HFSS天線設計有限元方法2[專業(yè)技術]

1、四、四、HFSS的使用與實例的使用與實例 1、HFSS的安裝： 依次安裝: HFSS SCAP LIB 然后安裝補?。?見后圖 并復制 license.lic to Admin 1高級教學 2高級教學 2、HFSS的應用： 以實例說明： 實例實例1：探針饋電的貼片天線：探針饋電的貼片天線 創(chuàng)建一個工程 3高級教學 注意檢查： a)ToolsOptionsHFSS Options b)ToolsOptions3D Modeler Options Check it 4高級教學 設置求解類型：設置求解類型：HFSSSolution TypeDriven Tenminal 模式驅(qū)動：計算以模式為基礎的

2、模式驅(qū)動：計算以模式為基礎的S參數(shù)，根據(jù)波導模式的入射和反射功率表示參數(shù)，根據(jù)波導模式的入射和反射功率表示S參數(shù)矩參數(shù)矩 陣的解，波導、天線、散射場等多用這個模式。這是種從場的方式進行仿真分析，給陣的解，波導、天線、散射場等多用這個模式。這是種從場的方式進行仿真分析，給 出的是功率。出的是功率。 終端驅(qū)動：計算以終端為基礎的多導體傳輸線端口的終端驅(qū)動：計算以終端為基礎的多導體傳輸線端口的S參數(shù)，此時，根據(jù)傳輸線終端參數(shù)，此時，根據(jù)傳輸線終端 的電壓和電流表示的電壓和電流表示S參數(shù)矩陣的解，參數(shù)矩陣的解， 微帶類用這個比較多。這是種從路的角度仿真分微帶類用這個比較多。這是種從路的角度仿真分 析，

3、給出的是電壓電流，而集中端口就是通過析，給出的是電壓電流，而集中端口就是通過RLC參數(shù)計算阻抗。參數(shù)計算阻抗。 本征模：計算某一結構的本征模式或諧振，本征模求解器可以求出該結構的諧振頻率本征模：計算某一結構的本征模式或諧振，本征模求解器可以求出該結構的諧振頻率 以及這些諧振頻率下的場模式。以及這些諧振頻率下的場模式。 5高級教學 建模過程：建模過程： （1）設置模型單位：3D ModelerUnits選擇cmOK 2) 選擇模型材料： 在search 材料框中 輸入 rogers RT/等選 擇5880材 料 6高級教學 3）建立基底：DrawBox在底部的坐標輸入框中輸入坐標,確認后在屬性對

4、話 框中輸入基底名稱SUB1，鍵入CTRL+D，縮小全部顯示基底 （-5，-4.5, 0）回車 （10, 9， 0.32）回車 鍵入Sub1 鍵入Ctrl+D 7高級教學 4）建立infinite ground：DrawRectangle在底部的坐標輸入框中輸 入坐標,確認后在屬性對話框中輸入地的名稱inf_gnd，Ok, 然后鍵入 CTRL+D，縮小全部顯示基底 （-5，-4.5, 0）回車 （10, 9， 0）回車 8高級教學 5）設置地的邊界條件： EditSelectby name選擇inf_gndok HfssBoundariesAssignPerfect E 輸入名稱perf_gn

5、d, 確認infinite ground plane 被checkedok 9高級教學 6）在地上打孔并完成地的設計： Drawcircle輸入圓盤位置坐標 （-0.5, 0，0）和半徑（0.16, 0, 0）ok 取名cut_out，確認。 同時選擇(按住ctrl鍵點鼠標選擇） inf_gnd和cut_out, ok 3D Modeler Boolean Subtract 如圖選擇blank和tool parts，ok 地就建好了。 10高級教學 11高級教學 7）貼片設計： Drawrectangle輸入坐標（-2，-1.5，0.32）確認輸入增量（4, 3, 0）確認 輸入貼片名稱pat

6、ch 12高級教學 8）設置貼片的電特性，完成貼片設計： EditSelect by name選擇patchok HFSSBoundariesAssignPerfect E 輸入名稱： Perf_patch 確認。 13高級教學 9）饋電同軸線建模： 首先設置默認材料為真空 DrawCylinder輸入位置坐標 （-0.5, 0, 0）回車， 半徑（0.16, 0, 0）回車 同軸線長度（0, 0，-0.5）回車 從properties 窗口中輸入名稱 coax 按住ctrl+alt,拖動鼠標變換視角 14高級教學 選擇默認材料為pec， 建立同軸線的軸心 Drawcylinder輸入 柱位置

7、坐標（-0.5, 0, 0） 柱半徑（0.07, 0, 0） 柱長（0, 0, -0.5）確認 輸入名稱coax_pin ok 15高級教學 10）創(chuàng)建波端口激勵 DrawCircle輸入端口面 的位置坐標 （-0.5,0，-0.5） 輸入半徑（0.16,0,0） 命名為port1，確認 選擇port1,設置激勵 HFSSExcitationsAssign Wave prot 設置端口名p1,點擊下一步 16高級教學 終端數(shù)目：1 從終端線中選擇new line 出現(xiàn)下列對話框，并在底部的 坐標輸入框中輸入矢量線的位 置坐標始點（-0.34,0，-0.5） 長度為（-0.09,0,0）確認，下

