螺旋天线的仿真设计微波课设

1、专业班级设计名称学生姓名设计周数课程名称指导教师螺旋天线的仿真周课程设计任务书1 2 3 在 ， 4 5 在资料指导教师签名：日期：太原理工大学现代科技学院课程设计专业班级 学号姓名成绩装订线一、设计题目螺旋天线的仿真设计二、设计目的（1）熟悉Ansoft HFSS软件的使用。（2）学会螺旋天线的仿真设计方法。（3）完成螺旋天线的仿真设计，并查看S参数以及场分布。三、实验原理螺旋天线（helical antenna）是一种具有螺旋形状的天线。它由导电性能良好的金属螺旋线组成，通常用同轴线馈电，同轴线的心线和螺旋线的一端相连接，同轴线的外导体则和接地的金属网（或板）相连接，该版即为接地板。螺旋天

2、线的辐射方向与螺旋线圆周长有关。当螺旋线的圆周长比一个波长小很多时，辐射最强的方向垂直于螺旋轴；当螺旋线圆周长为一个波长的数量级时，最强辐射出现在螺旋旋轴方向上。四、设计要求设计一个右手圆极化螺旋天线，要求工作频率为4G，分析其远区场辐射特性以及S曲线。本设计参数为：螺旋天线的中心频率f=4GHz ，=75mm；太原理工大学现代科技学院课程设计螺旋导体的半径d=0.15=11.25mm；a=0.5mm；装订线螺旋线导线的半径螺距s=0.25=18,75mm；N=3；圈数轴向长度l=Ns；五、设计仿真步骤在HFSS 建立的模型中，关键是画出螺旋线模型。画螺旋线，现说明螺旋线模型的创建。1、建立新

3、的工程运行HFSS，点击菜单栏中的ProjectInsert Hfss Dessign，建立一个新的工程。2、设置求解类型（1）在菜单栏中点击HFSSSolution Type。（2）在弹出的Solution Type窗口中（）选择Driven Modal 。（b）点击OK按钮。3、设置模型单位将创建模型中的单位设置为毫米。（1）在菜单栏中点击3D ModelerUnits。（2）设置模型单位：（）在设置单位窗口中选择：mm。（b）点击OK按钮。4、设置模型的默认材料在工具栏中设置模型的下拉菜单中点击Select，在设置材料窗口中选择（铜）材料，点击OK按钮（确定）确认。5、创建螺旋天线模型（

4、1）创建螺旋线Helix。在菜单中点击DrawCircle,输入圆的中心坐标。X:11.25 Y:0 Z:0 ,按回车键结束。输入圆的半径dX:0.5 dY:0 dZ:0 按回车键结束输入。在特性（Porperties）窗口中将Axis 改为。点击确认。在历史操作树中选中该。在菜单键点击DrawHelix，在右下角的输入栏中太原理工大学现代科技学院课程设计输入 X:0 Y:0 Z:-7.5，按回车键结束输入；在右下角的输入栏中输入 dX:0 dY:0 dZ;50；按回 Helix窗口中，Turn Directions:Right Hand Pitch:18.75(mm) Tuns:3; Rad

5、ius changeper Turn:0点击 。在特性窗口中选择 Attribute 标签，将名字改为 Helix。（2）建立螺旋天线与同轴线相连的连接杆 。装订线在菜单中点击 创建圆柱模型。输入坐标为 ，Y:0 Z;0 ，按回车键结束输入。输入半径 dX:0.5 dY:0 dZ:0 ，按回车键结束输入，输入圆柱长度 dX;0 dY:0 dZ:-3,按回车键结束输入。在特性窗口中选择Attribute选项卡，将名字改为 ring，点击确定。（3）创建球体 Sphere1。为了把 Helix 和 ring Sphere1 DrawSphere,输入球心坐标 X:22.5Y:0 Z:0；按回车键结

