第 31 卷第 2011 年 12 期 6 月 杭 州 电 子 科 技 大 学 学 报 Journal of Hangzhou Dianzi University Vol． 31 ， No． 6 Dec． 2011 应用 HFSS-MATLAB-API 设计圆极化微带天线 曲 恒，高洪涛 ( 杭州电子科技大学电子信息学院，浙江 杭州 310018) 摘要: 高频结构电磁场仿真软件具有使用 vbs 脚本语言建模的功能，而矩阵实验室不仅具有语言简 单，便于读写，还有完备的科学计算和建模功能 。 两软件接口程序的存在，弥补了传统高频结构电 磁仿真软件建模的不足，可以为设计复杂天线，或者器件做快速化建模 该文介绍了使用该接口， 。 完成对 2． 45GHz 圆极化微带天线的脚本化设计，不仅给出详细的脚本程序的设计框架，也为其他 更为复杂的设计对象设计做出铺垫，相信这必将进一步引起天线设计者的重视 。 关键词: 射频识别; 协同仿真; 圆极化; 微带天线 中图分类号: TN957 文献标识码: A 文章编号: 1001 － 9146( 2011) 06 － 0009 － 04 0 引 言 高频结构电磁场仿真软件( High Frequency Structure Simulator ， HFSS ) 是 20 世纪 60 年代出现的三维 微波仿真软件，对微波工程应用有极大的促进作用［ ］，尤其是在天线设计仿真应用极其广泛 1 由于使 。 用矩阵实验室［ ］( 2 Matrix Laboratory ， MATLAB ) 协同 HFSS 仿真，需要具备一定的程序读写基础，还要相 在目前国内射频识别，北斗定位系统， 当熟悉 物联网等产业蓬勃发展的今天，对高性能，低成本天线的需求越来越明显，势必会出现复杂的天线，如渐 国内目前研究的人很少，也没有可以查找的文献 HFSS。 。 变缝隙天线 仅仅使用 。 HFSS 单独建模，过程及其繁杂，还有很大的误差［ ］ 3 在文献 。 4 的基础上，本文 完成了一种谐振于 2． 45GHz 的圆极化微带天线 。 1 设计方案 使用圆形贴片进行设计圆极化天线，已知辐射圆半径有如下关系［ ］: 5 r = ［ ln 0． 2h εrk 1 + 槡 8． 794 fr ε槡 r 该过程的计算中利用 MATLAB 为了考虑低成本，使用 k = k ( ) k 0． 2h + 1． 772 6 ］ ( ) 1 ( ) 2 来计算，并把计算出来的参数直接用来建模，克服了 无科学计 ，用同轴线馈电，馈电点在 HFSS 算的缺点 ( 4. 8mm 。 ， 4． 8mm 基板，其 FR04 εr = 4． 4 ，厚度为 1． 6mm ) 处 。 设计过程分 MATLAB 环境设计和 HFSS 环境设计两部分 。 收稿日期: 2011 － 10 － 18 作者简介: 曲恒( 1985 － ) ，男，山东烟台人，在读研究生，电磁场与微波技术 ． 

01 杭 州 电 子 科 技 大 学 学 报 年 2011 环境设计过程如下: ( ) 设置路径; ( 1 2 ) 计算未知参量，定义已知参量; ( ) 接收参量建 MATLAB ］; ( 模［ 6 4 ) 分配边界条件; ( 环境设计过程如下: ( HFSS 5 ) 设置激励; ( ) 运行 6 ) 设置辐射边界条件; ( ; ( 自动连接 文件生成 ) 运行 7 vbs ) 调整参数运行仿真; ( m 1 vbs HFSS 2 3 脚本 。 ) 进行优化; 3 ) 得到最优结果 ( 4 。 天线结构示意图如图 所示: 1 图 1 天线结构示意图 2 仿真结果 通过上述的过程得到最终的结果，在 r = 16． 2mm ， w = 11mm ， l = 6． 8mm ， g = 1mm ， R = 0． 5g 的时候， 取得最优化结果 。 的结果如图 所示: 2 S11 图 2 回波损耗示意图 

