Ansoft HFSS 在設計對數(shù)周期天線時的仿真方法
【摘要】 本文通過 ANSOFT HFSS 設計了一個對數(shù)周期天線,在仿真分析時,發(fā)現(xiàn)隨著求解頻率的不同,天線的求解結果差別較大,求解誤差較大。通過在 HFSS 中嘗試不同的求解設置方法, 最終通過將天線模型剖分網(wǎng)格最大長度限定在 1/50λ的方法,使的求解結果在不同頻率求解 時的一致性較好,提高了仿真的準確性。為設計者在仿真類似問題時,提供了一種提高求解準 確性的方法。
1 前言
對數(shù)周期偶極子天線(log-periodic dipole antenna),由于其工作頻帶寬、增益高、前后比好、結構簡單、成本低等眾多優(yōu)點,在短波、超短波、微波等波段的通信、側向、偵察、電子對抗等方面得到了廣泛的應用。本文利用Ansoft HFSS 軟件對這種傳統(tǒng)的對數(shù)周期天線進行了設計,在軟件中直接建立了天線的仿真模型,并進行了相應的端口和邊界設置,然而在仿真求解時卻發(fā)現(xiàn),隨著求解頻率的不同,得到的求解結果差別較大,為了獲得一個較可信的分析結果,提高仿真的準確性,對 HFSS 一些參數(shù)設置進行了分析和驗證。
通過多次比較和驗證,最終通過設置網(wǎng)格的辦法獲得了一組較準確的求解結果,并基于此設置,多模型進行了不斷的優(yōu)化和改進,設計了一個工作在300MHz~1000MHz 的對數(shù)周期天線,證明了 HFSS 在設計該類天線時的有效性和正確性。
2 對數(shù)周期天線的基本分析
2.1 對數(shù)周期天線的建模
按傳統(tǒng)設計方法,對數(shù)周期天線的陣子長度為:
式中,λl為低頻段自由空間中的工作波長,εr為介質相對介電常數(shù),此處為空氣介質。
設置天線工作的最高頻率fh=1000MHz,工作的最低頻率fL=300MHz,比例因子г =0.85、間距因子σ=0.13,建立對數(shù)周期天線的仿真模型如圖1 所示。天線共有10 對金屬圓柱陣子,直徑相同,天線采用一組正方形的金屬管集合線饋電,饋電點設在天線的頂點處,仿真模型將所有部件都設置為pec 材料,模型相對簡單,并設置好求解頻率和輻射邊界后,模型檢查正確后即可進行仿真。
圖1 對數(shù)周期天線的仿真模型圖
2.2 天線仿真時遇到的問題
采用Ansoft HFSS 對上述對數(shù)周期天線模型進行仿真分析。分別設置了兩個不同的求解頻點(solution frequency),f1=0.6GHz、f2=0.8GHz,sweep 從300MHz 到600MHz 進行離散掃頻(discrete),如圖2 所示。
圖 2 不同求解頻率設置
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