两个缝隙，如下图2.2所示，缝的电场方向与长边垂直，并呈均匀分布。这就是说，微带天线的辐射可以等效为由两个缝隙所组成的二元阵列。图2.2 等效辐射缝隙矩形微带线上切向电场如上图沿l方向分布，而且等幅同相。它们可以等效为磁流，由于金属底板的作用，相当于有两倍磁流
18、向上半空间的辐射。缝隙上的等效磁流密度为 （2.1）其中V为传输线开口端电压。并由此求出天线的辐射场为： （2.2）其中，是微带片中心到场点的距离。 由方向图乘积定理，并分别令=90o和=90o，即可得到微带天线的E面和H面方向函数为 （2.3）由上述两式画出H面和E面方向图分别如下图2.3（a）、（b）所示。 （a）H面 （b）E面 图2.3 微带天线方向图 2.2.2基本振子的辐射由于电与磁的对偶性原理，知道了电基本振子场，便可用等效替换得出磁基本场。所以下面本文仅讨论电基本振子的场。电基本振子是由一段长度l远小于波长，电流I振幅均匀分布、相位相同的直线电流元。图2.4 电基本振子的辐根据
19、方程组 （2.4）可以解出电基本振子在周围空间产生的场为： （2.5）式（2.5）中，是媒介中电磁波的波数。下面分别讨论电基本振子的近区场以及远区场的电磁场特性。（1）近区场近区场的基本区域为kr1，在这种情况下，1/r的高次项可以忽略不计，于是式（2.5）可以简化为： （2.7）由上式可以看出，电基本振子的磁场与电场在空间上相互垂直，时间上同相位，坡印廷矢量为实数，天线向外辐射能量。电场与磁场的比值为一常数，其值等于媒质的本征阻抗。2.3 天线的特性参数要进入天线设计领域，首先必须了解表征天线的基本性能参数，如方向图、辐射强度、方向性系数、效率、增益、天线的极化和输入阻抗等。下面就来简单地介
20、绍一下表征天线的主要性能参数及其定义。2.3.1 天线方向图天线的辐射场在固定距离上随球坐标系的角坐标（，）分布的图形被称为天线的辐射图或辐射波瓣图，简称方向图。方向图通常是在远区确定的，用辐射场强表示的方向图称为场强方向图，用辐射功率密度表示的方向图称为功率方向图，用相位表示的方向图称为相位方向图。天线的远区辐射场可以表示为 (2.8)天线方向图的特性参数主要有：(1)主瓣宽度：衡量天线的最大辐射区域的尖锐程度的物理量。(2)旁瓣电平：指距离主瓣最近且电平最高的第一旁瓣电平。(3)前后比：指最大辐射方向电平与其相反方向电平之比。(4)方向系数：在距离天线某一距离处，天线在最大辐射方向上的辐射
21、功率流密度Smax与相同辐射功率的理想无方向性天线在同一距离处的辐射功率流密度S0之比，记为D即 (2.9)2.3.2天线增益天线增益是表征将输入给它的功率按特定方向辐射的能力，定义为在相同输入功率、相同距离的条件下，天线在最大辐射方向上的功率密度与无方向性天线在该方向上的辐射功率密度的比值，它是选择基站天线最重要的参数之一。在同样距离和相同输入功率条件下，天线方向图上最大功率密度与理想全向天线（效率为100%）的辐射功率密度之比定义为天线增益，记为G。考虑天线上的损耗，增益G等于方向性系数乘以天线效率，记为A。即 (3.0)2.3.3 天线效率由于天线系统中存在导体损耗、介质损耗等，因此实际
22、辐射到空间内的电磁波功率要比发射机输送到天线的功率小。天线效率就是表征天线将输入高频能量转换为无线电波能量的有效程度，定义为天线辐射功率和输入功率的比值，记为A，即 (3.1)其中PE，Pl，Pi分别是天线的辐射功率、损耗功率和输入功率。天线损耗包括导体损耗、介质损耗和加载电路中的损耗。2.3.4 极化带宽天线的极化是指天线在最大辐射方向上的电场矢量的取向。当该电场矢量取向不变时，该天线为线极化天线；当该电场矢量的取向随时间而变化，其矢量端点在垂直于传播方向的平面内构成一个椭圆时，就称为椭圆极化；若构成一个圆，则称为圆极化。线极化和圆极化是椭圆极化的特例。圆极化又分为正交的左旋和右旋圆极化。当
