陣列天線HFSS分析實(shí)例

• 問題簡介
• HFSS設(shè)計(jì)步驟和設(shè)計(jì)流程
• • 新建工程并設(shè)置求解類型
  • 天線建模——陣元建模
  • 邊界條件和激勵(lì)設(shè)置
  • 求解設(shè)置
  • 設(shè)計(jì)流程
  • 設(shè)計(jì)檢查和運(yùn)行求解分析
  • 查看天線陣元的分析結(jié)果
  • 設(shè)置天線陣列
  • 查看天線陣的分析結(jié)果

問題簡介

設(shè)計(jì)一個(gè)由25?25個(gè)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(hào)的矩形波導(dǎo)。
陣元規(guī)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(shè)置天線的掃描角在$\theta =30°$的方向上。
WR90型號(hào)矩形波導(dǎo)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(shè)計(jì)步驟和設(shè)計(jì)流程

新建工程并設(shè)置求解類型

對于波導(dǎo)天線，HFSS工程可以選擇模式驅(qū)動(dòng)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(shí)不需要?jiǎng)?chuàng)建整個(gè)天線陣列的模型，只需要?jiǎng)?chuàng)建單個(gè)陣元模型，然后結(jié)合正確的主動(dòng)邊界條件和Floquet激勵(lì)端口設(shè)置便可以計(jì)算出由任意多個(gè)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(gè)橫截面尺寸為0.4英寸?0.9英寸的WR90矩形波導(dǎo)，在XOY平面上規(guī)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(gè)長方體模型組成，一個(gè)用于模擬截面尺寸為0.4英寸?0.9英寸的矩形波導(dǎo)，一個(gè)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(dǎo)和自由空間長方體的高度都取1英寸。

邊界條件和激勵(lì)設(shè)置

陣元波導(dǎo)模型的地面設(shè)置為波端口激勵(lì)，陣元波導(dǎo)模型的四壁采用默認(rèn)分配的理想邊界條件即可。
自由空間模型的上表面需要設(shè)置為Floquet端口激勵(lì)，用于模擬周期性表面的輻射問題：Floquet端口的A、B坐標(biāo)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(shè)置為主從邊界條件：4個(gè)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(biāo)軸方向必須一致，掃描角/相位延遲需要和Floquet激勵(lì)端口設(shè)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$\theta =30°$

求解設(shè)置

求解頻率：9.25GHz
最大迭代次數(shù)：10

設(shè)計(jì)流程

第一步：新建工程，并另存為Array_Antenna；設(shè)置求解類型為模式驅(qū)動(dòng)求解，并將模型的單位修改成英寸（in）。
第二步：新建一個(gè)長方體模型，并改名為“WaveGuide”，然后將起始點(diǎn)設(shè)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(gè)長方體模型，并改名為“AirBox”，然后將起始點(diǎn)設(shè)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(shè)置為兩組主從邊界表面。首先前后點(diǎn)擊前表面設(shè)置Y軸方向?yàn)閁方向，Z軸方向?yàn)閂方向，同樣地，對于后表面也是一樣的設(shè)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(gè)角度的初始值為0°和30°。對于左右表面，將右表面設(shè)置為主邊界表面，左表面設(shè)置為從邊界表面。
第四步：將自由空間上表面設(shè)置為Floquet端口激勵(lì)，并用自帶得模式計(jì)算計(jì)算出模式數(shù)。并將矩形波導(dǎo)得下表面設(shè)置為波端口激勵(lì)。
第五步：設(shè)計(jì)分析

設(shè)計(jì)檢查和運(yùn)行求解分析

查看天線陣元的分析結(jié)果

天線陣元的平面場強(qiáng)方向圖

天線陣元的三維場強(qiáng)方向圖

設(shè)置天線陣列

Radiation>>Antenna Array Setuo

查看天線陣的分析結(jié)果

天線陣元的平面場強(qiáng)方向圖

天線陣元的三維場強(qiáng)方向圖

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的HFSS阵列天线仿真的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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