刘芸 HFSS软件在超短波天线设计的应用.docx

HFSS软件在超短波天线设计的应用

刘芸

(南京电子技术研究所，南京210046)

摘要：本文以单极子天线为研究对象,首先对传统单极子天线的工作原理进行了分析,并研究了不同

情况对天线性能的影响,然后在此基础上提出了一种新型结构的平面单极子天线,它选用三角形的结构,并

采取了加粗辐射体、提升馈电点等措施,大大地减小了平面单极子天线的尺寸,同时有效地展宽了天线的带

宽,并且釆用了加载技术进-步优化了天线的性能。在理论分析的基础上,使用电磁场仿真软件HFSS对天线

进行了仿真分析,通过参数扫描得到了天线的最佳尺寸,并分析了天线的方向图和增益等特性。

关键词：平面单极子天线，宽带化，加载技术

ApplicationofHFSSsoftwareinthedesignof

UHFantenna

LIUYun

(CollegeofElectronicsScienceandEngineering,NanjinglUniversity，Nanjing210046,China)

Abstract:Thispaperstudiesmonopoleantennaandanalyzestheprincipleoftraditionalmonopoleantenna

andtheeffectsofdifferentscenariosonantennaperformance.Thenonbasisofthatamonopoleantennawithnew

structureisproposed,whichadoptstriangularstructureandsomemethodssuchasthickenedradiatorandelevated

feedpoint.Thenewantennadecreasesitsdimensionandwidensitsworkingband.Thenloadedantennaisusedto

improvethepropertiesoftheantennafurther.ThenseveralantennasaresimulatedandoptimizedbyHFSS

software.Thebestdimensionsareachievedbyparametersweepandcharacteristicssuchasradiationpatternand

gainareanalyzed.

Keywords：planarmonopoleantenna,,broadband,loadingtechnology

引言

目前，国内在设计U/V频段垂尾内埋式天线时，通常采用马刀天线的设计思路，将天

线作为独立的个体进行设计，很少考虑垂尾复杂结构对天线性能的影响[1]。导致天线安装

前后性能产生很大的差别。由于国内的必威体育官网网址管理，很难获取型号上的天线具体形式。但是可以了解到，国内基本停留在对天线的独立设计阶段，没有形成一体化的设计思想。

为了满足超短波天线在复杂结构垂尾内仍能满足驻波比和不圆度的要求，在设计复杂

结构上的天线时，采用一体化的设计理论，从两个方面来提高天线的性能。一个方面是，

减少天线附近的金属部件，并将天线在真实垂尾环境下进行仿真设计，在天线在结构和形

式上引入新的部件以适应真实的垂尾环境。另一个方面是，充分利用垂尾上的金属部件，

将这些金属部件作为天线辐射体的一部分，使得这些金属部件起到有利于辐射的作用。

1五种不同情况下的天线进行仿真与分析

1.1无限大的地平面

在HFSS中，如果需要将有限大的边界表面模拟成无限大的地平面，需要设置无限地平面边界条件。设置无限大地平面边界条件只影响后处理过程中近区、远区辐射场的计算结果[2]。

设置无限大地平面边界条件时，需要满足以下要求。

（1）无限大地平面必须暴露在背景上。

（2）无限大地平面必须定义在平面上。

（3）无限大地平面和对称面的总数不能超过3个。

（4）无限大地平面和对称面必须互相垂直。

天线的设计模型如图1（a）所示，采用变形的三角单极天线，宽度300mm，高度475mm，

厚度1.6mm的FR4基板。采用同轴馈电。

图1（a）无限大地平面仿真模型

在天线底部并联一个0.15uH的电感，进行阻抗匹配。

图1（b）驻波比图

总体上驻波比小于3.25，在220M到400M频段驻波比小于2.5，在100M到200M的低

频段，驻波比略高，在2.7