23、频率变化时，天线极化特性随之改变。将天线极化特性达到允许值时的频带宽度，定义为该天线的极化带宽。对于圆极化天线，其极化特性往往是限制工作带宽的主要因素。总之，天线的主要电参数，具有其各自带宽的限制。2.3.5输入阻抗天线输入端呈现的阻抗值定义为天线的输入阻抗，也就是是天线馈电端输入电压与输入电流的比值。即 (3.2)设计天线的一个很重要的工作是使天线输入阻抗与标准馈线的特性阻抗匹配。天线输入阻抗取决于天线的结构，周围环境，工作频率。仅在极少数情况下可以用理论严格计算。工程中通常采用近似计算或用试验方法测量。驻波比：它是行波系数的倒数，其值在1到无穷大之间。驻波比为1，表示完全匹配；驻波比为无穷
24、大表示全反射，完全失配。回波损耗：它是反射系数绝对值的倒数，以分贝值表示。回波损耗的值在0dB到无穷大之间，回波损耗越大表示匹配越好。0表示全反射，无穷大表示完全匹配。2.3.6带宽带宽按照定义可分为绝对带宽和相对带宽。绝对带宽是指频段高端频率与低端频率之差。常用于电磁频谱的划分。而在天线中用的最多的指相对带宽，常定义为系统的绝对带宽与中频之比，记为BW1，即 (3.3)2.4天线的分析方法天线的基本理论与瞬态电磁场有关，因而分析天线就要知道天线周围的电磁场分布，而常用的计算方法有解析方法和数值方法，而解析方法计算具体的公式极其复杂，但是有一个优点就是物理意义明确，数值方法是常采用的方法，主要
25、有矩量法（MOM）、有限元法（FEM）、有限积分法（FIT）、时域有限差分法（FDTD）等，本文使用的软件HFSS就是采用有限元算法。2.5本章小结本章简要介绍了天线的辐射。另外，还对天线的一些重要的电特性参数进行了简要介绍，主要包括方向图、天线效率、增益系数、极化、输入阻抗、等的定义，原理和相关公式。第三章 HFSS的介绍与使用3.1 HFSS介绍HFSS是由美国Ansoft公司开发的一款基于电磁场有限元法的全波三维电磁仿真软件，可为天线及天线系统设计提供全面的解决方案，精确仿真计算出天线的各种性能，包括二维和三维远场/近场辐射方向图、天线增益、轴比、半功率波瓣宽度、内部电磁场分布、天线阻抗
26、、电压驻波比以及S参数等。HFSS软件可以帮助工程师高效地设计出各种类型的天线，从而有效地降低设计成本，缩短设计周期，增强竞争力。使用HFSS，可以计算： 基本电磁场数值解和开边界问题，近远场辐射问题； 端口特征阻抗和传输常数； S参数和相应端口阻抗的归一化S参数； 结构的本征模或谐振解。而且，由Ansoft HFSS和Ansoft Designer构成的Ansoft高频解决方案，是目前唯一以物理原型为基础的高频设计解决方案，提供了从系统到电路直至部件级的快速而精确的设计手段，覆盖了高频设计的所有环节。HFSS是当今天线设计应用最广的软件。3.2 HFSS工作环境要应用Ansoft HFSS软
27、件来分析高频电磁场问题，首先要熟悉HFSS的工作环境。Ansoft HFSS软件的工作界面如图3.1所示。该工作界面由菜单栏。工具栏、状态栏、工程管理窗口、特性窗口、3D模型窗口和信息管理窗口等几部分组成。 图3.1 HFSS软件的工作界面 图3.2 File菜单3.2.1菜单栏菜单栏包含了File、Edit、View、Project、Draw等下拉菜单，这些下拉菜单包含了所有的HFSS操作和命令。1 File菜单用于管理HFSS工程文件以及进行打印操作，如图3.2所示。2 Edit菜单用于修正3D模型及进行撤销和恢复操作，如图3.3所示。 如图3.3 Edit菜单 如图3.4 View3 V
