HFSS天线仿真的一些问题，求大神指点

Joen0_0

1.电磁波频率低时,磁电之间的相互变化比较缓慢,其能量几乎全部返回原电路而没有能量辐射出去；电磁波频率高时,磁电互变甚快,能量不可能全部返回原振荡电路,于是电能、磁能随着电场与磁场的周期变化以电磁波的形式向空间传播出去,不需要介质也能向外传递能量,这就是一种辐射。
( K/ [$ S9 {9 v9 l: P* L; x- x为什么频率低时能量几乎全部返回原电路？不知道怎么去理解这个现象/原理。。。

/ z" y) E0 ~: s3 _2.我用HFSS仿真一个偶极子天线，发现辐射边界对于仿真结果的影响比较大，如下图

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看了李明洋老师的资料，这边只写到了不小于1/4的波长，不知道有没有大神能指点一下，怎么设置这个边界才能仿真出比较准确的结果？

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3.仿真结果的阻抗和电抗用什么标准去评定？就比如我仿真一个WIFI-2.4G的天线，这个理论上阻抗需求是50R，电抗为0，但实际应该有个范围的吧？
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rfjiao

楼主看来是天线初学者。

  X: F6 H2 Q2 k. E% x为什么频率低时能量几乎全部返回原电路？不知道怎么去理解这个现象/原理？

0 v5 Z# @' I: d, Z这个结论是相对的。当天线谐振频率远高于电路输出的频率时，RF能量会在天线端口反射，无法辐射能量。
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看了李明洋老师的资料，这边只写到了不小于1/4的波长，不知道有没有大神能指点一下，怎么设置这个边界才能仿真出比较准确的结果？
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- o& u0 j' @$ `0 I' [  g其实你可以看你自己的仿真结果，辐射BOX为70mm和80mm时，结果已经非常接近了，误差几乎可以忽略不计。这里说的1/4波长只是个大概经验值，其实辐射边界离天线体越远，仿真结果越准确，只是相应的计算时间就会延长。具体边界范围怎么选，还是要看自己的需求，个人建议1/2~1波长即可，太大影响仿真速度。

' I9 }7 K1 w7 ^) Z% K* d* `0 k- }仿真结果的阻抗和电抗用什么标准去评定？就比如我仿真一个WIFI-2.4G的天线，这个理论上阻抗需求是50R，电抗为0，但实际应该有个范围的吧？
- |  k( Q; [8 H8 b+ e5 K2 _. B  C
天线的性能不是用阻抗来定义的，否则我并联一颗50欧电阻就万事大吉了。天线性能使用效率、增益、方向图来定义的。这方面请参考专业书籍。
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rfjiao

我本科是学天线的，可惜学得不好~ 老师教的那点东西都忘光了
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5 j, @' y9 H2 f: y- a借楼主的光，来复习一遍哈。不说闲话了，开始回忆~~~~~
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天线辐射强弱可以用天线辐射出来的电磁波的强弱来衡量，那么什么是电磁波？

我估计大家可能觉得，好像很简单哦，电磁波就是一道波啊，就和声波一样。是这样么？
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  H& I7 x: N1 r9 B% ~其实不然，电磁波的传输和声波还真不一样。电磁波本质上是电环接磁环接电环接磁环........，连绵不绝环环相扣的传输模式。
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其传播理论可以用伟大的，神一样的，麦克斯韦方程来解释。

如果不明白电磁变换的基本原理~ 请找本高中物理课本好好学习下

天线上的电荷移动，导致了天线附近空间里的电场变化，从而带动更远地方的磁场变化，磁场变化又带动更更远地方的电场变化，就这样一环一环的传播出去了

Joen0_0

对于上面的第1点，翻了很多资料，我是不是可以这样理解？（我不理解电磁波是如何从激励源出到自由空间的，或者说激励源如何在空间中产生电磁波）
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. v  |# O! [& Q" }* G. E- i- X8 ~结合图123我是不是可以理解成：
当频率F一定时，若天线长度远小于波长时（如图3-a段），此时，a段各点电压在同一时刻不会相差很大，电流（dI/dt）也就不会很大，辐射就很小。
想问一下
% F" V0 s: h. G( R# Q+ s( E" K1.此时的辐射（辐射强度/电场强度/磁场强度）跟频率/电流的关系？能否推荐些资料看一下？

yuzhouyouling

Joen0_0 发表于 2019-6-8 22:23
  V1 z, q. ]' S前段时间换工作
9 a- A* y- d: ~' {怎么计算的，推荐大家看一篇资料
https://wenku.baidu.com/view/439fa57f80c758f5f61fb73 ...

