文档介绍：《电磁场与电磁波》课程设计报告
天线仿真实验
实验目的
天线作为发射和接受无线电波的基本器件,是无线通信、广播电视、雷达以及航海航空的导航不可缺少的一部分,其中单极子天线最为简单、最为常见。本实验以单极子天线为例,学****使用电磁仿真软件HFSS设计天线,研究天线及天线阵的相关性能系数,了解天线的重要作用及其在各个系统中的应用。
实验要求
N=5,频率=,所用直导线半径为R0=,长度为L0mm,接地面半径为R1=50mm。
解:根据所给的步骤得出如图1的图像,然后仿真运行。
图1
得到的s曲线的变化如图2,3D辐射方向图如图3,水平或垂直的2D方向图如图4,垂直方向图5,水平方向图6。
解:由工作频率f0=,可以计算出波长λ=c/f,可计算出波长为125mm,。
图2: S曲线
图3: 3D辐射图形

图4: 2D辐射图形

图5: 垂直方向图
图6:水平方向图

结果分析:
在图2中,dB随频率的升高而降低,,随频率的升高而升高,,dB最小。图3为3D辐射图形,从图中可以得出,辐射范围均匀,在天线处辐射能量较少。
以工作频率f0上的天线长度L0为基准,讨论当天线为(L0+2mm或L0-2mm)时,其谐振频率的变化。
解: 图7:S曲线(L0分别等于29mm,31mm,33mm)
结果分析:
由图中,可以得出频率随长度增加而减小29mm是最佳频率。
取天线长度的最佳长度L0,讨论接地面半径分别为50mm,75mm,100mm时,天线的谐振频率,带宽和辐射方向图的变化。
解: 图8: S曲线(R1分别等于50mm,75mm,100mm)

R1=50mm:
R1=75mm:
R1=100mm:
结果分析:
当接地面积增加时,dB越小。
带宽:
由频率图可知,当R1=50mm时,带宽为0;当R1=75mm时,;当频宽为R1=100mm时,。所以随着接地面积的增加,频宽变窄。
图9:3D辐射方向图
50mm:
75mm
100mm
结果分析:
由空间立体图可知,接地半径越大,向下辐射的能量越少。
图10:2D方向图
50mm:
75mm:
100mm:
结果分析:
由图比较可知,接地面积越大,向外辐射能力越弱。
图11:垂直方向图
50mm:
75mm:
100mm:
结果分析:
由图比较可知,接地面积越大,向垂直方向辐射能力越弱。
图12: 水平方向图
50mm:
75mm:
100mm:
结果分析:
由图比较可知,接地面积越大,向水平方向辐射能力越弱。
(4)多天线技术是第三代,第四代移动通信系统的核心技术,用两个(1)中设计的单极子天线组成一个二元天线阵,其中接地面半径100mm,天线之间的距离为d。,,。天线的S参数的变化,并讨论互耦效应。
解: 图13:S曲线(,,)
当d=:
S(1,1):
S(1,2):