6、束输入。输入球体半径，dX:0.5 dY:0 dZ:0；在特性（）窗口中选择 Attribute 标签，将该圆柱的名字改为 Sphere1。（4）将Helixring和 Sphere1结合起来。在菜单栏中点击EditSelectBy ，在弹出的窗口中利用 Ctrl 键选择 Helix 和 Sphere。在菜单栏中点击3DmodelerBooleanUnite。点击OK结束。形成的模型如下图 2 所示。图 2、螺旋线模型6、建立同轴线馈线。（1）在菜单栏中点击DrawCylider，创建圆柱模型。在坐标栏中输入圆柱中心点的坐标：太原理工大学现代科技学院课程设计，：0，：-3 按回车键结束输入。在

7、坐标栏中输入圆柱半径：dX：4，dY：0，dZ：0dX0dY0-7按回车键结束输入。在特性（）窗口中选择 Attribute 标签，将该圆柱的名字改为 ringout。（2）在菜单栏中点击DrawCylider，创建圆柱模型。在坐标栏中输入圆柱中心点的坐标：，：0，：-3按回车键结束输入。在坐标栏中输入圆柱半径：dX：3.95，dY：0，dZ：0 按回车键结束输入。在坐标输入栏中输入圆柱的长度：dX：0，dY：0，：-7 按回车键结装订线束输入。在特性（）窗口中选择Attribute标签，将该圆柱的名字改为。（3 EditSelectBy Name Ctrl 键选择 ringoutringin

8、。在菜单栏中点击 3DmodelerBooleanSubtract，在 Subtract 窗口中作如下设置：BlankParts:ringout,Tool Parts:ringin,Clone tool objects before subtract复选框不选。点击OK结束设置。（4）创建内导体ringcenter。在菜单栏中点击DrawCylider，创建圆柱模型。在坐标栏中输入圆柱中心点的坐标：，：0，：-3 按回车键结束输入。在坐标栏中输入圆柱半径：dX：0.5，dY：0，dZ：0 按回车键结束输入。在坐标输入栏中输入圆柱的长度：dX：0，dY：0，：-7 按回车键结束输入。在特性（）窗

9、口中选择 Attribute 标签，将该圆柱的名字改为。（5）在菜单栏中点击 EditSelectBy Name，在弹出的窗口中利用 Ctrl 键选择 Helix 和。在菜单栏中点击 3DmodelerBooleanUnite。点击 OK结束。7、建立接地板（1）在菜单栏中点击 DrawCircle，：0，Z：-3 按回车键结束输入。在坐输入栏中输入圆的半径：dx：37.5,dy:0,dz:0 按回车键结束输入。在特性（property）窗口中选择 attribute 标签，将圆柱的名字修改为 groundplane.2在菜单栏中点击 DrawCircle，创建圆模型。在坐标输入栏中输入圆中心

10、坐标：11.25 0_3 按回车键结束输入。 在坐输入栏中输入圆的半径： dX:1,dy:0,dz:0 按回车键结束输入。（3）在菜单栏中点击 editselectby ，在弹出的窗口中利用 ctrl 键选择 groundplanecircle，在菜单栏中点击 3DmodelerBooleansbstract，在 substract 窗口中 作 如 下 设 置 ：blankparts:groundplanetoolpart:circleclone tool objects beforesubstract 复选框不选。点击 OK 结束设置。8、创建辐射边界（1）设置默认材料。太原理工大学现代科技

11、学院课程设计在工具栏中设置模型的默认材料为真空（vacuun（2）创建 Air。在菜单栏中点击 DrawCylider，创建圆柱模型。在坐标栏中输入圆柱中心点的坐标：，Y：0，：-10按回车键结束输入。在坐标栏中输入圆柱半径：dX：50，dY：0，dZ：0 按回车键结束输入。在坐标输入栏中输入圆柱的长度：dX：0，dY：0，dZ：150 按回车键结束输入。在特性（）窗口中选择 Attribute 标签，将该圆柱的名字改为Air，按确定键结束。在 3D模型窗口中以合适大小显示（可用 Ctrl+D（3）设置辐射边界。在菜单栏中点击 EditSelectBy Name，在弹出的窗口中选择 Air，点