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cmliang

非常不错，HFSS功能确实非常强大。

Joen0_0

前段时间换工作
怎么计算的，推荐大家看一篇资料
) o/ T: M$ s/ O+ u- G. S1 `https://wenku.baidu.com/view/439 ... 4c2e3f572725b1.html
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Joen0_0

rflower 发表于 2019-3-15 15:44
0 M& Q5 n, \4 d" O! Z. W9 P/ o; U1 r最后来一个简单粗暴的公式，它简洁的描述了天线增益和天线尺寸及波长之间的关系。

' j* y3 P9 D. f6 ~, t# \8 ?版主你好，我又来问问题了~~！  想问一下，HFSS是怎么计算的S参数，虽然有官方说明，但是看不太懂
  能不能粗俗的讲一下他把空间分成有限个小四面体，是怎么算出S参数的？

" D" }2 p  W/ P6 {, b

hotice

强大啊，学习了！

Joen0_0

rflower 发表于 2019-3-15 15:44
最后来一个简单粗暴的公式，它简洁的描述了天线增益和天线尺寸及波长之间的关系。

( l. o" D- M  G& L
因为我爱做电子技术的东西，但我本专业不是电子及相关的，所以找这些资料比较费劲，所以非常感谢版主的耐心讲解。
3 Z( i. ?7 G1 P+ u最近刚好在学习设计板载天线，我又习惯把原理弄明白了再一步步学习设计，所以在这里提问，非常幸运遇到这么耐心的版主，讲的明明白白的，哈哈
- p% o0 V9 T! u; Q$ I" X

gdwyqhcy

学习一下！！！
8 e4 P* K8 V  n$ Y3 Y9 L

cq225

厉害了，留名学习

rfjiao

最后来一个简单粗暴的公式，它简洁的描述了天线增益和天线尺寸及波长之间的关系。

# {" E# D6 Y- y: j" W: a

这个G 为天线增益，通常我们用天线增益来形容辐射能力的强弱
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# r4 c! ]3 P; _3 NAet 为天线的有效尺寸，或者说有效面积
3 E5 c: e5 v* i  [) s7 H* B
3 G3 t4 ?1 w+ J+ e兰大就不用我解释了吧，波长。
8 F2 A$ v7 N- {, v2 q% k4 ]
由这个公式可以看出，天线尺寸越大，天线的辐射性能越好。

- [2 F1 I$ f: M" r* V3 `+ k0 }- ~# H到这就结束了，楼主还有疑问可以直接提出来，我看到会尽量解答


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rfjiao

回到楼主的问题，为什么当偶极子天线远小于工作波长时，辐射能力会变得很差？
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% b2 _7 F' C6 x我觉得我们可以从偶极子天线辐射的原理来解释，让我们回到第一张图，也就是t=0的时候。
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当天线尺寸比较小时，两个电荷之间的压差会比较小，而原始的场强也比较小，闭合场线离开天线后的能量携带也就比较小，辐射能力自然就差了。
) N0 q4 O6 H" S- x6 Q' a9 G6 P
9 h4 G6 r- [# n) O0 T; W6 [9 k- ^+ s楼主的理解是从电流的角度来分析，这也没有错


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rfjiao

当长直导体中，无数多个电荷，同时开始往复运动以后，就形成了下面这种辐射场


6 g; [7 v+ d3 R) c. ]" p, B
我们看到，无穷无尽的场线被切割，被挤压，不断向外扩散而去。
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1 y' a+ S0 B; m; X% p+ N

rfjiao

终于，这两颗电荷经过长途跋涉，来到了长直导体的末端，而不得不停下来。此时t=1/2T
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- r9 P% Q8 p5 w5 o. r7 x我们看到，新的电场线已形成，和原先的场线强度相当而方向相反。电流因为电荷运动的停止而归零，电荷间的压差则再次达到最大。
# D" {+ P1 N5 I' T
在接下来的1/2T时间里，两个电荷会再次靠近，交汇，远离，直到回到原来的位置，一个新的闭环场线也将脱离导体，向外辐射。
6 N" p9 p* m& }# j+ M' N' x! s  r
这就是天线辐射的基本原理，怎么样，是不是很简单啊
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rfjiao

两颗电荷交错而过，继续向相反的方向移动，此时t=3/8T

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我们看到由于电荷的交错，电荷之间的电场方向发生了变化，场线方向和原先相反，原先的场线只好和新场线做了个切割。
7 m3 B( t& _. e4 K# G4 p( L- b而且新产线不断变大，从而对原产线产生了挤压，波前不断外移，就这样，辐射产生了
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要注意，此时电荷因为不可描述的力的左右，其移动是减速的，电流不断减小，而因为距离拉远，新的压差又产生了，并且不断变大。

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rfjiao

两个电荷继续移动，并在中点交汇。此时t= 1/4T
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此时电荷已加速到最大速度，所以电流I=max，而压差V=0，电荷的加速度随着压差的消失也变为0，波前因为电荷的移动而继续向外移动。
9 H; k+ R) |* c; j: |$ h0 g两颗电荷交汇以后不是停下了，而是继续移动，所以我们看到电场场线在中点有一个交叉。而这个交叉最终会切断原先的场线，从而产生一个电场闭环

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rfjiao

电荷异性相吸，在某些不可描述的力的作用下，两颗电荷开始靠近，而且移动速度越来越快，而加速度则慢慢变小
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: q4 }8 n7 b5 ]; d$ X) L6 n8 d假设此时t=1/8T，由于电荷的移动，长直导体上产生了电流，电场也发生了变化。两个电荷是加速靠近的，从而推动电场场线外移，也就是波前外移。
这里加入一个书中的一个名词 波前，字面上的意思就是电磁波的正前方