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2.1 HFSS天线设计流程概述

使用HFSS软件进行天线设计的设计流程如图2.1.1 所示,设计流程中各个步骤的功能分述如下。

①设置求解类型。使用HFSS进行天线设计时,可以选择模式驱动(Driven Modal)求解类型或者终端驱动(Driven Terminal)求解类型。

②创建天线的结构模型。根据天线的初始尺寸和结构,在HFSS模型窗口中创建出天线的HFSS参数化设计模型。另外,HFSS也可以直接导入由AutoCAD、Pro/E等第三方软件创建的结构模型。

③设置边界条件。在HFSS中,与背景相接触的表面都被默认设置为理想导体边界(Perfect E);为了模拟无限大的自由空间,在使用HFSS进行天线设计时,必须把与背景相接触的表面设置为辐射边界条件或者理想匹配层(PML)边界条件,这样HFSS才会计算天线的远区辐射场。

④设置激励方式。天线必须通过传输线或者波导传输信号,天线与传输线或者波导的连接处即为馈电面或者称为激励端口。天线设计中馈电面的激励方式主要有两种,分别是波端口激励(Wave Port)和集总端口激励(Lumped Port)。通常,与背景相接触的馈电面的激励方式使用波端口激励,在模型内部的馈电面的激励方式使用集总端口激励。

图2.1.1 HFSS天线设计流程

⑤设置求解参数,包括设定求解频率和扫频参数,其中,求解频率通常设定为天线的中心工作频率。

⑥运行求解分析。上述操作完成后,即创建好天线模型,正确设置了边界条件、激励方式和求解参数,即可执行求解分析操作命令来运行仿真计算。整个仿真计算由HFSS软件自动完成,不需要用户干预。分析完成后,如果结果不收敛,则需要重新设置求解参数;如果结果收敛,则说明计算结果达到了设定的精度要求。

⑦查看求解结果。求解分析完成后,在数据后处理部分可以查看HFSS分析出的天线的各项性能参数,如回波损耗 S 11 、电压驻波比VSWR、输入阻抗、天线方向图、轴比和电流分布等。如果仿真计算的天线性能满足设计要求,那么就完成了天线的仿真设计工作,接下来可以着手天线的制作和调试工作。如果仿真计算的天线性能未能达到设计要求,那么还需要使用HFSS的参数扫描分析功能或者优化设计功能,进行参数扫描分析和优化设计。

⑧ Optimetrics优化设计。如果前面的分析结果未达到设计要求,那么还需要使用Optimetrics模块的参数扫描分析功能和优化设计功能来优化天线的结构尺寸,以找到满足要求的天线设计。 bT5udapXAjgPNVLW9JsrOToADWZrhJCCB4m8ui6RxVm6jSJZnRVkXGYMmKJoSj8c

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