目次AV小次郎
一、2.4GHz WIFI天线信息
1） 天线实践，上方蛇形走线部分
2） 50 Ohm微带线/馈线部分
3） GND铺铜部分，参考地平面
4） 净空区域，天线蛇形走线下方区域，不可铺铜
5） 基板，统共这个词模块，收受FR4板材
二、HFSS仿真瞎想经由
1） 建立天线模子
（1） 新缔造计工程
（2） 确立求解类型
（3） 确立模子长度单元mm
（4） 添加和界说瞎想变量
（5） 创建接地板GND
（6） 创建介质层
（7） 创建蛇形倒F天线模子
（8） 创建天线与GND参考层麇集面（替代过孔）
（9） 并吞以上天线及相接GND的平面，酿成天线模子
2） 确立激发形势
3） 确立限制条目
4） 求解确立
5） 瞎想查验和运行仿真野心
6） 稽查天线参数性能
7） 确立优化模块
（1）、添加优化参数变量
（2）、运行参数扫描分析
（3）、稽查分析成果
8） 优化分析
HFSS仿真2.4GHz PCB板载WIFI天线
一、2.4GHz WIFI天线信息使用ATK-ESP-01模块，模块尺寸如下：
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蛇形天线部分具体尺寸如下：
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对天线建模，天线分为以下几个部分：
1）天线实践，上方蛇形走线部分（但实践上，蛇形线部分连同家具的 GND 铺铜地沿途，才是齐备的天线。）HFSS中不错确立平面，属性确立 PerF E（理念念导体），或者确立厚度0.035mm，立体结构确立材料为铜；
2）50 Ohm微带线/馈线部分信号从芯片或者射频器件出来馈入天线的部分；上图中Feed point 处，HFSS中确立外部激发；确立集总端口（Lumped port）激发，无用波端口激发，需要估算波端口面积，影响仿真成果；
3）GND铺铜部分，参考地平面 4）净空区域，天线蛇形走线下方区域，不可铺铜 5）基板，统共这个词模块，收受FR4板材 二、HFSS仿真瞎想经由本案例倒F天线制作在PCB上，责任于2.4GHz -2.483GHz频段，其中心频率为2.44GHz，并要求10dB带宽大于100MHz（S11，小于-10db的带宽达到100MHz以上）。
倒F天线结构模子如下图所示：
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统共这个词天线结构分为3个部分，差异是蛇形倒F体式天线、介质层和接地板。
介质层的材质使用的是PCB中最常用的玻璃纤维环氧树脂（FR4），其相对介电常数4.4，损耗正切为0.02.介质层厚度为0.8mm，长度和宽度差异为24mm和16mm。
接地板位于介质层的下名义，其长度和宽度差异为18.8mm和16mm.
倒F天线位于介质层的上名义，具体尺寸如下：
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天线的接场合通过过孔与地板相麇集，在建模时，对接地的过孔作念简化解决，用一个矩形理念念导体平面来代替。
为了便于更正模子的大小以及后续的参数化分析，及分析天线的结构参数对天线性能的影响，在HFSS瞎想建模时，咱们需要界说一系列的变量来示意天线的结构。
其中，天线的厚度用Hant示意，天线的高度用L6示意，馈电点和接场合之间的距离用D5示意，天线微带贴片的宽度用W2示意，接地板的长度和宽度差异用GndY和GndX来示意，介质层的厚度用SubH示意，如下表变量及开动值：
变量兴味
变量名
开动值/mm
天线的厚度
Hant
0.035
天线的高度
L6
4.9
馈电点和接场合之间的距离
D5
1.4
天线微带贴片的宽度
W2
0.5
接地板的长度
GndY
18.8
接地板的宽度
Gndx
16
介质层的厚度
SubH
0.8
介质层长度
FrY
24
介质的宽度
FrX
16
1）建立天线模子确立系统的坐标原点位于基板介质层原点位置AV小次郎。
接地板和天线发射体齐确立为不计划厚度的理念念薄导体。（天线后续在以平面扫描形势朝上建立厚度，比拟有无变化）
当先在xoy平面上创建长度和宽度差异为变量GndY和GndX的接地板，并确立其限制条目为理念念导体限制，用以模拟理念念导体特质。
然后在接地板的正上方创建材质为FR4，厚度为SubH的介质层。
终末在介质层上名义（即z就是变量SubH的平面）创建倒F天线。
（1）新缔造计工程
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点击HFSS，弹出HFSS责任界面，右键Project1重定名为WIFI_Antenna:
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（2）确立求解类型从主菜单中遴荐HFSS-->Solution Type高唱，掀开如下对话框，遴荐终局驱动求解类型 Terminal，OK.终局求解类型和模式求解类型不错野心天线的S参数，终局求解类型更合适微带线仿真；模式求解类型合适里面愚弄；
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（3）确立模子长度单元mm从主菜单栏中遴荐Modeler-->Units 高唱，掀开确立窗口：
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（4）添加和界说瞎想变量从主菜单栏中遴荐HFSS-->Design Properties 高唱，掀开瞎想属性对话框。在该对话框中单击Add按钮，掀开add Property对话框，循序添加变量：
