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通过实例提高“HFSS软件的使用”实验教学效果

摘要为了提高无线技术专业学生对hfss软件的理解和操作使

用，通过精选实例并进行实验教学使学生进一步理解微波技术基

础、天线原理与设计以及微波网络课程的相关知识的同时，熟练掌

握hfss软件，涉及的实例有滤波器仿真、功率分配器仿真、双模

喇叭仿真、对数周期天线仿真、微带天线仿真、超宽带天线仿真、

基站天线仿真和阵列天线仿真。

关键词hfss软件仿真实验课程

中图分类号：o441.4文献标识码：a

对于无线技术专业学生，掌握hfss软件的基本使用与操作是十

分必要，“hfss软件的使用”作为一门必修课程，通过理论教学和

实验教学使学生不但会操作hfss软件，同时更需要专业知识加以

理解，因此，在实验安排上，不但掌握hfss软件基本操作，而且

最好能体现微波技术基础、天线原理、微波网络等课程的知识点，

同时器件便于加工和测试，这样让学生在老师的指导下完成从设计

到仿真，从制作到测试的全过程，从而使学生对所学知识融会贯通、

运用自如。实验内容为滤波器仿真、功率分配器仿真、多模喇叭仿

真、对数周期天线仿真、微带天线仿真、超宽带天线设计与仿真、

基站天线仿真、阵列天线仿真等。

1滤波器仿真

滤波器、功率分配器涉及到微波网络内容，微带结构便于加工，

采用微带结构切比雪夫式低通滤波器如图1所示，由高低阻抗短线

相间接的方式。技术指标为：截止频率fs=3.0ghz，带内等波纹衰

减lp=0.1db，阻带边频fs=5.4ghz处的衰减为ls≥25db，输入输

出微带线的特性阻抗为z0=50。滤波器的仿真涉及到材料设置、导

体边界和辐射边界的设置，采用集总参数端口。

图1微带低通滤波器

2功率分配器仿真

功率分配器也称为功分器，是一种将一路输入信号能量分成两路

或多路输出相等或不相等能量的器件，也可反过来将多路信号能量

合成一路输出，此时可也称为合路器。一个功分器的输出端口之间

应保证一定的隔离度。三端口功率分配器如图2，设计公式为：

p2/p3=1/k2，z02=z0，z03=z0，=z0（，z04=z0，z05=z0/当k=1.414

时，功率分配比为p2：p3=1：2，其它参数依公式可以计算得到，

通过功率分配器的仿真，学会阻抗边界条件的设置，理解s参数的

各项含义，如s11、s12、s23等，其它设置与滤波器的设置类似。

图2三端口功率分配器

3多模喇叭仿真

双模喇叭结构如图3，其中2a0=0.71，2a=1.31，l=1.37，f=30?

埃赥e11模上增加tm11模后，若二模在口径中心同相，同时二模

振幅比∣tm11/te11∣选择得当，从而使二模叠加在极化方向的边

缘处近于零，使e面方向图与h面方向图近于重合。双模圆锥喇叭

的仿真涉及到导体材料的设置、辐射边界及辐射远场的设置，学会

波端口的设置，学会观察波导内场分布，te11模场分布，te11模

+tm11模场分布，理解e面和h面方向图。

图3双模圆锥喇叭

4对数周期天线仿真

对数周期偶极子天线是一种结构简单、性能优良的宽频带定向天

线，在短波、超短波、微波等波段的雷达、通信、测向、侦察和电

子对抗等领域均有广泛的应用。印刷对数周期天线是随着介质基片

技术的成熟而出现的，与传统的天线相比，其物理尺寸更小，对数

周期天线结构如图4，天线选用板材为fr4，厚度1.58mm，尺寸为

45.3mm7mm，两层辐射贴片分别位于介质板的两面，由矩形贴片组

合而成的，激励端口在天线的低频端，采用特性阻抗为50电缆线

对天线进行馈电。通过对数周期天线的仿真，理解对数周期天线的

原理，学会判断e面和h面方向图。

图4对数周期天线

5微带天线仿真

微带天线仿真模型如图5所示，为矩形贴片，其切角是为了实现

右旋圆极化，通过该仿真学会同轴馈电的设置，学会参数扫描分析，

学会设置优化变量等。

图5微带天线

6超宽带天线仿真

具有阻带的超宽带天线结构图如图6所示，随着超宽带通信系统

的发展，其数据传输率高、损耗低的优点，越来越受到人们的关注，

超宽带系统的主要任务就是在无线通信标准存在的前提下实现高

数据速率通讯。由于超宽带系统必定会与现存的窄带无线通信系统

发生干扰或冲突，用于防止潜在干扰的具有带阻特性的超宽带天线