12、击OK HFSSBoundariesRadiation为 Rad1，点击 OK结束。9、创建波端口装订线同轴线采用波端口激励，首先要创建波端口面，并将其设置为波端口。（1）创建端口圆面模型，在菜单栏中点击 DrawCircle。在坐标栏中输入圆心点的坐标：0-10 dX3.95dY0dZ0按回车键结束输入。在特性（）窗口中选择 Attribute 标签，将该圆柱的名字改为 p1。（2）设置波端口。在菜单栏中点击 EditSelectBy Name，在弹出的窗口中选择 p1，在菜单栏中点击 HFSSExciationsAssignLumped PortLumped Port窗口中General端

13、口命名为 。在 Modest 标签中设置积分线，在 Integration Line中点击 ，选择 New，在坐标栏中输入 ：15.2，：0，：-10 按回车键结束输入。在坐标栏中输入圆半径：dX：-3.45，dY：0，dZ：0。点击 Next 直至结束。10、辐射场角度设置在菜单栏中点击 HFSSRadiationInsert Far Field SetupInfinite Sphere, 在辐射远场对话窗中做一下设置：ff2dPhi0Stop:180,Step 900Stop:360,Step-Size：10 OK按钮。、求解设置（1）设置求解频率。在菜单栏中点击 HFSSAnalysis

14、 SetupAdd Solution Setup 。在求解设置窗口中做一下设置：Solution Frequency4GHZMaximum Number of Passes15Maximun DeltaS per Pass：0.02；点击 OK按钮。（2）设置扫频。在菜单栏中点击HFSSAnalysis SetupAdd Sweep。选择Setup1，点击OK按太原理工大学现代科技学院课程设计钮。在扫频窗口中做一下设置：Sweep TypeFastFrequency Setup TypeLinear ：5GHZ；Count201。将Save Field复选框选中，点击OK 按钮确认，这一步操作

15、为了将扫频中每一频点的场都保存下来。12、确认设计由主菜单选 HFSS/Validation Check对设计进行确认，如图 3。图 3 确认设计如图 3 所示均打勾即可，点 Close 结束。13、保存工程在菜单栏中点击 FileSave As,在弹出的窗口中将工程命名为 hfssluoxuan，并选择保存路径。-14、求解该工程在菜单栏点击 HFSSAnalyze。可能会花几个小时，耐心等待。15、后处理操作（1）S 绘制该问题的反射系数曲线，该问题为单端口问题，因此反射系数是S 。点击菜单栏11HSFFResultCreat Report。在创建报告窗口中做以下选择：Report Typ

16、eModal S Parameters；Display TypeRectangle 点击 OK Trace窗口中做以下设置：SolutionSetup1Sweep1；DomainSweep点击 Y 标签，选择：S parameter（p1p1Function：，然后点击 Add Trace按钮。点击 Done按钮完成操作，绘制出反射系数曲线。（2）2D辐射远场方向图。在菜单栏点击 HSFFResultCreat Report。在创建报告窗口中做以下选择：Report Type：FarFieldsDisplay TypeRadiation Pattern OK Trace窗口中做以下设置：Sol

17、ution：太原理工大学现代科技学院课程设计Setup1LastAdptiveGeometryff2d Sweep Name这一项点击第一个变量 Phi，-在下拉菜单中选择 The MagCategoryGainQuantityGain TotalFunction：，然后点击 Add Trace按钮。点击 Done按钮完成操作，绘制出方向图。15、保存并推出 HFSS装订线六、仿真结果s11越小，反射波越小，也就是天线辐射出去的能量越多。太原理工大学现代科技学院课程设计主瓣宽度尽可能窄，以抑制干扰。旁瓣电频尽可能低，如果干扰方向恰与旁瓣最大方向相同，则接收噪声功率就会较高，也就是干扰较大。太原理工大学现代科技学院课程设计 6.轴比图太原理工大学现代科技学院课程设计七设计分析：经过四分之一周期后，轴向辐射场由 y 方向变相为 x 方向，即矢量场旋转了 90，但振幅不变。一次类