HFSS中使用主从边界条件设计天线

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HFSS中使用主从边界条件设计天线

2023-10-17 10:10| 来源: 网络整理| 查看: 265

目录 写在前面的话一些基本概念Floquet端口激励Master/Salve边界条件 波导天线示例建模主从边界条件的设置Floquet端口的设置 结果我的例子第一种第二种第三种 结论

写在前面的话

刚开始苦逼的研究生生涯,当然还是要记录一下自己的学习历程啦。就从这里开始吧。老师要求我复现一篇论文,在仿真的时候要用到主从边界条件,之前完全没接触过,算是从零开始吧。原本是老师让我找师兄求教一下,结果他看了看,说:“加油!”,“去百度吧。”。我还能说什么呢……(算是抱怨一下吧……毕竟不说出来心里难受)

一些基本概念 Floquet端口激励

这种激励我以前根本没接触过……用的最多的还是Lumped Port。这种激励通常和主从边界条件一起使用。用于分析平面周期性结构的辐射问题。在设置端口的时候,a,b矢量的方向要和阵列排列方向一致,且长度和端口面的长度一致,否则会报错……最后该端口要求使用者输入计算的模式数量,这里可以使用模式计算器计算90°方向上损耗不为零的模式。大概注意点就这些了。

Master/Salve边界条件

听名字就知道一定会使成双成对出现的(这让单身狗情何以堪)。用于模拟周期性结构表面,二者形状,大小,方向必须完全相同。 描述,什么描述 注意的是,主从边界条件相位设置的方法有两种,一种是input phase del:即相邻单元之间的相位差。还有一种是scan angle的方法,类似天线阵中的扫描角(个人感觉是一个东西),指电磁波的传播方向与直角坐标系z,x轴之间的夹角。输入后软件会自动计算相邻单元的相位差。

波导天线示例

这边使用的是网上传播很广的波导天线阵列的仿真,这边附上链接,个人的仿真模型我之后会上传到资源里面。阵列天线HFSS分析实例:链接. 这里还是说一下求解的尺寸:阵列由25×25的WR90(0.4×0.9×1英寸)矩形波导组成,阵元间X间距0.5英寸,Y间距1英寸,扫描角phi=0,theta=30。求解频率9.25GHz。 个人感觉这个例子不怎么好。

建模

自由空间的尺寸: 在这里插入图片描述 波导尺寸: 在这里插入图片描述 弄完大概这样: 在这里插入图片描述

主从边界条件的设置

嗯……这边波导边界条件就没必了吧……就是PE和PH各一对。这边主从边界需要两对,毕竟是二维平面。 在这里插入图片描述 扫面角定义变量(亦可以不用,看心情),小技巧:选择一个平面后按crtl+B可以选择距离鼠标最近的相邻平面。 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述

Floquet端口的设置

这边图片有点小错,b这个矢量应该和边等长。 在这里插入图片描述 模式计算的时候要考略到最坏的情况。设置phi和theta为90°方向,选择损耗为0dB的四个模式计算: 在这里插入图片描述 以上是单元模拟

结果

这边选择查看xz和yz平面方向图,还有z大于0的三维方向图: 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 然后再antenna array setup里面快速建阵列,注意扫描角要保持一致: 在这里插入图片描述 然后…… 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述

我的例子

这边我自己又折腾了个例子,是之前学相控阵天线的模型修改了一下,用的是微带贴片天线,工作频率30GHz。阵列4×4,间距5mm。具体建模我懒得贴出来,这个模型也会上传的。 这边我一共对比三种情况,一种是直接使用antenna array setup分析,一种是把完整的天线模型建出来,还有就是使用周期性边界条件分析单元之后,再用array setup建模。

第一种

模型如图: 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 结果如下,最高增益为48.4。(这里为了好看就不弄成dB了) 在这里插入图片描述

第二种

模型如下: 在这里插入图片描述 结果,这边增益最高为31.05,这是因为第一种方法不考虑天线之间的互耦,第二种方法得出的结论是才是正确的。 在这里插入图片描述

第三种

注意这里的边界条件和第一种情况有所不同: 在这里插入图片描述 结果,这边最高增益为32.07。和完整建模的情况接近。(考虑到允许的误差和人为失误,可以近似相等了吧?) 在这里插入图片描述

结论

显然,从准确性的角度上讲,完整的建模总归是最优的,但是这种方法对周期性的天线而言太过繁琐。而简单的方法准确性又不足,因此对周期性天线而言,主从边界条件是很好的一个选择。 工程文件在我主页的资源里找找吧,看审核给不给力了……



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