HFSS（High-Frequency Structure Simulator）是一款由美国ANSYS公司开发的电磁场仿真软件，旨在模拟微波和无线电频率范围内的三维电磁场分布和相应的传输特性。

该软件主要用于分析和设计高频电子器件和电路，如天线、微波电路、滤波器、射频（RF）和毫米波（mmWave）电路、光学元器件等等。它可以帮助工程师优化电子器件的性能、改进设计并预测器件在实际应用中的表现。

HFSS使用有限元法（FEM）和时域有限差分法（FDTD）等算法来模拟电磁场。它具有高精度、高效率、高度可自定义等特点。除了模拟和分析电磁场之外，HFSS还可以生成三维模型，进行参数化设计、优化、特征提取等多种功能。

微带贴片天线（Microstrip Patch Antenna）是一种常见的平面天线，具有小型化、轻便化、低成本、易于制造、易于集成等优点，在现代通信、雷达、卫星通信、移动通信等领域得到广泛应用。

微带贴片天线由四个主要部分组成：导电贴片（Patch）、基板（Substrate）、接地平面（Ground Plane）和馈电点（Feed Point）。

导电贴片是微带贴片天线最重要的组成部分，通常是一个导电材料的薄片，通过尺寸和形状调节工艺可以获得所需的频率和辐射特性。基板通常由介电常数较高的材料（如FR-4、PTFE、ceramic等）制成，它不仅支撑着导电贴片，还影响着导电贴片的辐射特性。接地平面通常是一个较大的金属片，用于提供天线的基本结构和作为反射面。馈电点是微带贴片天线的一个重要参数，用于将信号输入天线。

微带贴片天线的设计和分析通常采用计算机辅助工具，如电磁场仿真软件HFSS、CST、FEKO等。通过调整导电贴片的尺寸、形状和位置，可以实现不同频率、辐射特性和带宽的微带贴片天线设计。

1、建模仿真微带贴片天线，在介质板无耗的条件下，优化参数，使得中心频率、回波损耗等性能指标满足要求； 中心频率：f0 = 2.45 GHz 回波损耗：S11 ≤ -20dB （2.45 GHz） 回波损耗：S11 ≤ -10dB ∈[2.445GHz,2.455GHz] 2、建模仿真微带贴片天线，在介质板有耗的条件下，查看回波损耗，比较与无耗时的区别，然后调整参数达到匹配效果，查看回波损耗、E面和H面的增益方向图以及三维增益方向图。

1、绘制介质层 设置长LG、宽WG均为75mm，介质厚度1.6mm，材料设置为FR4，并设置为无耗，损耗角正切Loss Tangent=0.

2、绘制微带线 微带线在线计算工具 计算W1 微带天线、微带馈线、微带阻抗变换线厚度均设置为0.035mm，材料设置为copper。尺寸如下图所示：

3、绘制金属地 金属地厚度设置为0.035mm，材料设置为copper。

建模参数如下表所示：

4、添加集总端口激励 在微带馈线和地板之间画一个长方形，选择assign excitation–>Lumped Port绘制积分线。

5、添加空气盒子并设置辐射边界条件 需要注意的是辐射体离盒子要超过四分之一波长，设置好大小后，选择Assign Boundary–>Radiation添加辐射边界条件。建模完成，如下图所示。

俯视图：

6、扫频设置 将Frequency改成2.45GHz，最大迭代次数改为20，频率从2.25GHz到2.65GHz，间隔为0.005GHz，扫描类型选择Fast，如图8所示。（需要注意的是，Step需要设置的小一点，如下图所示）

7、运行仿真并查看结果 查看回波损耗S11曲线是否满足技术指标，若不满足，需要调整W1等参数进行优化以满足技术指标。

8、将介质板改为有耗，重新运行 将上面的HFSS工程复制粘贴到大的project里，并将介质设置为有耗，损耗角正切Loss Tangent=0.02.

9、再次运行仿真并查看结果 查看回波损耗，会发现失配比较厉害，因为介质损耗改变了输入阻抗，需要计算新的W1，如下图所示，调至匹配后，查看回波损耗、E面和H面的增益方向图、三维增益方向图。

1、任务一：介质板无耗 查看回波损耗

2、任务二：介质板有耗 （1）直接运行查看回波损耗

可以看出，失配严重

（2）根据公式计算出新的W1，运行查看结果 ①查看回波损耗

②查看E面和H面的增益方向图

③查看三维增益方向图

三维增益方向图是电磁场仿真结果中常见的一种图像展示方式，用于展示天线在空间中的辐射性能。它显示了天线在不同方向上的增益值，并通过不同颜色的编码方式来区分增益值的大小。

在三维增益方向图中，通常以天线为坐标原点，天线的指向被定义为Z轴的正方向，而XY平面则表示天线的水平方向。根据所选的仿真软件，可能还可以通过旋转、缩放、平移等操作来查看三维增益方向图。

在天线辐射性能的分析中，三维增益方向图是非常有用的工具，可以帮助工程师了解天线在不同方向上的辐射强度，确定天线的主瓣方向和宽度，并优化天线的设计。通过对三维增益方向图的分析，可以获得以下信息：

***以上仅供参考