28、iew菜单用于选择显示工作环境中的子窗口，其中还包括3D模型窗口中模型显示的相关操作如图3.4所示 如图3.4 View 如图3.5 Project4 Project菜单用于当前工程中添加设计和管理工程变量，如图3.5所示5 Draw菜单用于建立一维、二维、三维模型的相关操作，如图3.6所示3.2.2 工具栏工具栏中的各按钮给出了HFSS常用操作的快捷运行方式，这些按钮都包含在各项下拉菜单中。3.2.3 状态栏状态栏位于工作环境的最底部，用来显示当前执行的命令操作信息。3.2.4 工程管理窗口工程窗口是显示所打开的HFSS工程，每个工程是树形结构，包括几何结构、边界条件、材料分配及后处理信息。
29、3.2.5 特性窗口特性窗口是显示选中工程树、操作历史树或3D模型的特性信息。3.2.6 进度窗口进度窗口是反映了当前工程求解进度。3.2.7 信息管理窗口信息管理窗口是显示工程求解过程中的各项信息，包括工程错误信息、分析进度信息等。 如图3.6 Draw 图3.7 3D模型窗口3.2.8 3D模型窗口3D模型窗口显示HFSS所分析问题的几何模型，如图3.7所示，该窗口由两部分组成；左边的子窗口显示操作历史树，该树形结构包含了该工程中建立的所有几何模型；右边的子窗口显示所建立几何模型的3D视图。3.3本章小结本章主要是介绍HFSS，并说明HFSS各个按钮的意义和操作，这是下一章画图的基础。第4
30、章 应用于2.4GHz射频识别系统的引向天线的设计与仿真4.1 天线的设计一个天线的好坏往往与天线的电长度及结构形式有很大关系，这就决定了本文设计天线的时候要充分考虑这几点，常用的辐射单元结构有很多，包括方形、圆形、椭圆、多边形或是多种复合边类型的平面结构。这类天线的优点是，辐射效率高、结构相对简单、成本低、电性能多样化等优点，适合印制在FR4环氧化树脂版上。因此本文就选用这种平面无源结构作为辐射单元。4.2 天线的要求和技术指标 图4.1 微带天线结构示意图4.2.1天线的主要性能参数：1、工作带宽：2GHz5GHz；2、回波损耗系数-10dB；3、电压驻波比VSWR新建（New）3、点击p
31、roject下拉菜单中的insert HFSS design,默认的求解类型就是模式驱动（Driven Modal）4.2.1 创建介质基片上的上表面贴片由于上表面贴片为不规则形状，本文分开画出规则图形，然后合并图形。1、 画出矩形图案1：选择菜单栏目录画图(Draw)矩形(Rectangle)；在坐标输入区，键入长方形的起点位置 X：0，Y：-w_d3/2=-25，Z：0；c.在坐标输入区，键入长方形的长度、宽度X size：h_d3，Y size：w_d3，Z size：0；2、 画出矩形图案2：选择菜单栏目录画图(Draw)矩形(Rectangle)；在坐标输入区，键入长方形的起点位置
32、X：h_d3+d_3=10，Y：-w_d2/2=-23，Z：0；c.在坐标输入区，键入长方形的长度、宽度X size：h_d2=7，Y size：w_d2=46，Z size：0；3、 画出矩形图案3：选择菜单栏目录画图(Draw)矩形(Rectangle)；在坐标输入区，键入长方形的起点位置 X：h_d3+d_3+h_d2+d_d2=25，Y：-w_d1/2=-21.5，Z：0；c.在坐标输入区，键入长方形的长度、宽度X size：h_d1=9，Y size：w_d1=43，Z size：0；4、 画出矩形图案3：选择菜单栏目录画图(Draw)矩形(Rectangle)；在坐标输入区，键入长
33、方形的起点位置 X：h_d3+d_3+h_d2+d_d2+h_d1+d_d1=36，Y：-w_a=-48，Z：0；c.在坐标输入区，键入长方形的长度、宽度X size：h_a=6，Y size：w_a-a/2=48，Z size：0；5、 画出矩形图案3：选择菜单栏目录画图(Draw)矩形(Rectangle)；在坐标输入区，键入长方形的起点位置 X：h_d3+d_3+h_d2+d_d2+h_d1+d_d1=36，Y：a/2，Z：0；c.在坐标输入区，键入长方形的长度、宽度X size：h_a=6，Y size：w_a-a/2，Z size：0；6、 画出矩形图案3：选择菜单栏目录画图(Dra
