如何理解天线方向图

要显示天线参数需要两步，因为天线参数需要特殊计算设置，来决定哪些区域的场是要计算的。 

一）创建无限球面的设置：

a)选择HFSS > Radiation > Insert Far Field Setup > Infinite Sphere 

b)输入Theta和Phi的值和步长 

c)可以改变坐标系来在移动和旋转后的坐标系中进行计算。选择Coordinate System标签，然后转换到一个新的坐标系。 

d)同样可以改变计算远场的辐射表面，通过改变Radiation Surface标签，并从之前定义的表面中任选一个新的表面来实现。 

e)点击OK。 
 

二.创建二维曲线 

a)选择HFSS > Results > Create Report 

b)从Report Typ下拉菜单中选择Far Field 

c)从Display Type下拉菜单中选择Radiation Pattern三. 

d)从Traces对话框中选择想要描绘的量 

注意：如果存在多重无限球面设置，要确保选择的是适当的。 

e)选择Add Trace 然后点击Done四. 

 

三.创建三位曲线图 

对三维曲线的绘制，不过需改变Phi和Theta量的设置来匹配远场计算。同样需要选择一个要描绘的天线的量。

 

首先在建模视窗中有三维坐标轴，里面显示了坐标方向，看模型在其中的位置 

1、与电场方向平行的平面称为E 面，与电场方向垂直的平面称为H 面。 

2、确定电场方向 

    a、如果电场方向沿着Y 方向则phi=0为E面，phi=90为H面 

    b、如果电场方向沿着X 方向则phi=0为H面，phi=90为E面 

    c、如果电场方向既不是X 方向，也不在Y 方向，则需要进行适当的坐标变换， 

         将电场方向转到X 方向或是Y 方向

 

天线方向图一般是一个三维空间的曲面图形，但工程上为了方便，常采用通 过最大辐射方向的两个正交平面上的剖面图来描述天线的方向图。这两个相互正 交的平面称之为主面，对于极化天线来说通常取为E面和H面。 

      E面：指通过天线最大辐射方向并平行于电场矢量的平面。 

      H面：指通过天线最大辐射方向并平行于磁场矢量的平面。

      空间中电场矢量和磁场矢量是相互正交的，所以E面和H面也是相互正交的。]

     E面：外形似“倒8” 

     H面；外形似“圆”

 

 

对于天线好像是没有特性阻抗的，只是把它转化为电路模型时可以把它看成是特性阻抗，至于输入阻抗是从参考面看进去的阻抗值，是否匹配在于你定义的归一化阻抗，辐射阻抗就是天线的固有特性了，可以看作是传输线的阻抗。

1）实际上天线只有输入阻抗，这个是可以测量的，而剩下的两个： 

2）特性阻抗的引入是把天线看作传输线而产生的，所谓的传输线模型，传输线有一个特征阻抗，采用传输线模型求解天线引入一个平均特性阻抗的概念。

3）辐射阻抗是这样引入的：天线输出的功率等于天线输入端的电流【或者电流的平均值】的平方乘上一个常数，这个常数的一半叫做辐射阻抗

 

一个是radiation boundary内部场求解的准确性要求的，另一个是近场-远场转换公式（即Stratton-Chu公式）要求的。 

 

首先不考虑远场求解的问题，只考虑内部场求解。 

 

radiation boundary设置的远近，会影响到其内部的场分布求解吗？我觉得会影响，因为内部空间中每一点的电磁场分布和相邻点都有关联。尤其是近场区，相邻点之间的相互影响情况更复杂（远场区相邻点之间可能只是波前波后的联系，对传播中的波而言，波后并不影响波前）。所以，如果在离天线特别近的地方设置radiation boundary，相当于把边界以外电磁场直接取消，那么，本来应该存在的、边界外部对边界内部产生的影响也没有了，求解出来的场分布将不再准确。14楼(z3phyr)的功率流密度分析是一种很直观的解释。 

 

再说另外一个原因：近场-远场变化的要求。这个原因是目前我还在困惑的，正是发贴的主要目的。希望明白的朋友指点。  

 

