本节使用HFSS设计一个中心频率为2.45GHz的微带巴伦馈线的印刷偶极子天线，并通过HFSS软件Optimetrics模块的参数扫描分析功能对印刷偶极子天线的一些重要结构参数进行参数扫描分析，分析这些参数对天线性能的影响。

3.3.1 印刷偶极子天线的结构

图3.3.1所示为设计的微带巴伦馈线印刷偶极子天线的结构模型，该天线属于半波偶极子天线的变形。整个天线结构大致可以分为5部分，即介质层、偶极子天线臂、微带巴伦线、微带传输线和天线馈电面。

介质层的材质为环氧树脂玻璃纤维板（FR4），其相对介电常数 ε _r =4.4。在介质层的两面分别敷有良导体的金属传输线，构成偶极子天线的两个臂、微带传输线和微带巴伦线。激励信号从天线馈电点处馈入，经过微带巴伦结构和微带传输线传输到偶极子天线的两个臂上。在微带传输线上，电流方向相反，因此不会辐射电磁波。在偶极子天线的两个臂上，金属片的电流方向相同，因此会辐射电磁波。由半波偶极子天线的理论分析可知，天线两个臂的总长度约为1/2个工作波长。

我们知道偶极子天线是一个对称结构，传输线上的馈电电流必须是对称分布的。若是馈线采用双传输线结构，因为双传输线的电流为对称分布，所以天线的电流亦为对称分布。然而，若是馈线采用同轴线结构，因为同轴线内外导体并不对称，所以天线上的电流也不会对称分布，从而会影响天线的性能。为了保证偶极子天线上电流的平衡，通常在天线和同轴线之间插入一个不平衡到平衡的转换器，即微波巴伦，它可以将不平衡的电流转换成平衡的电流。图3.3.1中的三角形结构就是一个简单的微波巴伦，它可以实现不平衡到平衡的转换。

从3.1节的分析结果中，我们知道半波偶极子天线的输入阻抗约为73.2Ω，而馈电端口同轴线的特性阻抗一般是50Ω，若将同轴线直接连接至半波偶极子天线上，就会有阻抗不匹配的问题。三角形微带巴伦和微带传输线一起可以起到阻抗转换的作用，其作用相当于1/4波长阻抗转换器。调节传输线的长度和三角形的大小，可以改变馈电面的输入阻抗，达到50Ω阻抗匹配的目的。

3.3.2 天线初始尺寸和HFSS设计概述

所设计天线的中心频率为2.45GHz，若在自由空间中传播，对应的工作波长约为122mm。若在全部填充以FR4材质的介质中传播，其对应的工作波长约为58mm。若我们采用自由空间波长，则半波偶极子天线两个臂的总长度约为61mm。若我们采用介质中的波长，则半波长偶极子天线两个臂的总长度约为29mm。因为印刷偶极子天线同时包含介质与自由空间，所以印刷偶极子天线臂的实际长度应该介于29mm和61mm之间，我们取二者的平均值45mm作为印刷偶极子天线两个臂总长度的初始值，然后再使用HFSS软件分析给出印刷偶极子天线长度的实际值。

在相对介电常数为4.4、厚度为1.6mm的FR4介质板上，微带线结构对应的导波波长约为68mm，1/4波长约为17mm。对于设计中的微带传输线，长度应该略大于17mm，设计中初始值取22mm。

对于三角形的微带巴伦结构，两个直角边的长度初始值分别取12mm和10mm。设计中，金属传输线的宽度初始值都取3mm。

为了便于后续的参数化分析，即分析天线的各项结构参数（如天线臂的长度、微带巴伦三角形的大小）对天线性能的影响，在HFSS设计建模时，我们需要定义一系列的变量来表示天线的结构。在当前设计中，我们定义的变量名称、代表的结构参数以及变量的初始值如表3.3.1所示。使用变量表示后的印刷偶极子天线参数化设计模型如图3.3.2所示。