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（5）创建接地板GND在xoy平面上创建一个矩形面，其一个偏激的坐标为（FrY-GndY ，0mm ，0mm），长度和宽度差异为GndY和GndX.矩形面模子建好后，确立其限制条目为理念念导体限制。
从主菜单遴荐Draw-->Rectangle高唱或单击器用栏上的按钮，参加创建矩形面景色，然后在三维模子窗口的xy面上创建一个任性大小的矩形面。
新建的矩形面会添加到操作历史树sheets节点下，其默许称号是Rectangle1，双击操作历史树sheets下的Rectangle1选项，掀开新建矩形面属性对话框的Attribute（属性）选项卡，在Name文本框输入GND，确立阵势为铜黄色，详情。
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张开操作历史树下的GND_P节点，双击该节点下的GreatRectangle选项，掀开新建矩形面属性对话框Command选项卡，在选项卡中确立矩形面的偏激坐标和大小。
在Position文本框中输入偏激坐标（FrY-GndY ，0mm ，0mm），在XSize和Ysize文本框平差异输入宽度和长度GndY和GndX，详情。
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选中参考地模子，然后单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中遴荐Assign Boundary-->Perfect E 高唱，掀开理念念导体限制确立对话框，将Name默许的PerfE1修改为PerfE_GND，详情
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（6）创建介质层创建一个长方体模子用以示意介质层。模子位于接地板的正上方，即模子的大地位于xoy平面，模子介质为FR4， 并将模子定名为Substrate。
从主菜单栏中遴荐Draw-->Box高唱，或单击器用栏上的按钮，创建一个任性大小的长方体，定名为Box1，双击Solids节点下的Box1 更更称号为Substrate，将Material选项对应的Value值确立为FR4_epoxy，确立其材质为FR4_epoxy，然后确立阵势为深绿色，确立透明度为0.6，详情。
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双击操作历史树Substrate节点下的CreateBox选项，掀开属性对话框，确立长方体偏激坐标和大小，如下图，详情。
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（7）创建蛇形倒F天线模子创建蛇形倒F天线的发射贴片模子，其位于介质层上名义，通过一个理念念导体矩形面接地，天线发射贴片的体式如图：
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将其分割为如图12个矩形面，循序创建模子
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1、创建矩形面1，定名为Rectangle1，长宽差异为L6、W1，坐标原点（D2+W2，D1，SubH）:
2、创建矩形面2，定名为Rectangle2，长宽差异为L3、W2，坐标原点（D2，D1，SubH）:
3、创建矩形面3，定名为Rectangle3，长宽差异为L6、W2，坐标原点（D2+W2，D1+W1+D5，SubH）:
4、创建矩形面4，定名为Rectangle4，长宽差异为L4、W2，坐标原点（D2+W2，D1+W1+D5+W2+D6，SubH）:
5、创建矩形面5，定名为Rectangle5，长宽差异为L5、W2，坐标原点（D2+L4，D1+W1+D5+2*W2+D6，SubH）:
6、创建矩形面6，定名为Rectangle6，长宽差异为L4、W2，坐标原点（D2+W2，D1+W1+D5+2*W2+D6+L5，SubH）:
7、创建矩形面7，定名为Rectangle7，长宽差异为L2、W2，坐标原点（D2，D1+W1+D5+2*W2+D6+L5，SubH）:
8、创建矩形面8，定名为Rectangle8，长宽差异为L4、W2，坐标原点（D2+W2，D1+W1+D5+W2+D6+L5+L2，SubH）:
9、创建矩形面9，定名为Rectangle9，长宽差异为L5、W2，坐标原点（D2+L4，D1+W1+D5+2*W2+D6+L5+L2，SubH）:
10、创建矩形面10，定名为Rectangle10，长宽差异为L4、W2，坐标原点（D2+W2，D1+W1+D5+2*W2+D6+2*L5+L2，SubH）:
11、创建矩形面11，定名为Rectangle11，长宽差异为L2、W2，坐标原点（D2，D1+W1+D5+2*W2+D6+2*L5+L2，SubH）:
12、创建矩形面12，定名为Rectangle12，长宽差异为L1、W2，坐标原点（D2+W2，D1+W1+D5+W2+D6+2*L5+2*L2，SubH）；
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（8）创建天线与GND参考层麇集面（替代过孔）创建矩形面13，定名为Gnd_via，该平面在yoz平面，单击器用栏上的下拉列表框，遴荐XZ，创建该平面，其长度和宽度差异为SubH和W1;
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（9）并吞以上天线及相接GND的平面，酿成天线模子按住Ctrl键，一次单击操作历史树sheets下的Rectangle1-12和Gnd_Via，然后从主菜单栏中遴荐Modeler-->Boolean-->Unite高唱，或单击器用栏上的按钮，推论并吞操作。并吞生成的新物体称号为Antenna。
