天线基础与HFSS天线设计流程

目录

天线基础

1.1 电基本振子的辐射场

1. 近区场

2. 远区场

1.2 天线的性能参数

1. 方向图

2. 辐射强度

3.方向性系数

4. 效率

5. 增益

6. 输入阻抗

7. 天线的极化

 

HFSS天线设计流程

2.1 HFSS天线设计流程概述

1.设置求解类型

2.创建天线的结构模型

3.设置边界条件【Assign Boundary】

4. 设置激励条件

5. 设置求解参数

6. 运行求解分析

7. 查看求解结果

8. Optimetrics优化设计

天线基础

天线的任务是将导行波变换为向空间定向辐射的电磁波，或将在空间传播的电磁波变为微波设备中的导行波，因此天线有两个基本作用：一个是有效地辐射或接收电磁波，另一个是把无线电波能量转换为导行波能量。

天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备。

天线辐射的原理：当导线上有交变电流通过时，就可以发生电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长度和形状有关。若两条导线距离很近，电场被束缚在两条导线之间，那么辐射很微弱。若将两条导线张开，电场就散播在周围的空间内，那么辐射增强。当导线的长度L远小于波长λ时，辐射很微弱；当导线的长度L增大到可与波长λ相比拟时，导线上的电流将大大增加，因而就能形成较强的辐射。

辐射的基本单元有电基本振子和磁基本振子。

 

1.1 电基本振子的辐射场

电基本振子又称电流元或者电偶极子，它是一段高频电流直导线，其长度dl<<λ，其截面半径a<<dl，导线上的电流处处等幅同相。

E为电场强度，单位V/m；H为磁场强度，单位为A/m；下标γ、θ、φ分别表示球坐标系的各个方向分量；ε0为自由空间的介电常数，ε0=1*10-9/36π，单位为F/m；μ0=4π*10-7，单位为H/m；k是自由空间相位常数，k=2π/λ=ω，λ是自然空间波长。

1. 近区场

Kr<<1的区域为近区

近区电场与磁场存在的相位差，于是玻印廷矢量（电磁场中的能流密度矢量）的平均值为：

由于能量在电场和磁场以及场和源之间交换而没有能量辐射，因此近区场也称为感应场。

2. 远区场

Kr>>1的区域为近区

在远区内，电场只有Eθ分量，磁场只有Hφ分量，且电场和磁场的相位相同。此时，坡印廷矢量的平均值为：

由于磁场波沿着球坐标系的r方向向外辐射，因此远区场也称为辐射场。

对于电基本振子的辐射场而言，电场、磁场和传播方向三者相互垂直，在传播方向上电场和磁场的分量为零，故称为横电磁波，即TEM波。而且，电场分量E和磁场分量H的比值为常数，我们将其称为媒质的波阻抗。对于自由空间而言，煤质的波阻抗为：

 

1.2 天线的性能参数

1. 方向图

天线的辐射场在固定距离上随球坐标系的角坐标（ϑ，φ）分布的图形被称为天线的辐射方向图或辐射波瓣图，简称方向图。