设计中，我们首先在HFSS中创建如图3.3.2 所示的印刷半波偶极子天线参数化模型，仿真分析出该天线模型的性能。然后再分别分析偶极子天线臂的长度、微带巴伦三角形的大小以及微带传输线的长度对天线性能的影响。

3.3.3 HFSS仿真设计

1.新建设计工程

（1）运行HFSS并新建工程

双击桌面上的HFSS快捷方式图标 ，启动HFSS软件。HFSS运行后会自动新建一个工程文件，选择主菜单栏中的【File】→【Save As】命令，把工程文件另存为Dipole2.hfss文件。

（2）设置求解类型

将当前设计的求解类型设置为模式驱动求解类型。

从主菜单栏中选择【HFSS】→【Solution Type】命令，打开如图3.3.3所示的Solution Type对话框。选中Driven Modal单选按钮，然后单击 按钮，完成设置。

（3）设置模型长度单位

设置当前设计在创建模型时所使用的默认长度单位为毫米。

从主菜单栏中选择【Modeler】→【Units】命令，打开如图3.3.4所示的Set Model Units对话框。在该对话框中的Select units下拉列表中选择毫米单位，即mm。然后单击 按钮，退出对话框，完成设置。

2.添加和定义设计变量

在HFSS中定义并添加表3.3.1中列出的所有设计变量。

从主菜单栏中选择【HFSS】→【Design Properties】命令，打开设计属性对话框，单击对话框中的 按钮，打开Add Property对话框。在Add Property对话框中的Name文本框中输入第一个变量名称H，在Value文本框中输入该变量的初始值1.6mm，然后单击 按钮，添加变量H到设计属性对话框中。定义和添加变量的过程如图3.3.5所示。

使用相同的操作步骤分别定义变量W1、L1、W2、L2、L3、L4和W3，其初始值分别为3 mm、22 mm、3 mm、21 mm、10 mm、12 mm和3 mm。定义完成后的设计属性对话框如图3.3.6所示。

最后单击设计属性对话框中的 按钮，完成所有变量的定义和添加工作，退出设计属性对话框。

3.设计建模

（1）创建介质层

创建一个长方体模型用以表示介质基片，模型的底面位于 xoy 平面，模型的材质为FR4，并将该模型命名为Substrate。

从主菜单栏中选择【Draw】→【Box】命令或者单击工具栏上的 按钮，进入创建长方体的状态，然后在三维模型窗口中创建一个任意大小的长方体。新建的长方体会添加到操作历史树的Solids节点下，其默认的名称为Box1。

双击操作历史树的Solids下的Box1节点，打开新建长方体属性对话框的Attribute选项卡。把长方体的名称设置为Substrate，设置其材质为FR4_epoxy，设置其颜色为深绿色，设置其透明度为0.6，如图3.3.7所示，然后单击 按钮退出。

再双击操作历史树Substrate节点下的CreateBox，打开新建长方体属性对话框的Command选项卡，在该选项卡中设置长方体的顶点坐标和大小尺寸。在Position文本框中输入长方体顶点的坐标（-40，-30，0），在XSize、YSize和ZSize文本框中设置长方体的长、宽和高分别为40、60和H，如图3.3.8所示，然后单击 按钮退出。

此时就创建好了名为Substrate的介质基片模型。然后按快捷键Ctrl + D全屏显示创建的长方体模型。

（2）创建上层金属片

创建位于介质层上表面的L形金属片，其形状如图3.3.9 所示。其具体步骤为：创建一个矩形面用以表示上表面的传输线，并将其命名为Top_Patch；再创建第二个矩形面用以表示位于介质层上表面的偶极子天线的左侧臂，并将其命名为Dip_Patch；创建一个三角形面用作连接Top_Patch和Dip_Patch的45°斜切角，将其命名为 _po lyline1。最后使用合并操作将这三个平面合并成一个整体。

①创建上表面传输线。

在介质层的上表面创建一个矩形面，用以表示上表面的传输线，其长、宽分别用变量L1和W1 表示，并将矩形面命名为Top_Patch。

从主菜单栏中选择【Draw】→【Rectangle】命令或者单击工具栏上的 按钮，进入创建矩形面的状态。然后在三维模型窗口中的 xy 面上创建一个任意大小的矩形面。新建的矩形面会添加到操作历史树的Sheets节点下，其默认的名称为Rectangle1。