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（10）确立倒F天线模子为理念念导体选中sheets下的Antenna选项，右键单击，选中Assign Boundary-->Perfect E高唱，修更称号为PerfE_Antenna，OK。
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2）确立激发形势因为天线的输入端口位于模子的里面，是以需要使用集总端口激发。
在天线的馈线（即矩形面3 FeedLine）底端和接地板之间创建一个平行于yz平面的矩形面，将其行动天线的激发端口面，如图矩形面6，然后确立该激发端口面的激发形势为集总端口激发。
阐述责任平面在yz平面，创建矩形面，定名为Feed_Port:
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确立激发，在操作历史树sheets下单击Feed_Port，选中矩形面，然后鼠标右键，Assign-->Lumped Port高唱，掀开终局驱动求解类型下集总端口确立对话框。
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Port Name 选项默许为1，底下的Conductor选项确立端口参考地，这里选中GND对应复选框，OK，完成集总端口激发委果立，完成后，确立的集总端口称号1会自动添加到工程树Excitations下，1是集总端口激发称号，Antenna_T1是终局线称号：双击Excitations节点下的端口激发称号1，掀开Lumped Port 对话框，阐述端口阻抗为50Ω。双击终局线称号Antenna_T1，掀开Terminal对话框，称号不错改为T1，阐述其归一化阻抗亦然50Ω。
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3）确立限制条目使用HFSS分析天线问题时，必须确立发射限制条目，且发射名义和天线之间的距离需要不小于1/4个责任波长。2.4GHz天线波长为16mm。
在本瞎想中确立一个长方体模子的名义为发射名义，当先创建一个长方体模子AirBox，该长方体模子各个名义和介质层Substrate名义之间的距离齐大致在1/2个责任波长，然后把该长方体模子的全部名义齐确立为发射限制条目。（注：发射名义到天线距离会影响仿真成果）
确立面前责任平面为xy，创建Box，定名为AirBox:
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长方体模子AirBox创建好之后，右键单击操作历史树Solids节点下的AirBox选项，Assign Boundary-->Radiation（发射）高唱，掀开对话框，保抓默许确立不变，OK，即把长方体模子的名义确立为发射限制条目。
确立完成后，发射限制条目的默许称号Rad1会自动添加到工程树的Boundaries节点下。
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4）求解确立所瞎想的倒F天线责任于2.4GHz，中心频率为2.44GHz，是以求解频率不错确立为2.44GHz，同期添加1.8G-3.2GHz的扫频确立，遴荐插值（Interpolating）扫描类型，分析天线在1.8-3.2GHz频段内的回波损耗和输入阻抗等性能。
A.求解频率和网格理会确立
右键单击工程树下的Analysis节点，在弹出的快捷菜单中遴荐Add Solution Setup-->Advanced高唱，掀开对话框，确立如下：
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B.扫频确立，张开Analysis 下Setup1，右键，遴荐Add Frequency Sweep 高唱，掀开Edit Sweep对话框，确立如下：
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OK
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5）瞎想查验和运行仿真野心HFSS-->Validation Check
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右键单击Analysis，遴荐Analysis All高唱脱手仿真野心。
6）稽查天线参数性能仿真分析完成后，在数据后解决部分梗概稽查天线的各项性能参数。
A.通过稽查天线的回波损耗（S11），即可看出天线的谐振频率。右键单击工程树Result节点，在弹出的快捷菜单中遴荐Create Terminal Solution Data Report-->Rectangular Plot 高唱，掀开辟扬对话框：
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查对对话框左侧Solution 选项选的是Setup1：Sweep，在Gategory列表框中选中Terminal S Parameter 选项，在Quantity列表框中选中St(Antenna_T1， Antenna_T1)，在Function列表框中选中dB选项。
然后单击New Report，再单击Close，即可生成下图S11分析成果：
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右键添加mark点：
