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HFSSV12应用

0简述

AnsoftHFSS软件是美国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，可仿真计算天线以下参数及性能。

（1）二维和三维远场及近场辐射方向图；

（2）天线增益；

（3）半功率波瓣宽度；

（4）内部电磁场分布；

（5）天线阻抗；

（6）电压驻波比；

（7）S参数。

美国Ansoft公司的HFSS软件是基于电磁场有限元算法，其原

理是将天线分割成若干微小单元进行求解拟合，尤其对电小天线在窄

带范围内仿真效果甚佳，缺点是求解过程复杂，仿真时间较长，对电

长度较大的电大天线仿真时间会更长，对宽频带天线的仿真需要将频

率化分成几段进行仿真。因此，AnsoftHFSS软件是电长度和频率的

精细仿真软件，多用于闭场环境仿真。

相比之下，德国的CST软件是基于电磁场有限积分法，适用于电

长度较大的电大天线的仿真，特别适用于宽频带天线的仿真，解算时

间远小于HFSS软件，缺点是解算误差大于HFSS软件，因此，CST软

件是电大天线及宽频带的粗况仿真，多用于开场环境仿真。

安捷伦公司的ADS电磁仿真软件是基于矩量法解算的，将远场电

磁场作平均处理，适用于电磁场较均匀的电磁环境仿真。由于没有严

格设置辐射边界条件，适用于PCB板级及微带线的电磁仿真，对天线

的远场仿真效果较差。

对于天线窄带仿真可将HFSS软件和CST软件两者仿真结果对比

进行取舍。

对于天线宽带仿真可先用CST软件进行初始粗况仿真定位，再用

HFSS软件进行精细解算仿真。

1半波偶极子天线设计

等效半波偶极子天线如图1所示。

图1等效半波偶极子天线

1.1半波偶极子天线参数

设定半波偶极子天线工作频率为3GHz，天线沿Z轴方向放置，

中心位于坐标原点，天线材质采用理想铜导体，总长度为0.48λ，半

径为λ/200。天线采用集总端口激励方式，端口距离为0.24mm，辐

射边界到天线的径向距离为λ/4，辐射边界到天线的轴向距离为

λ/10。半波偶极子天线的HFSS仿真模型见图2所示。

图2半波偶极子天线的HFSS仿真模型

半波偶极子天线HFSS设计参数见表1。

表1半波偶极子天线HFSS设计参数

变量意义变量名变量值（mm）

工作波长lambda100

天线总长度length0.48×lambda

端口距离gap0.24

单个极子长度dip_lengthlength/2－gap/2

天线半径dip_radiuslambda/200

辐射边界圆柱体半径rad_radiusdip_radius+lambda/4

辐射半径圆柱体高度rad_heightdip_length+gap/2+lambda/10

1.2半波偶极子天线HFSS仿真设计

半波偶极子天线HFSS仿真设计流程按按以下10个步骤进行。

1）建立工程文件；

2）设置软件运行环境；

3）添加和定义设计变量；

4）设计建模；

5）设置端口激励；

6）设置辐射边界条件；

7）求解参数设置；

8）设计检查和运行仿真计算；

9）仿真结果显示及数据处理；

10）仿真模型参数更改对比；

1.2.1建立工程文件

所完成的任务：

1）启动软件

2）保存工程文件

任务操作说明：

1）启动软件：双击桌面上的HFSS快捷图标，启动HFSS软件。

2）保存工程文件：软件运行后会自动新建一个工程文件，选择主菜

单中的【File】→【SaveAs