双击操作历史树中Sheets下的Rectangle1节点，打开新建矩形面属性对话框的Attribute选项卡，如图3.3.10所示。把矩形面的名称设置为Top_Patch，设置其颜色为铜黄色。然后单击 按钮退出。

双击操作历史树中Top_Patch下的CreateRectangle节点，打开新建矩形面属性对话框的Command选项卡，在该选项卡中设置矩形面的顶点坐标和大小尺寸。在Position中设置顶点坐标为（0，- W1/2，H），在XSize和YSize中设置矩形面的长和宽分别为- L1和W1，如图3.3.11所示，然后单击 按钮退出。

完成后，按快捷键Ctrl + D全屏显示创建的所有模型，如图3.3.12所示。

②创建偶极子位于介质层上表面的一个臂。

使用和前面相同的操作创建一个矩形面，用以表示偶极子位于介质层上表面的一个臂。该矩形面的一个顶点和矩形面Top_Patch相接，矩形面的长宽分别用变量L2和W2表示，矩形面的名称设为Dip_Patch，完成后的形状如图3.3.13所示。

从主菜单栏中选择【Draw】→【Rectangle】命令或者单击工具栏上的 按钮，进入创建矩形面的状态，然后在三维模型窗口中的 xy 面上创建一个任意大小的矩形面。新建的矩形面会添加到操作历史树的Sheets节点下，其默认的名称为Rectangle1。

双击操作历史树中的Sheets下的Rectangle1 节点，打开新建矩形面属性对话框的Attribute选项卡，如图3.3.14所示。把矩形面的名称设置为Dip_Patch，并设置其颜色为铜黄色，然后单击 按钮退出。

双击操作历史树中的Top_Patch下的CreateRectangle节点，打开新建矩形面属性对话框的Command选项卡，在该选项卡中设置矩形面的顶点坐标和大小尺寸。在Position中设置顶点坐标为（- L1，- W1/2，H），在XSize和YSize中设置矩形面的长和宽分别为- W2 和- L2，如图3.3.15所示，然后单击 按钮退出。

③创建三角形斜切角。

创建一个三角形面，把由矩形面Top_Patch和Dip_Patch组成的90°折线连接起来。从主菜单栏中选择【Draw】→【Line】命令或者单击工具栏上的 按钮，借助于捕捉功能（Snap Mode），在三维模型窗口中按顺序分别单击如图3.3.16 所示的A、B、C点，最后在A点位置上双击，这样即可创建三角形面。新生成的三角形面会添加到操作历史树的Sheets节点下，其默认的名称为Polyline1。

展开工程树中的Sheets下的Polyline1 节点，再展开Polyline1 下的CreatePolyline节点，选中CreatePolyline下的第一个CreateLine节点，然后在属性窗口的Point1 和Point2 处分别输入三角形顶点A和B的坐标，分别为（- L1，- W1/2，H）和（- L1，W1/2，H），如图3.3.17所示。再使用和前面相同的方法选中CreatePolyline下的第二个CreateLine节点，在属性窗口的Point2处输入三角形顶点C的坐标（- L1 - W2，- W1/2，H）。

这样，即可用变量来表示创建的三角形面的位置和尺寸，三角形面的位置和大小会随着矩形面Top_Patch和Dip_Patch尺寸的改变而改变。

④合并生成完整的金属片模型。

按住Ctrl键，先后依次选择操作历史树中Sheets下的Top_Patch、Dip_Patch和Polyline1节点，然后从主菜单栏中选择【Modeler】→【Boolean】→【Unite】命令或者单击工具栏上的 按钮，执行合并操作。此时，即可把选中的三个物体合并成一个整体，生成的新物体的名称为Top_Patch。