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从成果发扬中不错看出，天线谐振频率为2.42GHz，10dB带宽约为168MHz，在2.45GHz时，S11=-18.4dB。
B.稽查天线的输入阻抗
在直角坐标系下和Smith原图下差异稽查天线的输入阻抗随频率的变化关系。
眼镜妹 探花右键单击工程树下的Result节点，在弹出的快捷菜单中遴荐Create Terminal Solution Data Report-->Rectangular Polt 高唱，掀开辟扬确立对话框，Solution 相通遴荐Setup1：Sweep，在Category列表中遴荐Terminal Z Parameter， Quantity 遴荐Zt（Antenna_T1， Antenna_T1），Function 中遴荐im和re， 示意同期稽查输入阻抗的虚部（电抗部分）和实部（电阻部分）。
然后单击New Report，再单击Close，即生成天线输入阻抗成果的发扬：
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添加mark点：
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从发扬中不错看出，在2.4GHz频率上，天线的输入阻抗为（45.4318-j12.8978）Ω，可见此时天线的输入阻抗在2.4GHz时和50Ω匹配细密。在2.44GHz时阻抗依然偏小；
再次右击Result， Create Terminal Solution Data Report-->Smith Chart 掀开确立对话框，Solution 相通遴荐Setup1：Sweep，在Category列表中遴荐Terminal S Parameter， Quantity 遴荐St（Antenna_T1， Antenna_T1），Function 中遴荐none。
然后单击New Report，再单击Close，即生成Smith圆图泄漏的天线输入阻抗成果发扬：
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发扬中不错看出，在2.4GHz频率上，天线的归一化输入阻抗为（0.9934-0.3401i）Ω。
C.稽查天线的标的图
这里稽查天线的三维增益标的图。天线标的图是在远场区详情的，当稽查天线的远区场分析成果时，当先需要界说发射名义。
右键工程树下的Radiation节点，在弹出的快捷菜单中遴荐Insert Far Field Setup-->Infinite Sphere 高唱，掀开Far Field Radiation Sphere Setup 对话框，界说发射名义：
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点击OK界说称号为Infinite Sphere 3D的发射名义添加到Radiation下。
稽查三维增益标的图：右键单击工程树下的Result节点，在弹出的快捷菜单中遴荐Create Far Fields Report -->3D Polar Plot 高唱，掀开确立对话框，在Geometry遴荐Infinite Sphere 3D，在Category列表中遴荐Gain， Quantity 遴荐GainTotal，Function 中遴荐dB。
然后单击New Report，再单击Close，即生成倒F天线的三维增益标的图：
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7）确立优化模块在阻抗匹配发扬中，中心频率2.44GHz处的阻抗偏小，分析介质层厚度SubH对阻抗匹配的影响；
添加介质层厚度SubH为扫描变量，使用参数扫描分析功能仿真分析给出的变量在0.4mm到1.2mm变化时输入阻抗的变化。
（1）、添加优化参数变量右键单击工程树下的Optimetrics节点，在弹出的快捷菜单中遴荐Add-->Parametric高唱，掀开Setup Sweep Analysis对话框。单击该对话框中的Add按钮，掀开Add/Edit Sweep对话框，在Variable下拉列表中遴荐变量L，遴荐Linear step 单选按钮，填写其他参数，点击Add按钮，OK，循序详情完成添加参数扫描操作。
完成后参数扫描分析项的称号会自动添加到工程Opetmetrics下，其默许称号为ParametricSetup1.
（2）、运行参数扫描分析右键单击张开工程树下Optimetrics节点下的ParametricSetup1选项，遴荐Analyze 高唱，运行参数扫描分析，技能较长。
（3）、稽查分析成果右键Result节点，Great Terminal Solution Data Report-->Rectangular Plot 高唱，在Category列表中遴荐Terminal Z Parameter， Quantity 遴荐Zt（Antenna_T1， Antenna_T1），Function 中遴荐im和re。
然后单击New Report，再单击Close，即生成一组输入阻抗成果发扬：
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当介质层厚度SubH为0.6mm，天线阻抗为（62.2542-j28.7801）Ω，依然大于50Ω，不错分析出介质层厚度对天线阻抗的影响，介质层厚度在0.6-0.8mm之间较好，不错更好的匹配50Ω的阻抗。
8）优化分析优化确立分析不错依此类推，优化各式模子参数对天线性能的影响，比如发射名义到天线的距离对S参数的影响等等；
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