陣列天線HFSS分析實例

問題簡介
HFSS設計步驟和設計流程
新建工程并設置求解類型
天線建模——陣元建模
邊界條件和激勵設置
求解設置
設計流程
設計檢查和運行求解分析
查看天線陣元的分析結果
設置天線陣列
查看天線陣的分析結果

問題簡介

設計一個由25?25個陣元組成的平面陣列天線，陣列天線的工作頻率為9.25GHz，陣列天線的陣元為WR90型號的矩形波導。
陣元規則排列，在X和Y軸方向上陣元間距分別為0.5英寸和1英寸；陣元之間的相位差通過陣列天線的掃描角來確定，設置天線的輻射角度為：=0°，且-90°≤≥90°（xoz）
WR90型號矩形波導的截面尺寸為10.16mm?22.86mm，即0.4英寸?0.9英寸，工作頻率在8.20~12.5GHz。

HFSS設計步驟和設計流程

新建工程并設置求解類型
對于波導天線，HFSS工程可以選擇模式驅動求解類型

天線建模——陣元建模

? ? ?對于陣列天線問題，在HFSS建模時不需要創建整個天線陣列的模型，只需要創建單個陣元模型，然后結合正確的主動邊界條件和Floquet激勵端口設置便可以計算出由任意多個陣元組成的天線陣的性能。
? ? ?陣列天線的陣元模型一般由陣元和自由自由空間兩部分組成。本例中的陣元是一個橫截面尺寸為 0.4英寸?0.9英寸的WR90矩形波導，在XOY平面上規則排列，沿X軸方向陣列的陣元間距為0.5英寸，沿Y軸方向排列的陣元間距為1.0英寸。
? ? ? ?因此，陣元模型可以由兩個長方體模型組成，一個用于模擬截面尺寸為0.4英寸?0.9英寸的矩形波導，一個用于模擬截面尺寸為0.5英寸?1.0英寸的自由空間，模擬陣元波導和自由空間長方體的高度都取1英寸。

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邊界條件和激勵設置

? 陣元波導模型的地面設置為波端口激勵，陣元波導模型的四壁采用默認分配的理想邊界條件即可。自由空間模型的上表面需要設置為Floquet端口激勵，用于模擬周期性表面的輻射問題：Floquet端口的A、B坐標軸方向必須和陣列排列方向一致。自由空間模型的四壁需要設置為主從邊界條件：4個表面共有兩組主從邊界條件，同一組主從邊界表面，其U、V坐標軸方向必須一致，掃描角/相位延遲需要和Floquet激勵端口設置的掃描角/相位延遲保持一致。本例中，使用掃描角來定義陣元之間的相位誤差，掃描角為 θ = 30 ° \theta=30° θ=30°

?主從邊界設置效果圖（左右表明）

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?主從邊界設置效果圖（前后表面）

求解設置
求解頻率：9.25GHz
最大迭代次數：10

設計流程

第一步：新建工程，并另存為Array_Antenna；設置求解類型為模式驅動求解，并將模型的單位修改成英寸（in）。
第二步：新建一個長方體模型，并改名為“WaveGuide”，然后將起始點設置為（0，0，0），X、Y和Z方向上的大小分別為0.4，0.9，1英。然后另建一個長方體模型，并改名為“AirBox”，然后將起始點設置為（-0.05，-0.05，1），X、Y和Z方向上的大小分別為0.5、1、1英寸。
第三步：將自由空間的前后左右分別設置為兩組主從邊界表面。首先前后點擊前表面設置Y軸方向為U方向，Z軸方向為V方向，同樣地，對于后表面也是一樣的設置，不同的是對于從邊界表面的相位差分別用變量phi_scan和theta_scan表示，這兩個角度的初始值為0°和30°。對于左右表面，將右表面設置為主邊界表面，左表面設置為從邊界表面。
第四步：將自由空間上表面設置為Floquet端口激勵，并用自帶得模式計算計算出模式數。并將矩形波導得下表面設置為波端口激勵。

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第五步：設計分析

設計檢查和運行求解分析
查看天線陣元的分析結果

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天線陣元的平面場強方向圖

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天線陣元的三維場強方向圖

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設置天線陣列
Radiation>>Antenna Array Setuo

查看天線陣的分析結果
天線陣元的平面場強方向圖

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天線陣元的三維場強方向圖

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的基于HFSS阵列天线设计的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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