天線增益優化
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
天線增益優化的視頻教程
Altair HyperStudy?/ Altair FEKO?：天線設計優化一體化仿真網絡研討會
內容大綱： 1）天線多參數優化的必要性 2）HyperStudy?+FEKO?天線多參數優化方案的特點與特色 3）天線優化設計的應用與仿真流程展示
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天線增益優化的實例教程
延申
如上，介紹了利用相位調控超表面實現喇叭天線增益的提高，通過仿真實踐，可以看出效果確實顯著，但是對加載相位調控超表面前后的喇叭天線近場的深入研究，可以發現，還是有一些地方有待進一步優化：
單元小型化設計，提高調控精度：觀察調控后的相位分布，發現相位存在波動，波動周期與單元周期大致相仿，單元的小型化設計，可以進一步提高相位調控精度，有可能進一步提高天線增益；
對于邊緣單元尺寸的進一步優化，提高口徑邊緣相位調控效果：觀察上文中的相位調控結果可知，中央區域相位調控效果較好，等相位面相對較為平坦，邊緣區域相位于中央區域還有較大差距，分析原因應為邊緣單元周期性被破壞，相位調控與目標有一定偏差。針對邊緣單元進行二次優化，有可能會進一步提供天線增益；
總結
本文圍繞著天線增益提高的目的，基于相位調控超表面技術，對其工作機理、設計過程、優化效果進行了詳細的介紹，附帶的參考文獻、仿真模型以及建模腳本等，有助于想要深入研究的同學立即開展相關工作。
文章來源電磁CAEer
展開 前言
平板高增益天線是一種基于微帶貼片或陣列結構設計的高性能定向天線，憑借其高增益、低剖面、輕量化及易于集成的特性，廣泛應用于現代無線通信領域。在移動通信基站部署中，其窄波束、強方向性的特點可有效提升信號覆蓋范圍與抗干擾能力，適用于城市密集區域或偏遠地區的信號中繼。衛星通信場景中，平板天線通過高增益特性增強對低軌道衛星的穩定追蹤能力，支撐衛星互聯網、應急通信等業務。在物聯網領域，其緊湊結構適合嵌入智能設備，滿足工業物聯網、車聯網對低功耗、遠距離傳輸的需求。此外，在無人機圖傳、軍事偵察、雷達探測等場景中，平板高增益天線可兼顧空間限制與高性能通信需求，成為新一代無線系統的重要組件。本設計給出一款工作在中心頻率5.8GHz的并聯饋電平板陣列天線，實現定向輻射，增益達到18.6dBi，半功率波束寬度約19deg，并且在最大輻射方向上交叉極化極低。
關鍵詞：平板天線 定向輻射 高增益 低剖面
單元設計
天線單元選擇經典的貼片天線，為有效調整阻抗，在貼片邊沿嵌入一個缺口，設置波端口，并且嵌入操作，時的貼片的邊沿阻抗和微帶線的特征阻抗數值相等，即將邊沿阻抗優化到100+j*0的情況。
圖1 單元結構
圖2 邊沿阻抗
圖3 波端口歸一化100的S11
圖4 單元增益7.3dBi
圖1給出了單元的模型，將饋電的波端口嵌入設置，優化后的端口阻抗如圖2，實部約108歐姆，虛部接近0，然后將端口歸一化阻抗到100，得到S11如圖3，可以看到此時匹配良好，得到圖4的增益大約7.3dBi，符合常規貼片天線的性能。
展開 EDFA的增益依賴于波長，即某些波長被放大比其它波長更多。增益平坦濾波器將所有波長恢復到大約相同強度。OptiSystem擁有增益平坦濾波器優化引擎。
1.建模任務
WDM發射器生成八個信道從195 THz到196.4 THz，每個信道的功率為-20 dBm。增益平坦濾波器組件放置在EDFA之后，它將使增益平坦化。
2.仿真步驟
下圖所示為光路圖。
WDM發射器、WDM復用器和WDM解復用器分別設置八個信道，頻率從195THz 開始，信道間隔20GHz，每個信道的功率為-20 dBm。
WDM發射器設置
WDM復用器設置
WDM解復用器設置
下圖顯示了優化的主要參數。優化將運行10次，目標是在1500至1600 nm范圍內產生0.1 dB的增益紋波。濾波器的最小傳輸值為-40 dB，最大值為-0.1 dB。濾波器的傳輸值將在濾波器中定義的用戶定義頻率下進行優化。組件選項卡應選擇過濾器組件，可視化工具選項卡應選擇雙端口分析器。
