HFSS仿真双频微带天线学习笔记

HFSS仿真双频微带天线

这里重点关注HFSS软件的操作，关于理论知识将在后面的文章中进行更新。
设计要求：
背馈微带天线制作在PCB板上，介质板为环氧树脂板（FR4，介电常数4.4，损耗角正切0.02，厚度为1.6mm），采用同轴线馈电，工作频率为1.9GHz和2.45GHz，50欧姆阻抗匹配。

1、 求解器设置

模式驱动求解

2、 建模

整个天线结构分为3部分：贴片天线、介质层和接地板。
为了后面方便进行参数分析和优化设计，这里用几个变量表示（这些变量都是理论计算的结果，计算方法参考文章：矩形微带天线的尺寸理论计算）

贴片天线建模：
材料：PEC
模型：矩形
坐标：
矩形贴片的坐标：

介质层建模：
材料：FR4（玻璃纤维环氧树脂），介电常数：4.4，损耗角正切：0.02，厚度1.6mm
模型：长方体
坐标：

接地板建模：
材料：PEC
模型：矩形
坐标：

将以上3个矩形线合并成一个，最终建立的模型如图：

3、 激励方式设置

激励方式：集总端口激励（Lumped port）
模型：圆柱体
坐标：内芯

坐标：外径

模型设置完之后，需要进行布尔运算，GND—外圆，外圆—内芯，介质基板—内芯，操作如下，同时选中GND和外圆模型，单击subtract，
如图

勾选上clone tool objects before operation，这个意思是减去之后还保留outer模型。
右键----assign excitation—Lumped port，

建立积分线

4、 边界条件设置

接地面、贴片天线的设置成理想导体边界（Perf E）
加入辐射边界条件（空气盒子）：
模型：长方体
坐标：

右键设置边界条件----辐射

5、 扫频设置

求解中心频率：2.45GHz，迭代次数：20，收敛误差为0.02
扫频方式：快速扫频，扫频范围：1.5GHz~3.0GHz，步进：0.002GHz

6、 设计检查，仿真分析

设计检查没有问题，进行仿真分析，单击Analysis—setup1—sweep—analyze，进行仿真

7、 数据后处理

谐振频率
在状态树下面的results右键，Create Modal Solution Data Report—Rectangular Plot，选择S11，点击new report，即可成图。

从结果可以看出，谐振频率点在1.9GHz和2.45GHz左右，满足要求。

输入阻抗

归一化阻抗也是匹配的。

2D方向图：
方向图的查看需要在远场条件下，需要定义辐射表面，定义辐射表面过程如下：

这里定义的是XZ和YZ截面上的增益方向图

查看方向图

三维方向图：
定义三维方向图的辐射表面：

查看三维方向图

自此，仿真设计完成。
参考资料：
HFSS天线设计 李明洋