（3）创建下表面金属片

创建位于介质层下表面的金属片，其形状如图3.3.18所示。具体可以通过以下几个步骤来完成。

①创建下表面传输线Top_patch_1。

使用镜像复制操作，以 xoz 面作为镜像面复制上表面金属片Top_Patch，然后使用平移操作，移动复制生成的模型到介质层下表面。

单击操作历史树中的Sheets下的Top_Patch节点，选中上表面传输线，然后从主菜单栏中选择【Edit】→【Duplicate】→【Mirror】命令或者单击工具栏上的 按钮，进入镜像复制操作状态。在HFSS工作界面右下角状态栏X、Y、Z对应的文本框中输入原点坐标0、0和0，然后按Enter键确认。接着在状态栏dX、dY、dZ对应的文本框中分别输入0、1和0，再次按Enter键确认。此时，即以xoz面为镜像面复制金属片Top_Patch，生成新的模型，如图3.3.19所示，新模型的名称为Top_Patch_1。

选中新生成的模型Top _Patch_1，然后从主菜单栏中选择【Edit】→【Arrange】→【Move】命令或者单击工具栏上的 按钮，进入物体平移操作。在状态栏X、Y、Z对应的文本框中输入移动的起始点坐标0、0 和1.6，按Enter键确认。接着在状态栏dX、dY、dZ对应的文本框中输入移动的距离0、0和-1.6，按Enter键确认。此时，模型Top_Patch_1即沿着 z 轴负向移动1.6mm至介质层的下表面。

在设计中，为了方便改变介质层的厚度，我们定义了变量H用以表示介质层厚度。为了使在介质层厚度改变时Top_Patch_1 始终位于介质层下表面，上述平移操作的移动距离需要使用变量H来表示。其具体操作为：展开操作历史树下的Top_Patch_1 节点，然后单击Move节点，在左下方的属性窗口中把Move Vector的值由（0，0，-1.6）改为（0，0，- H），如图3.3.20所示。

②创建矩形面Rectangle1。

在介质层的下表面上创建如图3.3.18所示的矩形面Rectangle1，其长和宽分别用变量L3和W3表示。

从主菜单栏中选择【Draw】→【Rectangle】命令或者单击工具栏上的 按钮，进入创建矩形面的状态，然后在三维模型窗口的 xy 面上创建一个任意大小的矩形面。新建的矩形面会添加到操作历史树的Sheets节点下，其默认的名称为Rectangle1。

双击操作历史树中Rectangle1 下的CreateRectangle节点，打开新建矩形面属性对话框的Command选项卡，在该选项卡中设置矩形面的顶点坐标和大小。在Position中设置矩形面的顶点坐标为（0，W1/2，0），在XSize和YSize中设置矩形面的宽度和长度分别为- W3和L3，如图3.3.21所示，然后单击 按钮退出。

③创建三角形Polyline2。

在介质层的下表面上创建如图3.3.18所示的三角形平面Polyline2，三角形三个顶点的坐标分别为D （- W3，W1/2，0）、E （- W3，W1/2 + L3，0）和F （- W3 - L4，W1/2，0）。

从主菜单栏中选择【Draw】→【Line】命令或者单击工具栏上的 按钮，然后在三维模型窗口中分别单击如图3.3.18所示的D、E、F点，最后在D点位置上双击，这样即可创建生成一个三角形面。新生成的三角形面会添加到操作历史树的Sheets节点下，其默认的名称为Polyline2。

展开工程树中的Sheets下的Polyline2 节点，再展开Polyline2 下的CreatePolyline节点，选中CreatePolyline下的第一个CreateLine节点，然后在工作界面左下侧的属性窗口的Point1和Point2处分别输入三角形顶点D和E的坐标，即（- W3，W1/2，0）和（- W3，W1/2 + L3，0），如图3.3.22所示。再选中CreatePolyline下的第二个CreateLine节点，然后在属性窗口的Point2处输入三角形顶点F的坐标（- W3 - L4，W1/2，0）。