8、 一步到完成即可。 17高級教學 說明兩點： （1）兩種波端口加法： Wave port：假定你定義的波端口連接到一個半無限長的波導，該波導具有與 端口相同的截面和材料，每個端口都是獨立的激勵并且在端口中每一個入射模 式的平均功率為1瓦。 Lumped port：這種激勵避免建立一個同軸或者波導激勵，從而在一定程度上 減輕了模型量，也減少了計算時間。Lumpport也可以用一個面來代表，要注意 的是對該port的校準線和阻抗線的設置一定要準確，端口在空間上一定要與其 他金屬（或者電面）相連，否則結果記憶出錯。 （2）本例中波端口新線的定義位置示意 0.07 0.16 中心位置坐標是-0.5，所

9、以外徑的位置是： -0.5+0.16=-0.34 指向軸心的長度為：0.16-0.07=0.09 矢量線的位置坐標始點（-0.34,0，-0.5） 長度為（-0.09,0,0） 18高級教學 11）創(chuàng)建探針（probe)，完成貼片天線設計 DrawCylinder輸入坐標 （-0.5,0,0） 半徑（0.07,0,0） 長度（0,0,0.32）確認 命名為probe即可。 19高級教學 12）創(chuàng)建輻射邊界條件 首先選擇真空材料 Drawbox輸入輻射邊界的位置坐標 （-5，-4.5,0） 長寬高（10, 9, 3.32）確認 命名為air， Ctrl+D 縮小觀察尺寸 20高級教學 下邊設置輻

10、射邊界條件： Editselectfaces 選擇air的5個面，除了底面。 HFSSboundariesradiation 命名為rad1, 確認即可 21高級教學 22高級教學 13）設置輻射場分析條件 HFSSradiationinsert far field setupinfinite sphere 在對話框中如圖選擇參數(shù) 確定 23高級教學 14）創(chuàng)建分析設置 HFSSanalysis setupadd solution setup 選擇General tab 求解頻率：2.25GHz 最大迭代處理階段數(shù)：20 （即hfss完成仿真的最大迭代次數(shù)，如果 在這個次數(shù)之內(nèi)達到了delta

11、 S的收斂值， 就可以認為達到計算要求，否則會要求修 正收斂精度和迭代次數(shù)） 每個階段的最大delta S: 0.02 （即收斂精度，這個與端口設計有關，是 兩個連續(xù)迭代求解S參數(shù)的數(shù)量變化的收 斂值，即如果兩次迭代過程的S參數(shù)的數(shù) 量變化和相位變化均小于這個設定值，那 么自適應分析求解就會停止，否則將繼續(xù) 修改網(wǎng)格，直到在規(guī)定的迭代次數(shù)內(nèi)達到 精度要求為止，否者結果是發(fā)散的，不能 用） 24高級教學 繼續(xù)加人頻率計算范圍： HFSSanalsis setupadd sweepok 如圖編輯sweep 窗口： 25高級教學 保存工程，即可開始經(jīng)行求解分析。 26高級教學 15）求解分析 模型檢

12、查：HFSSValidation check 分析開始：HFSSanalyze 查看求解結果的斂散性： HFSSresultssolution data 27高級教學 創(chuàng)建輸出數(shù)據(jù)報表： a) S參數(shù)特性： 如圖操作： 確認即可： 28高級教學 在圖中點鼠標右鍵可 mark all trace,找到最小 值的頻率和帶寬。 S11的定義： 就是端口1的反射系數(shù)， 定義為反射電壓和入射 電壓的比值。如果從功 率角度講，可以理解為 反射功率/入射功率，即 回波損耗。與駐波比和 反射系數(shù)的關系是： 11 11 1 1 S VSWR S 11 2,10VSWRSdB 由于天線與饋線的阻抗不匹配或者天線與

13、發(fā)射機的阻抗不匹配，高頻能量反由于天線與饋線的阻抗不匹配或者天線與發(fā)射機的阻抗不匹配，高頻能量反 射，并與前行波干擾形成駐波。當完全匹配時，反射系數(shù)為射，并與前行波干擾形成駐波。當完全匹配時，反射系數(shù)為0，駐波比為，駐波比為1， 這是理想狀態(tài)。這是理想狀態(tài)。 29高級教學 b)遠區(qū)輻射場特性 創(chuàng)建求解報告如圖示： 如圖設置輸出參數(shù) 30高級教學 31高級教學 1、dBm dBm是一個考征功率絕對值的值，計算公式為： 10lgP（功率值/1mw）。 例1 如果發(fā)射功率P為1mw，折算為dBm后為 0dBm。 例2 對于40W的功率，按dBm單位進行折算后的 值應為： 10lg（40W/1mw)=

14、10lg（40000） =10lg4+10lg10+10lg1000=46dBm。 有關增益單位的定義：有關增益單位的定義： 32高級教學 2、dBi 和dBd dBi和dBd是考征增益的值（功率增益），兩者都是一個 相對值， 但參考基準不一樣。dBi的參考基準為全方向 性天線，dBd的參考基準為偶極子，所以兩者略有不同。 一般認為，表示同一個增益，用dBi表示出來比用dBd表 示出來要大2. 15。 例3 對于一面增益為16dBd的天線，其增益折算成單位 為dBi時，則為18.15dBi（一般忽略小數(shù)位，為18dBi）。 例4 0dBd=2.15dBi。 例5 GSM900天線增益可以為13dBd（15dBi）， GSM1800天線增益可以為15dBd（17dBi)