ANSYS HFSS设计与优化WiFi天线
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1.2 匹配网络的设计
本例当中需要用一个3dB的等分功分器来连接两个辐射元和外部激励。功分器为一个三端口网络，如图1-2所示，设输入端电阻为Z1，两个输出端的电阻为Z2和Z3，因为是等分功分器结构是对称的，所以Z2和Z3 相等，为使端口１和端口２、３之间无反射，根据传输线原理，应使
为了不发生反射，所以Zin1∥Zin2=Z1 。在微带线中不同的线宽对应着的不同的阻抗，根据上述换算关系在 ANSYS HFSS上建立了３维模型，通过ANSYS HFSS对三端口散射参数的计算优化确定了功分器的外型
图1-2 功分器原理示意图 图1-3 基于ANSYS HFSS的功分器建模
1.3天线整体的设计
有了辐射元和匹配网络的设计，对于整体而言就是二者的结合，结合实际要求，通过利用ANSYS HFSS 软件进行一系列的仿真优化，最后选取了用双层微带阵列的结构。
图1-4 优化后的天线模型及辐射元电场分布
2 天线模型的优化结果分析
在天线设计的指标中，辐射方向、工作带宽、辐射增益、电压驻波比VSWR 以及输入端口的行波反射系数 S11是必须考虑的几个重要方面。ANSYS HFSS 软件基于自适应网格剖分技术，用户可以很方便的设置材料类型、边界条件和物理尺寸对任意的三维模型进行全波分析求解，进行求解分析。ANSYS HFSS 软件可以计算出各种主要的天线设计参数。
2.1 天线增益参数的分析
天线的辐射方向和增益可以表征天线辐射能量的集束能力和天线从传输线获得的输入功率转化成辐射功率的效率，不仅关系到电磁波传输的方向范围和距离范围，而且关系到天线的发射能力和接收灵敏度。在微带天线中影响天增益的因素包括以下几个方面
1 介质基板的损耗大小；
2 天线辐射的表面波损耗；
3 方向性的强弱；
4 匹配网络和输入端的匹配情况；
5 天线结构的导体损耗。
图 1-1 所示结构一为单个辐射元，其介质为材料为Rogers TMM(4) ，相对介电常数为4.5，损耗正切0.002；图1-4 所示结构二为二元天线阵列，相对于结构一有两点不同，一是采用了组阵的方式增强了方向性，增加了发射方向上的增益。二是增加了空气介质层，空气的损耗正切几乎为0，减小了天线的损耗，也可以增加增益。通过图 2-1 和图 2-2 的对比验证了以上两点。
图2-1 单层一元天线增益图 图2-2 双层阵列天线增益图
图2-3 单层一元天线二维方向图 图2-4双层阵列天线二维方向图
如图2-1和图2-3所示，单层一元天线水平波瓣宽度100度，垂直波瓣宽度95度，增益7.5dB。而图2-2和图2-4所示，双层阵列天线水平波瓣宽度90度，垂直波瓣宽度35度，增益11.2dB。优化的效果还是比较显著的。