HFSS中求解远场时，默认以radiation boundary上的场分布，作为近场-远场变换过程中的“源”，即近场。但是近场-远场转换公式——Stratton-Chu公式是否对“近场”作了要求呢？该公式出自Stratton和朱兰成在1939年的论文“ Diffraction Theory on Electromagnetic Waves”。该论文的出发点是波的衍射，但推导过程确没有明确的做出“近场必须是衍射场（不是感应场）”的要求，也许是本人没有理解到位。所以暂时搁置严格的公式推导，采用在HFSS中仿真的方法验证。 

 

HFSS中radiation boundary和近场-远场转换的“近场”所在边界是可以不同的，为排除内部场计算不准确的可能，可以设置一个较大的radiation boundary，再取一个很小的虚拟边界，以这个边界上的场作为“近场”，依据Stratton-Chu公式求解远场。 

 

模型、参数和求解之后的方向图见附件。这里以半波阵子为例，工作频率0.9GHz，VirtualObject_dist代表虚拟边界离开天线的距离。可以看出，虚拟边界大小变化时，远场增益也会变化，当虚拟边界很接近天线（0.1mm）时，远场最大增益（1.39dB）与理论值（2.2dB）差的很多。当然，由于HFSS网格划分导致的空间不连续，也可能会对计算结果造成影响，影响有多大，我不确定。 

 

这个算例是否能够说明Stratton-Chu公式求解远场时，需要“近场”是非感应场呢？这个问题目前我还在思考，希望跟大家交流。 

描述:model

图片:dipole antenna.JPG 
 

 

描述:radiation pattern

图片:radiation pattern.JPG 

 

Ansoft HFSS有两个计算模式，分别是：【激励解】选择Driven Solution 是为了使用基于软件的有限元去求解由源激励的机构。Ansoft H FSS计算了无源高频结构的S参数，如微带线、传输线。软件包括后处理命令, 这个命令是用于具体分析结构的电磁场特性。使用Driven Solution，可以计算： 

● 基本的电磁场量，对于开放边界而言，还可以计算辐射近场和远场。

● 特性端口阻抗和传播常数。 

● 一般 S参数和相对于具体端口阻抗归一化的S参

 

【本征模解】选择Eigenmode Solution用于计算某一结构的本征模或谐振。本征模解可以找出结构的谐振频率以及谐振点的场值。Ansoft HFSS本征模软件可以求出无耗和有耗结构的本征模，可以计算出腔的无载Q值。Q是一个性能参数，是反映系统能量损耗的尺度。无载Q是由于有耗材料引起的。因为端口和源均被限制为本征模问题，因此Q的计算不包括由源引起的损耗。  下列限制适用于本征值求解：
●    发射无需计算。 

●    下列边界条件可以不作定义：  

      ■ 端口  

      ■ 入射波  

      ■ 电压降  

      ■ 电流  

      ■ 磁偏置  

      ■ 辐射 

●    快速扫频和具体扫频是不可见的。 

●    Matrix Data和Matrix Plot是不可见的，并且执行窗口中的Matrix变为 Eigen Modes。

 

在使用用hfss仿真前,先要选一个求解类型

hfss8.0只有两个类型,hfss9.0 以上增加了一个. 

分别是 模式驱动(Driven)  终端驱动(Driven Terminal) 本征模(Eignemode) 

模式驱动(Driven)------计算以模式为基础的S参数.根据波导模式的入射和反射功率表示S参数矩阵的解!----个人认为 波导,天线等用这个模式多!(不是绝对) 本文转自微波仿真论坛   

终端驱动(Driven Terminal)------计算以终端为基础的多导体传输线端口的S参数.此时,根据传输线终端的电压和电流表示S参数矩阵的解!----微带类用这个比较多! 本文转自微波仿真论坛   

本征模(Eignemode)-----计算某一结构的本征模式或谐振.本征模解算器可以求出该结构的谐振频率以及这些谐振频率下的场模式! 

 

 

缝隙就是一个磁偶极子将地板下面的场耦合到贴片介质基底内来