設置優化
優化參數設置
優化元件選擇增益平坦濾波器
可視化工具選項卡應選擇雙端口分析器
為了運行優化，只需計算項目即可。請確保已啟用“Runalloptimation”選框。在計算過程中，用戶可以單擊Optimization選項卡并可視化優化的進度，如下圖。
在這個特定的項目中，我們在報告頁面中有增益平坦濾波器前后的信號。我們還可以通過查看濾波器“傳輸”參數，使用WDM分析儀可視化放大器的總體增益和濾波器傳輸值的值。
1.仿真結果
關閉運行窗口，查看運行結果，如下圖。
A）平坦濾波前 B)平坦濾波后
展開 摘要
在增強現實和混合現實應用（AR/MR）領域的波導器件的設計過程中，準確計算可實現的光學性能是其主要任務之一。除了空間和角度均勻性外，一個非常重要的量是調制傳遞函數（MTF），它可以評估最終器件的分辨率能力。在本例中，我們指出了衍射和相干效應對計算得到的MTF精度的影響。我們會進一步說明，一個準確和快速的包含這些影響的計算需要在一個單一平臺上結合高度交互性的模擬技術。這也使用戶能夠無縫地控制復雜光學系統的精度和速度間的平衡。
任務說明書
任務：如何準確計算波導的MTF？需要考慮哪些影響？
布局和初始參數：
耦入耦合器
·理想光柵
·380 nm周期
·效率+1級次：50%
·效率0級次：50%（用于背面照明）
耦出耦合器
·二元光柵
·380 nm周期
·高度：50 nm
·填充系數：50%
光瞳擴展器
·二元光柵
·268.7nm周期
·高度50 nm
·填充系數50%
仿真與設置：單平臺交互性
連接建模技術：光源
光源引擎模型
·光束類型：平面波束
·直徑：3mm（圓形）
·偏振：線偏振
·波長：532 nm
·帶寬：0 nm、1 nm、10 nm
針對具有有限帶寬（時間相干性）的光源的可用建模技術：
在此設置中，有兩種不同的技術對光源建模，每種技術的優缺點將在文檔中討論。
建模技術的單平臺交互性
每束光束在復雜系統中傳播時都與不同類型的光學元件相互作用。因此，一個精確的模型需要算法的無縫交互性，以便能夠處理以下出現的所有方面：
1. 光柵（耦入耦合器、光瞳擴展器、耦出耦合器）
2. 自由空間
展開 EDFA的增益依賴于波長，即某些波長被放大比其它波長更多。增益平坦濾波器將所有波長恢復到大約相同強度。OptiSystem擁有增益平坦濾波器優化引擎。
1. 建模任務
WDM發射器生成八個信道從195 THz到196.4 THz，每個信道的功率為-20 dBm。增益平坦濾波器組件放置在EDFA之后，它將使增益平坦化。
2. 仿真步驟
下圖所示為光路圖。
WDM發射器、WDM復用器和WDM解復用器分別設置八個信道，頻率從195THz 開始，信道間隔20GHz，每個信道的功率為-20 dBm。
WDM發射器設置
WDM復用器設置
WDM解復用器設置
下圖顯示了優化的主要參數。優化將運行10次，目標是在1500至1600 nm范圍內產生0.1 dB的增益紋波。濾波器的最小傳輸值為-40 dB，最大值為-0.1 dB。濾波器的傳輸值將在濾波器中定義的用戶定義頻率下進行優化。組件選項卡應選擇過濾器組件，可視化工具選項卡應選擇雙端口分析器。
設置優化
優化參數設置
優化元件選擇增益平坦濾波器
可視化工具選項卡應選擇雙端口分析器
為了運行優化，只需計算項目即可。請確保已啟用“Run all optimation”選框。在計算過程中，用戶可以單擊Optimization選項卡并可視化優化的進度，如下圖。
在這個特定的項目中，我們在報告頁面中有增益平坦濾波器前后的信號。我們還可以通過查看濾波器“傳輸”參數，使用WDM分析儀可視化放大器的總體增益和濾波器傳輸值的值。
3. 仿真結果
關閉運行窗口，查看運行結果，如下圖。
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EDFA的增益依賴于波長，即某些波長被放大比其它波長更多。增益平坦濾波器將所有波長恢復到大約相同強度。OptiSystem擁有增益平坦濾波器優化引擎。