完成后，按快捷键Ctrl + D全屏显示创建的所有模型，如图3.3.23所示。

④镜像复制生成左侧的三角形和矩形面。

使用镜像复制操作，以xoz面作为镜像面复制矩形面Rectangle1 和三角形面Polyline2，生成左侧的矩形面和三角形面。

按住Ctrl键，同时先后依次单击选中操作历史树中Sheets下的Rectangle1和Polyline2节点，然后从主菜单栏中选择【Edit】→【Duplicate】→【Mirror】命令或者单击工具栏上的 按钮，进入镜像复制操作状态。在状态栏X、Y、Z对应的文本框中输入原点坐标0、0和0，按Enter键确认。接着在状态栏dX、dY、dZ对应的文本框中分别输入0、1和0，按Enter键确认。此时，即可以xoz面为镜像面复制Rectangle1 和Polyline2，从而生成左侧的矩形面和三角形面，如图3.3.24所示。复制生成的两个模型的名称分别为Rectangle1_1和Polyline2_1。

⑤合并生成完整的金属片模型。

按住Ctrl键，同时先后依次单击选中操作历史树中Sheets下的Top_Patch_1、Polyline2、Polyline2_1、Rectangle1 和Rectangle1_1 节点，然后从主菜单栏中选择【Modeler】→【Boolean】→【Unite】命令或者单击工具栏上的 按钮，执行合并操作。此时，选中的5个平面即可合并成一个整体，合并生成的新物体的名称为Top_Patch_1。

4.设置边界条件

因为介质层上、下表面上的平面模型Top_Patch和Top_Patch_1都是金属片，所以这里需要为其分配理想导体边界条件。另外，对于天线分析，我们还需要设置辐射边界。

（1）分配理想导体边界条件

按住Ctrl的同时选择操作历史树中Sheets下的Top_Patch和Top_Patch_1节点，然后在其上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择【Assign Boundary】→【Perfect E】命令，打开理想导体边界条件设置对话框，如图3.3.25 所示。在该对话框中保留默认设置不变，直接单击 按钮，即可设置平面Top_Patch和Top_Patch_1为理想导体边界条件。理想导体边界条件的名称PerfE1会添加到工程树的Boundaries节点下。此时，平面Top_Patch和Top_Patch_1等效为理想导体面。

（2）设置辐射边界条件

使用HFSS分析天线问题时，必须设置辐射边界条件，且辐射表面和辐射体的距离需要不小于1/4个工作波长。在这里我们首先创建一个长方体模型，长方体各个表面和介质层表面之间的距离都为60mm，然后设置该长方体的表面为辐射边界条件。

从主菜单栏中选择【Draw】→【Box】命令或者单击工具栏上的 按钮，进入创建长方体的状态，然后在三维模型窗口中创建一个任意大小的长方体。新建的长方体会添加到操作历史树的Solids节点下，其默认的名称为Box1。

双击操作历史树中Solids下的Box1节点，打开新建长方体属性对话框的Attribute选项卡。把长方体的名称设置为AirBox，并设置其材质为air、透明度为0.8，如图3.3.26 所示。然后单击 按钮退出。

双击操作历史树中AirBox下的CreateBox节点，打开新建长方体属性对话框的Command选项卡，在该选项卡中设置长方体的顶点坐标和尺寸。在Position中设置顶点坐标为（-100，-90，-60），在XSize、YSize和ZSize中设置矩形面的长、宽和高分别为160、180和120，如图3.3.27所示，然后单击 按钮退出。

长方体模型AirBox创建好之后，在操作历史树下单击AirBox节点以选中该模型。然后在三维模型窗口中单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择【Assign Boundary】→【Radiation】命令，打开辐射边界条件设置对话框，如图3.3.28 所示。保留对话框的默认设置不变，直接单击 按钮，把长方体模型AirBox的表面设置为辐射边界条件。辐射边界条件的名称Rad1 同样会添加到工程树的Boundaries节点下。

