HFSS阵列天线仿真
阵列天线HFSS分析实例
- 问题简介
- HFSS设计步骤和设计流程
- 新建工程并设置求解类型
- 天线建模——阵元建模
- 边界条件和激励设置
- 求解设置
- 设计流程
- 设计检查和运行求解分析
- 查看天线阵元的分析结果
- 设置天线阵列
- 查看天线阵的分析结果
问题简介
设计一个由25✖25个阵元组成的平面阵列天线,阵列天线的工作频率为9.25GHz,阵列天线的阵元为WR90型号的矩形波导。
阵元规则排列,在X和Y轴方向上阵元间距分别为0.5英寸和1英寸;阵元之间的相位差通过阵列天线的扫描角来确定,设置天线的扫描角在θ=30°\theta=30°θ=30°的方向上。
WR90型号矩形波导的截面尺寸为10.16mm✖22.86mm,即0.4英寸✖0.9英寸,工作频率在8.20~12.5GHz。
HFSS设计步骤和设计流程
新建工程并设置求解类型
对于波导天线,HFSS工程可以选择模式驱动求解类型
天线建模——阵元建模
对于阵列天线问题,在HFSS建模时不需要创建整个天线阵列的模型,只需要创建单个阵元模型,然后结合正确的主动边界条件和Floquet激励端口设置便可以计算出由任意多个阵元组成的天线阵的性能。
阵列天线的阵元模型一般由阵元和自由自由空间两部分组成。本例中的阵元是一个横截面尺寸为0.4英寸✖0.9英寸的WR90矩形波导,在XOY平面上规则排列,沿X轴方向阵列的阵元间距为0.5英寸,沿Y轴方向排列的阵元间距为1.0英寸。
因此,阵元模型可以由两个长方体模型组成,一个用于模拟截面尺寸为0.4英寸✖0.9英寸的矩形波导,一个用于模拟截面尺寸为0.5英寸✖1.0英寸的自由空间,模拟阵元波导和自由空间长方体的高度都取1英寸。
边界条件和激励设置
阵元波导模型的地面设置为波端口激励,阵元波导模型的四壁采用默认分配的理想边界条件即可。
自由空间模型的上表面需要设置为Floquet端口激励,用于模拟周期性表面的辐射问题:Floquet端口的A、B坐标轴方向必须和阵列排列方向一致。自由空间模型的四壁需要设置为主从边界条件:4个表面共有两组主从边界条件,同一组主从边界表面,其U、V坐标轴方向必须一致,扫描角/相位延迟需要和Floquet激励端口设置的扫描角/相位延迟保持一致。
本例中,使用扫描角来定义阵元之间的相位误差,扫描角为θ=30°\theta=30°θ=30°
求解设置
求解频率:9.25GHz
最大迭代次数:10
设计流程
第一步:新建工程,并另存为Array_Antenna;设置求解类型为模式驱动求解,并将模型的单位修改成英寸(in)。
第二步:新建一个长方体模型,并改名为“WaveGuide”,然后将起始点设置为(0,0,0),X、Y和Z方向上的大小分别为0.4,0.9,1英。然后另建一个长方体模型,并改名为“AirBox”,然后将起始点设置为(-0.05,-0.05,1),X、Y和Z方向上的大小分别为0.5、1、1英寸。
第三步:将自由空间的前后左右分别设置为两组主从边界表面。首先前后点击前表面设置Y轴方向为U方向,Z轴方向为V方向,同样地,对于后表面也是一样的设置,不同的是对于从边界表面的相位差分别用变量phi_scan和theta_scan表示,这两个角度的初始值为0°和30°。对于左右表面,将右表面设置为主边界表面,左表面设置为从边界表面。
第四步:将自由空间上表面设置为Floquet端口激励,并用自带得模式计算计算出模式数。并将矩形波导得下表面设置为波端口激励。
第五步:设计分析
设计检查和运行求解分析
查看天线阵元的分析结果
天线阵元的平面场强方向图
天线阵元的三维场强方向图
设置天线阵列
Radiation>>Antenna Array Setuo
查看天线阵的分析结果
天线阵元的平面场强方向图
天线阵元的三维场强方向图
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