曲 恒等: 应用 HFSS-MATLAB-API 设计圆极化微带天线 11 第 6 期 从图 2 的阻抗匹配模式 。 可以看出按照回波损耗小于 － 10dB 因此该天线能很好地满足于 ，回波损耗的谐振模式在频率为 2． 4 － 2． 5GHz 内有良好 RFID 的应用［ ］ 7 。 ， H E 面在 2． 45GHz 的辐射方向图如图 所示: 3 图 3 E 面、H 面示意图 从图 3 可以看到该天线的 面和 E H 面［ 8 ］辐射方向比较稳定，该辐射方向辐射宽度较宽 ， 9 最后，得 。 到轴比的仿真结果如图 所示: 4 图 4 轴比示意图 从图 4 可以看出，该天线的轴比在小于 的带宽可以达到 3dB 0． 038GHz ，因此所设计的天线的完全 可以满足射频识别的应用 。 并且该天线在尺寸相同的情况下，相比同尺寸的天线［ ］， 10 小于 － 10dB S11 

21 杭 州 电 子 科 技 大 学 学 报 年 2011 的带宽要宽 0． 01GHz ，轴比带宽要宽 0． 005GHz。 并且设计过程完全在 MATLAB 环境下，具有数值处理 方便，快速化建模，易于实现模块化组阵等特点 。 3 结束语 本文提出了使用 HFSS-MATLAB-API 接口程序，对圆极化天线的设计，仿真 给出了完备的过程， 。 得到最终的理想的仿真结果，该天线的指标能够满足射频识别天线的要求 本文不仅从理论上证明脚 。 本程序的可实现性，而且给出详细的设计框架，弥补国内这方面资料的匮乏 。 参考文献 电磁仿真设计应用详解［ M ］ ． 北京: 人民教育出版社， 2010 : 1 － 5． Sergey N． Makarov． Antenna and EM Modeling with MATLAB Vijay Ramasami． HFSS-MATLAB-SCRIPTING-API EB /0L ． HFSS 原理与工程应用［ M ［ ］ ． ］ ， Bhartia P． Microstrip Antenna ］ ［ M ， Mass 北京: 电子工业出版社， ． Dedham 语言宝典［ M ］ ． : 1 － 18． 2009 : Join Wiley＆Son ， 2002 : 10 － 20． ］ ［ M 北京: 科学出版社， ． New York : 2009 79 － 82． ， 2011 － 10 － 18． ． www． cresis． ku． edu : : Artech House ， 1980 100 － 120． ． HFSS ［ ］ 李明洋 1 ［ ］ 2 ［ ］ 谢拥军，刘莹，李磊，等 3 ［ ］ 4 ［ ］ 5 ［ ］ 迟剑，刘艳飞 ． C 6 ［ ］ 周晓光，王晓华 7 ［ ］ 卢万铮 8 ［ ］ 9 John D Kraus Bahl I J ． ． 射频识别技术原理与应用实例［ M ］ ． 北京: 人民邮电出版社， 2006 : 9 － 22． 天线理论与技术［ M ］ ． 西安: 西安电子科技大学出版社， : 1 － 20． ， Ronald J Marhefka． Antennas : For all Aplications ． American : The McGraw-Hill Companies ， 2006 : 1 2004 ］ M ［ － 15． ［ ］ 田晓青，刘少斌，张学勇，等 10 ］ 基于北斗导航系统的一种圆极化微带天线［ J ． ． 信息化研究， 2011 ( ， 37 ) : 2 22 － 28． Use HFSS-MATLAB-API Design HCP Microstrip antenna QU Heng GAO Hong-tao ， ( School of Electronics Information ， Hangzhou Dianzi University ， Hangzhou Zhejiang 310018 ， China ) : Abstract The software HFSS can run vbs scripts． The software MATLAB is not only easy to write and read ， but also has the perfect data compute and build model functions． The HFSS-MATLAB-API is a scripting inter- ， which can solve the shortage of the HFSS face ， can build complex antenna models and other microwave de- vices quickly． This paper introduces how to use the toolbox to generate a 2． 45GHz HCP antenna ， give the de- tailed design framework ， so that people can see the tool's efficient ， to solve more complex objects． Key words : ; RFID co-simulation ; ; HCP microstrip antenna