5.设置激励方式

因为天线的输入端口位于模型内部，所以需要使用集总端口激励。首先在天线的输入端口创建一个矩形面作为馈电面，然后设置该馈电面的激励方式为集总端口激励。

单击工具栏上的 下拉列表框，从其下拉列表中选择YZ选项，把当前工作平面设置为 yz 平面。从主菜单栏中选择【Draw】→【Rectangle】命令或者单击工具栏上的 按钮，进入创建矩形面的状态，并在三维模型窗口的 yz 面上创建一个任意大小的矩形面。新建的矩形面会添加到操作历史树的Sheets节点下，其默认的名称为Rectangle2。

双击操作历史树中Sheets下的Rectangle2节点，打开新建矩形面属性对话框的Attribute选项卡，如图3.3.29所示。把矩形面的名称设置为Feed_Port，然后单击 按钮退出。

双击操作历史树中Feed_Port下的CreateRectangle节点，打开新建矩形面属性对话框的Command选项卡，在该选项卡中设置矩形面的顶点坐标和尺寸。在Position中设置顶点坐标为（0，- W1/2，H），在YSize和ZSize中设置矩形面的长和宽分别为W1 和- H，如图3.3.30所示，然后单击 按钮退出。

这样就在 yz 面上创建了一个与金属片Top_Patch和Top_Patch_1相接的矩形面，矩形面的宽度与金属片Top_Patch的宽度一致。接下来，我们把该矩形面设置为集总端口激励，具体操作如下。

单击操作历史树中Sheets下的Feed_Port节点以选中该矩形面。然后在其上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择【Assign Excitation】→【Lumped Port】命令，打开如图3.3.31所示的集总端口设置对话框。将General对话框中的Resistance设置为50ohm，Reactance设置为0ohm，然后单击 按钮，打开Modes对话框。在该对话框中单击Integration Line项下的None，从其下拉列表中选择New Line选项，此时会进入三维模型窗口以进行端口积分线的设置。

首先单击工具栏上的 按钮，放大至全屏显示选中的矩形面，然后在矩形面下边缘处移动鼠标指针，当鼠标指针变成▲形状时，表示捕捉到了矩形面下边缘的中点，此时单击即可确定积分线的起点。再沿着 z 轴向上移动鼠标指针，当鼠标指针变成▲形状时，表示捕捉到了矩形面上边缘的中点位置，再次单击即可确定积分线的终点。确定积分线的终点的同时会自动返回到集总端口设置对话框。积分线设置过程如图3.3.32所示。

继续单击对话框中的 按钮，打开Post Processing对话框，在该对话框中选中Renormalize All Modes单选按钮，并设置Full Port Impedance为50ohm，如图3.3.33 所示。最后单击 按钮，完成集总端口激励的设置。完成后，设置的集总端口的名称1会添加到工程树的Excitations节点下。

6.求解设置

分析的印刷偶极子天线的中心频率在2.45GHz左右，因此求解频率设置为2.45GHz。同时添加2GHz ~ 3GHz的扫频设置，选择快速（Fast）扫频类型，分析天线在2GHz ~ 3GHz频段的回波损耗和电压驻波比。

（1）求解频率和网格剖分设置

设置求解频率为2.45GHz，自适应网格剖分的最大迭代次数为20，收敛误差为0.02。

右键单击工程树下的Analysis节点，从弹出的快捷菜单中选择【Add Solution Setup】命令，打开Solution Setup对话框。在Solution Frequency处设置求解频率为2.45GHz，在Maximum Number of Passes文本框中设置最大迭代次数为20，在Maximum Delta S文本框中设置收敛误差为0.02，其他选项保留默认设置，如图3.3.34 所示。然后单击 按钮，完成求解设置。

设置完成后，求解设置项的名称Setup1会添加到工程树的Analysis节点下。

（2）扫频设置

扫频类型选择快速扫频，扫频频率范围为2GHz ~ 3GHz，频率步进为0.001GHz。

展开工程树下的Analysis节点，右键单击新添加的求解设置项Setup1，在弹出的快捷菜单中选择【Add Frequency Sweep】命令，打开Edit Sweep对话框，如图3.3.35所示。在该对话框中的Sweep Type下拉列表框设置扫描类型为Fast；在Frequency Setup选项组中的Type下拉列表中选择LinearStep选项，并将Start设置为2GHz，Stop设置为3GHz，Step Size设置为0.001GHz，其他选项都保留默认设置。最后单击对话框中的 按钮，完成设置。