34、w)矩形(Rectangle)；在坐标输入区，键入长方形的起点位置 X：h_d3+d_3+h_d2+d_d2+h_d1+d_d1+h_a=42，Y：-w_t2/2=-3，Z：0；c.在坐标输入区，键入长方形的长度、宽度X size：h_t1+h_t2=7，Y size：w_t2=6，Z size：0；7、 画出矩形图案3：选择菜单栏目录画图(Draw)矩形(Rectangle)；在坐标输入区，键入长方形的起点位置 X：h_d3+d_3+h_d2+d_d2+h_d1+d_d1+h_a=42，Y：-w_t2/6=-1，Z：0；c.在坐标输入区，键入长方形的长度、宽度X size：h_t1=3，Y
35、size：w_t2/3=2，Z size：0；8、 画出矩形图案3：选择菜单栏目录画图(Draw)矩形(Rectangle)；在坐标输入区，键入长方形的起点位置 X：h_d3+d_3+h_d2+d_d2+h_d1+d_d1+h_a+d_r=62，Y：-w_r/2=-34.5，Z：0；c.在坐标输入区，键入长方形的长度、宽度X size：h_r=5，Y size：w_r=69，Z size：0；注意到上述天线的尺寸中预留了一个未知参数，即导带面上最细的微带线的宽带未给出，因此本文设定它为工程变量a，改变a的宽度进行仿真从而得出最优解。而且所有图形的坐标都是用变量表示这样在进行天线优化的时候只要改
36、变变量对应的数值，图形的尺寸也会跟着改变，便于操作。得到天线模型如4.2图所示 图4.2微带天线模型 图4.3波端口激励4.2.2 创建端口1、 画出端口长方形：选择菜单栏目录画图(Draw)矩形(Rectangle)；在坐标输入区，键入长方形的起点位置 X：h_d3+d_3+h_d2+d_d2+h_d1+d_d1=36，Y：a/2，Z：0；c.在坐标输入区，键入长方形的长度、宽度X size：h_a=6，Y size：a/2，Z size：0。选中所画长方形，单击右键选择分配激励（Assign Excitation）集总端口激励（Lumped port）4.2.3 创建空气盒子数值分析将1在
37、到7GHz的频段上进行，因此空气容积层与辐射缝隙之间的最小距离在1GHz时应该在四分之一波长，即l=c/4fmin=37.5mm。选择菜单栏目录画图(Draw)长方体(Box)，在坐标输入区，键入长方体的起点位置 X：0，Y：0，Z：-2.5；在坐标输入区，键入长方体的长度、宽度和高度X size：125，Y size：125，Z size：100。在道具(Properties)窗口选择属性(Attribute)标签，将名字(Name)的值改为:AIR，点击OK键。4.2.4 设置边界条件边界条件包括理想金属边界条件和辐射边界条件。天线的导带部分、介质基片下接地板要设置为理想金属边界。设置辐射
38、边界是为了截断求解区域。1、设置理想金属边界条件：选中Patch和GND两部分，点击HFSS边界(Boundaries)分配(Assign)理想金属边界(Perfect E)，为其添加理想金属边界，点击OK。2、设置辐射边界条件：在天线的设计中，除了可以使用辐射边界条件来模拟开放的自由空间之外，也可以选择使用理想匹配层来模拟开放的自由空间。这里我们就是用的PML理想匹配，点击HFSS边界(Boundaries)PML Setup Wizard,按照对话框的向导一步一步进行设置如图4.4所示。 图4.4设置理想匹配层4.2.5 分析设置1、 在菜单栏中点击HFSSAnalysis SetupAd
