基站天线设计讲座

电子科技大学贾宝富博士基站天线设计讲座（二）典型天线计算实例序言介绍利用仿真软件计算天线的基本过程。本讲座将介绍3种类型天线的计算过程。环状天线（磁偶极子）；对称振子天线（电偶极子）；贴片天线；巴伦的结构与设计巴伦的类型；巴伦设计。启动HFSS打开HFSS确认HFSS解算环境HFSS基本解算环境设置[Tools]/[Options]/[GeneralOptions]设置自动存储设定默认设计文件、临时文件和库文件的存放位置设定默认设计文件的类型保存设计文件设计文件的保存在环境设置中设定自動保存機能[File]/[Save]以适当的文件名保存文件选择解算类型SolutionType設定[HFSS]/[SolutionType]选择DrivenModal３种解算类型DrivenModal计算以模式为目的物的S-ParameterDrivenTerminal计算以端口为目的物的S-ParameterEigenmode计算谐振频率环状天线环状天线的长度约等于一个波长。空气盒壁与天线的最短距离应大于1/4波长。激励端口使用集中参数端口。设定基本参数输入工作频率f0,线宽w，线厚度d和端口阻抗z0。设置解算模型画外圆盘[Draw]/[Cylinder]设置解算模型画内圆盘[Draw]/[Cylinder]设置解算模型用外圆盘减去内圆盘生成圆环；[Ctrl]+[A]选中所有模型选择[3DModeler]/[Boolean]/[Subtract]确认用Clynder1减去Clynder2，点击[OK]确认。设置解算模型在圆环切掉一块构成馈电端口；用Box构成切掉部分；选择[Draw]/[Box]设置解算模型切掉Box1[Ctrl]+[A]选中全部。选择[3DModeler]/[Boolean]/[Subtract]用Clynder1减去Box1，然后点击[OK]。设置解算模型画出馈电端口Port[Draw]/[Rectangle]设置解算模型画空气盒选择[Draw]/[Cylinder]材料設定圆环材料設定选择Cylinder1改变材料属性，从真空改为铜。馈电端口設定LumpedPort設定选中Rectangle1选择[HFSS]/[Excitation]/[Assign]/[LumpedPort]设置端口阻抗馈电端口設定设置IntegrationLine设置计算电压的积分线；在IntegrationLine栏，选择[NewLine]在可以建立电压的两个端部之间画一条直线。只需选中起点和终点馈电端口設定归一化设定S-parameter的计算值与端口阻抗有关；如果使用同轴接头，需要对50欧姆归一化。设置边界条件空气盒需要设置为辐射边界选中空气盒选择[HFSS]/[Boundaries]/[Assign]/[Radiation]点击[OK]。设置解算条件设置解算频率选择[HFSS]/[AnalysisSetup]/[AddSolutionSetup]解算频率：10GHzMaximumNumberofPasses：10MaximumDeltaS：0.02扫频设置设置扫频；选择[HFSS]/[AnalysisSetup]/[AddSweep]设置SweepType为Fast、Sweep范围为8GHz～12GHz，步长为0.01GHz。開始计算选择[HFSS]/[Analyze]计算结果分析解算结果分析主要包括：S参数；驻波比工作带寛；输入阻抗辐射模式；方向图解析結果显示～S-Parameter～S-Parameter显示1.选择[HFSS]/[Result]/[CreateReport]2.ReportType选择S-Parameter3.DisplayType选择RectangularPlot4.点击[OK]。Traces选择、1.Category选择S-Parameter2.Quantity选择S113.Function选择dB4.点击[AddTrace]5.点击[Done]初步计算结果S参数8.008.509.009.5010.0010.5011.0011.5012.00Freq[GHz]-16.00-14.00-12.00-10.00-8.00-6.00-4.00-2.000.00dB(S(LumpPort1,LumpPort1))AnsoftCorporationHFSSDesign1XYPlot2CurveInfodB(S(LumpPort1,LumpPort1))Setup1:Sweep1调整圆环半径r0增加比例系数alfa=1.092调整后的计算结果SParameters8.008.509.009.5010.0010.5011.0011.5012.00Freq[GHz]-16.00-14.00-12.00-10.00-8.00-6.00-4.00-2.000.00dB(S(LumpPort1,LumpPort1))AnsoftCorporationHFSSDesign1XYPlot1CurveInfodB(S(LumpPort1,LumpPort1))Setup1:Sweep1端口阻抗的影响设置参数扫描，Z0从50～300欧姆，步长50欧姆。添加计算S11扫频计算结果从结果看端口阻抗对天线工作带寛和驻波比均有影响。