设置完成后，该扫频设置项的名称Sweep1会添加到工程树中Analysis节点的求解设置项Setup1下面。

7.设计检查和运行仿真计算

通过前面的操作，我们已经完成了模型创建和求解设置等HFSS设计的前期工作，接下来就可以运行仿真计算和查看分析结果了。但在运行仿真计算之前，通常需要进行设计检查，检查设计的完整性和正确性。

从主菜单栏中选择【HFSS】→【Validation Check】命令或者单击工具栏上的 按钮，进行设计检查。此时，会打开如图3.3.36 所示的Validation Check对话框。该对话框中的每一项的前面都显示 图标，表示当前的HFSS设计正确且完整。单击 按钮关闭对话框，接下来开始运行仿真计算。

右键单击工程树下的Analysis节点，在弹出的快捷菜单中选择【Analyze All】命令或者单击工具栏上的 按钮，开始运行仿真计算。

在仿真计算的过程中，工作界面右下方的进度条窗口会显示出求解进度，信息管理窗口也会有相应的信息说明，并会在仿真计算完成后给出完成提示信息。

8.天线性能结果分析

仿真分析完成后，在数据后处理部分能够查看天线各项性能参数的仿真分析结果。这里我们主要来看一下所设计天线的回波损耗、输入阻抗和方向图。

（1）天线回波损耗 S ₁₁ 的分析结果

右键单击工程树下的Results节点，在弹出的快捷菜单中选择【Create Modal Solution Data Report】→【Rectangular Plot】命令，打开报告设置对话框，如图3.3.37 所示。在该对话框左侧的Solution下拉列表中选择Setup1:Sweep1，在Category列表框中选中S Parameter，在Quantity列表框中选中S （1，1 ），在Function列表框中选中dB。然后单击 按钮，再单击 按钮关闭对话框。此时，即可生成如图3.3.38 所示的扫频频率在2GHz ~ 3GHz的回波损耗 S ₁₁ 的分析结果。

从分析结果可以看出，设计的偶极子天线的中心频率约为2.45GHz， S ₁₁ < -10dB的相对带宽BW=（2.729 -2.256）/2.45=19.3%。

（2）天线的输入阻抗分析结果

右键单击工程树下的Results节点，在弹出的快捷菜单中选择【Create Modal Solution Data Report】→【Rectangular Plot】命令，打开报告设置对话框。在该对话框左侧的Solution下拉列表中同样选择Setup1:Sweep1，在Category列表框中选中Z Parameter，在Quantity列表框中选中Z（1，1），在Function列表框中同时选中im和re，表示同时查看输入阻抗的虚部（即电抗部分）和实部（即电阻部分），如图3.3.39 所示。然后单击 按钮，再单击 按钮关闭对话框。此时，即可给出天线的输入阻抗结果报告，如图3.3.40所示。

从结果报告中可以看出，在2.45GHz中心频率处，天线的输入阻抗为（49.8 - j6.3）Ω。可见初始天线结构已经达到了良好的阻抗匹配。

（3）方向图

天线方向图是在远场区确定的，要查看天线远区场的计算结果，首先需要定义辐射表面。下面我们给出设计的印刷偶极子天线的三维立体增益方向图。

①定义辐射表面。

右键单击工程树下的Radiation节点，在弹出的快捷菜单中选择【Insert Far Field Setup】→【Infinite Sphere】命令，打开Far Field Radiation Sphere Setup对话框，定义辐射表面，如图3.3.41所示。辐射表面是基于球坐标系定义的，对于三维立体空间，球坐标系下就相当于0° < φ < 360°，0° < θ < 180°。在该对话框中的Name文本框中输入辐射表面的名称3D，并将Phi选项组中的Start、Stop和Step Size分别设置为0deg、360deg和1deg，将Theta选项组中的Start、Stop和Step Size分别设置为0deg、180deg和1deg，然后单击 按钮，完成设置。此时，定义的辐射表面名称3D会添加到工程树的Radiation节点下。