39、d Solution Setup，点击常规标签，Solution Frequency选2.45GHz，Maximum Number of Passes选择6，Maximum Delta S选择0.1，点击OK按键。 图4.5设置中心频率2、在菜单栏中点击HFSSAnalysis SetupAdd Sweep，选择解设置(Solution Setup): Setup1，点击OK键。3、编辑扫频(Edit Sweep)窗口：扫频类型(Sweep Type)：Fast，频率设置类型：Linear Step，开始频点(Start)：1GHz，结束频点(Stop)：7GHz，步长(Step)：0.1，点
40、击OK键。 图4.6扫频设置 图4.7 建模有效性检查4.2.6 分析并创建报告1、 选择菜单项HFSS Validation Check,检查有效性，看是否有相关参数没有设置。2、点击HFSSAnalyze All，开始仿真。看分析结果，选择菜单栏HFSSResultsCreat Modal Solution Data ReportRectandular Plot，S参数结果图图4.8 参数结果（原始参数）4.2.7 天线的优化1、 天线的性能参数是由其物理结构决定的，天线的参数一般是通过对其物理结构进行分析，得到其集总参数等效电路，再对电路方程求解得到其尺寸大小，因此这些得到是近似解。所以
41、在原天线模型的基础上，对文献中天线的尺寸进行优化得到最优解。2、 文献所给的数据不能达到设计要求，即工作频率不在2.45GHz,所以要将天线的尺寸进行优化。天线的尺寸中预留了一个未知参数a,就将a的值进行更改。在Project Manager窗口中右键OptimetricsAddParametric选择变量a变化范围15mm，添加好以后Project Manager窗口中出现，然后进行仿真。图4.9 参数结果（改变参数a）3、 改变基片介质常数r,如果得到改善，这将是一个令人满意的结果，因为天线的大小不会改变，而天线的频率达到理想工作频率。分别增大和减小基片的介质常数，来观察实验结果。本文选择
42、材料Polyester，电介质常数为3.2。以及材料FRP4，电介质常数为4.4。通过HFSS仿真，运行结果如图4.10、4.11所示：图4.10 参数结果图(=4.4)图4.11 参数结果图(=3.2)4、 仿真发现改变变量a和介质还是不能得到理想的波形，是否要改变多个变量进行仿真，依次改变w_d3、w_d2、w_d1、w_a、w_r。图4.12 参数结果（改变参数w_d3、w_d2、w_d1、w_a、w_r）当改变w_d1时波形的频率变化比较明显，w_d1=34mm频率达到工作频率2.45GHz结果如图4.13图4.13 参数结果（w_d1=34mm、=4.4）4.2.8 天线方向图1、选
43、择菜单项HFSSRadiationInsert Far SetupInfinite Sphere，在Infinite Sphere标签中做以下设置：Phi：start：90，stop：90，step：0；Theta：start：0，stop：360，step：1。2、选择菜单栏HFSSResultsCreate Report，报告类型选Far Fields，显示类型选Radiation Pattern。在Mag标签中做以下设置：Category：Gain，Quantity：Gain Total，Function：dB。点击Add Trace按键。 (a) (b)(c)图4.14(a) 天线方向图设置窗口 (b) 天线方向图设置窗口 (c) 天线方向图设置窗口26图4.15 天线方向图4.2.9天线三维方向图1、选择菜单项HFSSRadiationInsert Far SetupInfinite Sphere，在Infinite Sphere标签中做以下设置：Phi：start：90，stop：90，step：1，Theta