利用hfss电磁软件仿真设计准八木天线

《利用hfss电磁软件仿真设计准八木天线》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、-28-Ansoft2004年用户通讯利用HFSS电磁软件仿真设计准八木天线徐君书上海大学通信与信息工程学院200072摘要：本文介绍了Ansoft三维结构电磁场仿真软件HFSS和时域有限差分法，并用这两种方法分别仿真计算了共面波导馈电的准八木天线，仿真计算结果与实验测量结果非常相近，证明了HFSS仿真软件的有效性。关键词：准八木天线、HFSS、时域有限差分法、FDTD一.引言随着雷达、电子对抗和通信技术的日益发展，对天线的带宽提出了更高的要求，由此如何研究设计结构小巧且又具有宽带特性的天线成为天线发展的一个热点。准八木天线（quasi-Yagian

2、tenna）就是这样一种宽带天线，它继承了八木天线（Yagi-Uda）的优点，辐射方向性强，而且采用高的介电常数的介质材料，天线的尺寸可以设计的非常小，大约只有半个波长，并且它是单平面的，易于构成阵列，所以准八木天线的应用前景非常看好。二.准八木天线的工作原理八木天线（Yagi-Uda）是由一个主振子（约为半个波长）、一个反射器和若干个引向器所组成。除主振子和馈电系统直接连接外，反射器和引向器都是无源振子，各振子均置于同一平面内，如图1所示。反射器和引向器的作用是将有源振反射部分导向部分辐射端图1八木天线图2Quasi-Yagi天线原理图子的能量引到

3、主辐射方向上去。有源振子由于加有高频电动势，在周围空间产生电磁场，使得无源振子中出现电动势感应，产生相对应的高频电流，这些电流在周围空间再衍生电磁场。由于存在无源振子，根据互感原理在有源振子上也产生相应的感应电流。所以有源振子上的总电流是激励电流与感应电流之和。可见，无源振子的存在会影响激励单元的电气特性。只要反射器的长度和它到有源振子的距离选得适当，使反射器和有源振子所产生的电磁场在一个方向(反射器的一边)上至相抵消，在相反的方向(主辐射方向)上相加，这样就可使天线得到单向辐射特性。这种天线结构简单，所以获得了非常广泛的应用。Quasi-Yagi天

4、线跟传统的Yagi-Uda有点相似。如图2，它主要由两部分构成：上半部分为辐射部分，包括印刷偶极子和引向器，引向器引导着天线的电磁辐射方向，同时它也是一个输入阻抗匹配元件；下半部分是微带线到共面带状线(CPS)的转换，微带线的两个臂相差半波长，以实现共面带状线的奇模激励，因而起到一个宽带巴仑的作用，微带线背面截断的接地面起到反射器的作用。Quasi-Yagi天线一个最大的改进是利用了微带线的接地面作为它的反射器，解决了单个偶极部件的应用，天线的印制偶极子产生TE0表面波，而把TM0波抑制到最小，这样就消除了远场区交叉极化，介质板反面的接地面对TE0模

5、来说是一个理想的反射器。PartnersInDesignAnsoft2004年用户通讯-29-图3Quasi-Yagi天线实际结构图图4HFSS仿真中Quasi-Yagi天线的三维三.Quasi-Yagi天线的仿真及与FDTD结果的比较平面天线常用的分析方法有传输线理论、腔模型理论和全波分析法（矩量法、有限元法及时域有限差分法）。作为一种电磁场的数值算法，时域有限差分法在计算平面天线的特性上具有一些很突出的优点：（1）适合模拟各种电磁场结构，用FDTD的离散空间网格可以较准确的模拟平面天线的实际结构；（2）易于得到计算空间场的暂态分布情况，这既便于定

6、性理解其工作的物理过程又便于得到供定量分析的有关参量；（3）通过一次时域计算，利用傅立叶变换就可得到频域上的天线参量（如输入阻抗，方向图等）和宽频信息；（4）由于平面天线的几何结构尺寸一般不会比工作频带上的最短波长大很多，所以不会需要用巨额计算网格问题，即分析计算时不会出现存储量过大问题。这些明显的特点使时域有限差分法成为分析平面天线非常有效的方法。Ansoft公司的高频三维结构电磁场仿真软件HFSS是一个非常成功的商用仿真软件，它能比较准确地模拟各种复杂结构的电磁场问题，这已在许多产品设计上得到验证。本文利用HFSS和FDTD分别对一个Qusai-

7、Yagi天线进行了仿真与计算。Qusai-Yagi天线的参数如下：L=3.3mm，S=3.0mm，S=0.3mm，W=1.2mm，W=S=S=0.3mm，dirdir62656W1=W3=W4=W5=Wdri=Wdir=0.6，L1=3.3，L2=1.5，L3=4.8，L4=1.8，L5=1.9，Sref=3.5，Sdir=3.0，Ssub=1.5，Ldri=8.7，Ldir=3.3（单位：mm）。天线的介质板采用厚度为0.635mm的RT/Duriod,εr=10.2，如图3所示。图4是Qusai-Yagi天线在HFSS中的建模，图5a，b分别是H

8、FSS，FDTD和实验测量曲线，可见Qusai-Yagi天线的带宽非常的宽，这是传统的微带天线无法比拟的。同