②查看三维增益方向图。

右键单击工程树下的Results节点，在弹出的快捷菜单中选择【Create Far Fields Report】→【3D Polar Plot】命令，打开报告设置对话框，如图3.3.42 所示。在该对话框中的Geometry下拉列表中选择前面定义的辐射表面3D，并在Category列表框中选择Gain，在Quantity列表框中选择GainTotal，在Function列表框中选择dB。然后单击 按钮，生成设计的印刷偶极子天线的三维增益方向图，如图3.3.43所示。

9.天线臂的长度对中心频率的影响

虽然当前设计的天线的初始结构已经达到了性能要求，但多数时候天线设计是不可能一步到位的，这就需要我们根据所学的理论知识，调整天线的结构参数，然后再交由HFSS仿真分析出能够达到设计要求的结构参数值。这里我们首先调整天线臂的长度，借助于HFSS的参数扫描分析功能分析出其对天线中心频率的影响。

（1）添加参数扫描分析项

右键单击工程树下的Optimetrics节点，在弹出的快捷菜单中选择【Add 】→【Parametric】命令，打开Setup Sweep Analysis对话框。单击该对话框中的 按钮，打开Add/Edit Sweep对话框，如图3.3.44所示。在设计中，天线臂的长度是使用变量L2来表示的，因此这里添加L2 为扫描变量，且设置L2 的变化范围为19mm ~ 23mm。在Add/Edit Sweep对话框中的Variable下拉列表中选择变量L2，接着选中Linear step单选按钮，并将Start、Stop和Step分别设置为19mm、23mm和1mm，然后单击 按钮。上述操作完成后，单击 按钮，关闭Add/Edit Sweep对话框。最后，单击Setup Sweep Analysis对话框中的 按钮，完成添加参数扫描操作，添加L2为扫描变量。

完成后，参数扫描分析项会添加到工程树的Optimetrics节点下，其默认的名称为ParametricSetup1。

（2）运行参数扫描分析

右键单击工程树中Optimetrics下的ParametricSetup1 节点，在弹出的快捷菜单中选择【Analyze】命令，运行参数扫描分析。

（3）查看分析结果

参数扫描分析完成后，右键单击工程树下的Results节点，在弹出的快捷菜单中选择【Create Modal Solution Data Report】→【Rectangular Plot】命令，打开报告设置对话框，对话框采用和图3.3.37相同的设置，然后单击 按钮，生成如图3.3.45所示的一组 S ₁₁ 参数扫描分析结果报告。报告中每条 S ₁₁ 曲线对应不同的L2变量值。

从参数扫描分析结果报告中可以看出，天线的谐振频率随着天线臂长度变量L2的增大而降低。

10.分析平衡三角形的大小对带宽的影响

下面我们调整平衡三角形的大小，借助于HFSS的参数扫描分析功能分析出其对天线带宽的影响。

使用和上部分内容相同的操作，添加平衡三角形直角边长度变量L3为参数扫描变量，并且设置L3的变化范围为6mm ~ 14mm，变化步进值为2mm，然后运行参数扫描分析，分析完成后可以给出如图3.3.46所示的分析结果。从分析结果中可以看出，当平衡三角形直角边长L3从6mm增加到14mm时，天线的带宽逐渐减小。

11.保存设计

至此，我们便完成了印刷偶极子天线的HFSS设计分析。在设计中我们给出了2.45GHz印刷偶极子天线的HFSS分析结果，同时也分析查看了天线臂的长度以及平衡三角形的大小对天线性能的影响。最后单击工具栏上的 按钮保存设计，再从主菜单栏中选择【File】→【Exit】命令，退出HFSS。 5h3dpgLn5Y/anqWSTgSqXXQhfcMyhL5OinuBMsjKICKeqZ1k47Fh5JnkvxYaQNKe