8.009.0010.0011.0012.0013.0014.0015.0016.00Freq[GHz]-35.00-30.00-25.00-20.00-15.00-10.00-5.000.00dB(S(LumpPort1,LumpPort1))AnsoftCorporationHFSSDesign1XYPlot2CurveInfodB(S(LumpPort1,LumpPort1))Setup1:Sweep1d='0.02mm'f0='10GHz'w='0.2mm'z0='50ohm'dB(S(LumpPort1,LumpPort1))Setup1:Sweep1d='0.02mm'f0='10GHz'w='0.2mm'z0='100ohm'dB(S(LumpPort1,LumpPort1))Setup1:Sweep1d='0.02mm'f0='10GHz'w='0.2mm'z0='150ohm'dB(S(LumpPort1,LumpPort1))Setup1:Sweep1d='0.02mm'f0='10GHz'w='0.2mm'z0='200ohm'dB(S(LumpPort1,LumpPort1))Setup1:Sweep1d='0.02mm'f0='10GHz'w='0.2mm'z0='250ohm'dB(S(LumpPort1,LumpPort1))Setup1:Sweep1d='0.02mm'f0='10GHz'w='0.2mm'z0='300ohm'解析結果显示～方向性～扫掠方向設定选择[HFSS]/[Radiation]/[InsertFarFieldSetup］/[InfiniteSphere]解析結果显示～方向性3D～方向性结果显示1.选择[HFSS]/[Result]/[CreateReport]2.ReportType选择FarFields3.DisplayType选择3DPolarPlot4.点击[OK]Traces显示选择、1.Category选择Directivity2.Quantity选择DirTotal3.Function选择dB4.点击[AddTrace]5.点击[Done]解析結果显示～方向性3D～解析結果显示～Gain2D～显示yz上的Gain1.选择[HFSS]/[Result]/[CreateReport]2.ReportType选择FarFields3.DisplayType选择RadiationPattern4.点击[OK]。解析結果显示～Gain2D～Traces显示的选择、1.选择[Sweeps]2.选择Phi3.去掉AllValue、选择90deg显示结果-15.00-10.00-5.000.009060300-30-60-90-120-150-180150120AnsoftCorporationHFSSDesign2RadiationPattern1CurveInfodB(GainTotal)Setup1:LastAdaptive解析結果显示～Gain2D～yz面的Gain1.Category选择Gain2.Quantity选择GainPhi（水平偏振）或选择GainTheta（垂直偏振）3.Function选择dB4.点击[AddTrace]5.点击[Done]水平极化增益设置水平极化增益-50.00-40.00-30.00-20.009060300-30-60-90-120-150-180150120AnsoftCorporationHFSSDesign2RadiationPattern2CurveInfodB(GainPhi)Setup1:LastAdaptive垂直极化增益设置垂直偏振增益-46.00-32.00-18.00-4.009060300-30-60-90-120-150-180150120AnsoftCorporationHFSSDesign2RadiationPattern3CurveInfodB(GainTheta)Setup1:LastAdaptive同时显示水平和垂直增益设置水平和垂直增益-26.00-12.002.0016.009060300-30-60-90-120-150-180150120AnsoftCorporationHFSSDesign2RadiationPattern4CurveInfodB(rEPhi)Setup1:LastAdaptivedB(rETheta)Setup1:LastAdaptive对称阵子天线对称阵子天线的基本尺寸长度为1/2波长。空气盒壁距辐射体距离为1/4波长。激励端口为离散端口。基本参数输入工作频率等基本参数建立计算模型画天线点击[Draw]/[Cylinder]建立计算模型切断天线利用Box把天线中间切断点击[Draw]/[Box]用Cylinder1减去Box1.按[Ctrl]+[A]全选所有点击[3DModeler]/[Boolean]/[Subtract]用Cylinder1减去Box1建立计算模型建立计算模型建立馈电端口Port改变平面为[3DModeler]/[GridPlane]/[xz]点击[Draw]/[Rectangle]设定材料属性选中Cylinder1设定集中参数端口选中平面Rectangle1建立计算模型建立空气盒点击[Draw]/[Cylinder]设定边界条件选中空气盒设定求解频率求解频率设置点击[HFSS]/[AnalysisSetup]/[AddSolutionSetup]求解频率：10GHzMaximumNumberofPasses：10MaximumDeltaS：0.02设置扫频扫频設定点击[HFSS]/[AnalysisSetup]/[AddSweep]设定SweepType为Fast、Sweep范围为8GHz～12GHz，步长Step设置为0.01GHz开始求解点击[HFSS]/[Analyze]计算结果S参数8.008.509.009.5010.0010.5011.0011.5012.00Freq[GHz]-20.00-18.00-16.00-14.00-12.00-10.00-8.00-6.00-4.00-2.00dB(S(LumpPort1,LumpPort1))AnsoftCorporationHFSSDesign1XYPlot1CurveInfodB(S(Lum