1. 建模任務
WDM發射器生成八個信道從195 THz到196.4 THz，每個信道的功率為-20 dBm。增益平坦濾波器組件放置在EDFA之后，它將使增益平坦化。
2. 仿真步驟
下圖所示為光路圖。
WDM發射器、WDM
EDFA的增益依賴于波長，即某些波長被放大比其它波長更多。增益平坦濾波器將所有波長恢復到大約相同強度。OptiSystem擁有增益平坦濾波器優化引擎。
1.建模任務
WDM發射器生成八個信道從195 THz到196.4 THz，每個信道的功率為-20 dBm。增益平坦濾波器組件放置在EDFA之后，它將使增益平坦化。
2.仿真步驟
下圖所示為光路圖。
WDM發射器、WDM復用器和
前言
平板高增益天線是一種基于微帶貼片或陣列結構設計的高性能定向天線，憑借其高增益、低剖面、輕量化及易于集成的特性，廣泛應用于現代無線通信領域。在移動通信基站部署中，其窄波束、強方向性的特點可有效提升信號覆蓋范圍與抗干擾能力，適用于城市密集區域或偏遠地區的信號中繼。衛星通信場景中，平板天線通過高增益特性增強對低軌道衛星的穩定追蹤能力，支撐衛星互聯網、應急通信等業務。在物聯網領域，其緊湊結構適合嵌入智能設備
<p><span style="color: rgb(0, 0, 0);"> 工程師 、研究人員和科研人員們一直在努力改進設計，電磁行業仿真工程師也不例外。“如何獲得最優形狀？”每一位工程師都會產生這樣的疑問，形狀優化技術應運而生，尺寸優化是目前比較常見的優化技巧，形狀優化是尺寸優化的延伸，不僅需要考慮尺寸更改，還涉及到形狀的總體改變。結構的形狀受控于一組設計參數
EDFA的增益依賴于波長，即某些波長被放大比其它波長更多。增益平坦濾波器將所有波長恢復到大約相同強度。OptiSystem擁有增益平坦濾波器優化引擎。
1. 建模任務
WDM發射器生成八個信道從195 THz到196.4 THz，每個信道的功率為-20 dBm。增益平坦濾波器組件放置在EDFA之后，它將使增益平坦化。
2. 仿真步驟
下圖所示為光路圖
摘要
在增強現實和混合現實應用（AR/MR）領域的波導器件的設計過程中，準確計算可實現的光學性能是其主要任務之一。除了空間和角度均勻性外，一個非常重要的量是調制傳遞函數（MTF），它可以評估最終器件的分辨率能力。在本例中，我們指出了衍射和相干效應對計算得到的MTF精度的影響。我們會進一步說明，一個準確和快速的包含這些影響的計算需要在一個單一平臺上結合高度交互性的模擬技術
EDFA的增益依賴于波長，即某些波長被放大比其它波長更多。增益平坦濾波器將所有波長恢復到大約相同強度。OptiSystem擁有增益平坦濾波器優化引擎。
1. 建模任務
WDM發射器生成八個信道從195 THz到196.4 THz，每個信道的功率為-20 dBm。增益平坦濾波器組件放置在EDFA之后，它將使增益平坦化。
2. 仿真步驟
下圖所示為光路圖。
提高天線增益成為天線設計優化的一個重要方向，具體的實現的方式有多種多種形式：1）基于陣列天線；2）基于電磁帶隙結構；3）基于諧振腔結構；4）基于相位補償超表面；5）基于介質透鏡...。
Ansys HFSS是一款針對任意三維結構的全波高頻電磁場仿真工具，可提供電場、磁場、電流、 S/Y/Z 參數、TDR、近/遠場、時/頻域等仿真結果。HFSS在高頻器件設計方面擁有全球最大的用戶群，成為當之無愧的三維電磁場仿真的黃金標準工具，現已廣泛應用于航空航天、電子、半導體、汽車、通信、醫療儀器等多個領域。下面將以車載天線為仿真案例，綜述HFSS在汽車領域的仿真方案、技術優勢以及商業價值。
Ansys HFSS是一款針對任意三維結構的全波高頻電磁場仿真工具，可提供電場、磁場、電流、 S/Y/Z 參數、TDR、近/遠場、時/頻域等仿真結果。HFSS在高頻器件設計方面擁有全球最大的用戶群，成為當之無愧的三維電磁場仿真的黃金標準工具，現已廣泛應用于航空航天、電子、半導體、汽車、通信、醫療儀器等多個領域。下面將以車載天線為仿真案例，綜述HFSS在汽車領域的仿真方案、技術優勢以及商業價值
