【案例分析】經(jīng)典HFSS仿真實例詳解
2016-10-08 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
關(guān)于仿真軟件HFSS相信大家多少都有聽過,這是一款非常強大好用的仿真軟件,已經(jīng)被應用于多個領(lǐng)域,當然,天線設計也離不開仿真軟件。本期小編為大家?guī)淼氖墙?jīng)典天線——對稱振子天線仿真。
下面我們先來看看軟件的簡介。
HFSS – High Frequency Structure Simulator,Ansoft公司推出的三維電磁仿真軟件,目前已被ANSYS公司收購;是世界上第一個商業(yè)化的三維結(jié)構(gòu)電磁場仿真軟件,業(yè)界公認的三維電磁場設計和分析的工業(yè)標準。HFSS提供了一簡潔直觀的用戶設計界面、精確自適應的場解器、擁有空前電性能分析能力的功能強大后處理器,能計算任意形狀三維無源結(jié)構(gòu)的S參數(shù)和全波電磁場。
HFSS軟件擁有強大的天線設計功能,它可以計算天線參量,如增益、方向性、遠場方向圖剖面、遠場3D圖和3dB帶寬;繪制極化特性,包括球形場分量、圓極化場分量、Ludwig第三定義場分量和軸比。使用HFSS,可以計算:
① 基本電磁場數(shù)值解和開邊界問題,近遠場輻射問題;
② 端口特征阻抗和傳輸常數(shù);
③ S參數(shù)和相應端口阻抗的歸一化S參數(shù);
④ 結(jié)構(gòu)的本征?;蛑C振解。
而且,由Ansoft HFSS和Ansoft Designer構(gòu)成的Ansoft高頻解決方案,是目前唯一以物理原型為基礎(chǔ)的高頻設計解決方案,提供了從系統(tǒng)到電路直至部件級的快速而精確的設計手段,覆蓋了高頻設計的所有環(huán)節(jié)。
下面我們先來看看建立HFSS工程的一般過程。
(1) 首先第一步是運行Ansoft HFSS:

(2) 然后單擊下圖紅框處圖標,在當前工程中插入一個設計:


(3) 選擇求解類型,如下圖:

(4) 為建立模型設置合適的單位,如下圖:

(5) 在3D窗口中建立模型。
(6) 設置需要的輻射邊界。
(7) 如果選擇激勵求解或激勵終端求解,則需要為模型設置激勵。
(8) 設置求解頻率及掃頻操作等。
(9) 點擊下圖按鈕,檢查當前工程的有效性。

(10) 點擊下圖按鈕,求解當前工程。

(11) 對已求解的工程創(chuàng)建結(jié)果報告。
以上就是建立HFSS工程的一般過程,我們進入正題:對稱振子天線仿真。
對稱振子天線不僅是一種結(jié)構(gòu)簡單的基本天線,而且是一種經(jīng)典的、迄今為止采用最廣泛的天線。單個半波對稱振子可以簡單地單獨使用或做拋物面天線的饋源,也可采用多個半波對稱振子組成天線陣。兩臂長度相等的振子叫做對稱振子。每臂長度為四分之一波長,全場為二分之一波長的振子,稱半波對稱振子。
仿真過程如下:
1、 建立新的工程。
2、 設置求解類型


3、 設置模型單位


4、 設置模型默認材料
在工具欄中設置模型的下拉菜單中點擊Select ,在設置材料窗口中選擇copper材料。

5、 創(chuàng)建對稱振子模型
(1) 創(chuàng)建ring_1。
在菜單欄中點擊Draw>Cylinder,畫一個半徑0.31高5的圓柱體(命名ring_inner)

然后使用相同的命令與方法在同一中心坐標點位置畫出另一個圓柱體(命名ring_1),半徑0.37高5,再使用命令3D Modeler>boolean>subtract ,用大圓柱體減去小圓柱體(如下圖)

效果圖如下:

(2) 使用相同的辦法創(chuàng)建ring_2
圓柱中心坐標相同,大圓柱半徑0.5,小圓柱半徑0.435,高度都是5
效果如下圖:

(3) 創(chuàng)建Arm_1
在菜單欄中點擊Draw>Box;
然后在右下角的坐標欄輸出長方體的起始點位置坐標。
X:-0.1 Y:-0.31 Z:5.0
接著輸入長方體X、Y、Z三個方向尺寸。
dX:0.2 dY:-4.69 dZ:-0.065
并命名為Arm_1
模型如下:

(4) 創(chuàng)建Center pin

模型如下圖:

(5) 創(chuàng)建Arm_2
在菜單欄中點擊Draw>Box;
然后在右下角的坐標欄輸出長方體的起始點位置坐標。
X:-0.1 Y:0.0 Z:5.1
接著輸入長方體X、Y、Z三個方向尺寸。
dX:0.2 dY:5.0 dZ:-0.065
并命名為Arm_2
模型如下圖:

(6) 創(chuàng)建Grounding pin

模型如下:

6、 創(chuàng)建波端口
(1)創(chuàng)建波端口圓面模型

(2)設置波端口。

7、 創(chuàng)建輻射邊界
(1) 設置默認材料
在工具欄中設置模型的默認材料為真空(vacuum)。
(2) 創(chuàng)建Air
Draw>Box
坐標如下:
X:-5 Y:-10.0 Z:0.1
接著輸入長方體X、Y、Z三個方向尺寸。
dX:10.0 dY:20.0 dZ:12.0
并命名為Air
(3) 設置輻射邊界
選剛剛畫的盒子Air;
在菜單中點擊HFSS >Boundaries>assign>Radiation,然后單機OK。
8、 創(chuàng)建地板
(1) 在菜單中點擊Edit>Select>faces;
(2) 選擇Air中Z=0的下底面
(3) HFSS >Boundaries>assign>Finite Conductivity
設置如下圖:

9、 輻射場角度設置
(1) 在菜單中點擊HFSS > Radiation>Insert Far Field Setup>Infinite Sphere。
設置如下圖:

10、 設置求解
為該問題設置求解頻率及掃頻范圍。
(1) 設置求解頻率。
在菜單中點擊HFSS>Analysis Setup>Add Solution Setup。
設置如下圖:

(2) 設置掃頻
HFSS>Analysis Setup>Add Solution Sweep。
設置如下圖:

11、 求解該工程
在菜單欄中點擊HFSS>Analyze.
12、 后處理操作
(1)S參數(shù)

導出圖如下:

對稱振子的反射系數(shù)曲線圖
從圖中能讀出,天線工作的中心頻率為0.55GHz,反射系數(shù)約為-16.03dB
(2)2D輻射遠場

導出圖如下:

從圖中讀出,天線最大輻射方向出現(xiàn)在俯角θ=0處(正Z方向)
小編在這里先謝過耐心讀完全文的各位小伙伴~希望這些干貨能對大家有所幫助!
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