Ansoft HFSS 在設(shè)計對數(shù)周期天線時的仿真方法

圖 3 不同求解頻率駐波曲線圖

    從圖中可以明顯看出，天線兩次求解的駐波曲線差別較大，最大值差別有0.37，且兩條曲線的變化規(guī)律也存在不同趨勢，一致性不好，說明求解存在較大誤差，因此必須對天線模型和求解設(shè)置進(jìn)行改進(jìn)。通過提高最大Delta S，增加輻射邊界尺寸，應(yīng)用PML 邊界以及采用一階（First order）基函數(shù)等方法后，均存在上述現(xiàn)象。分析其原因，發(fā)現(xiàn)兩次求解頻率的不同導(dǎo)致兩次模型網(wǎng)格剖分的不同，且局部網(wǎng)格剖分過于粗糙，因此考慮提高網(wǎng)格密度的辦法，對模型進(jìn)行手動網(wǎng)格加密處理。由于天線模型為規(guī)則金屬柱狀體結(jié)構(gòu)，不存在介質(zhì)，且模型外表面規(guī)則。因此考慮基于單元網(wǎng)格長度限制的加密處理。見圖4。

圖4 網(wǎng)格設(shè)置

    如圖所示，將最大網(wǎng)格長度限制在20mm=1/50λL(λL為300MHz 時的波長)，然后再次對上述模型進(jìn)行兩次求解，求解頻率依然是 f1=0.6GHz、f2=0.8GHz。其余設(shè)置不變，仿真結(jié)果如圖5 所示，

圖5 加密后不同求解頻率駐波

    從圖 5 可以看出，兩次求解的一致性明顯好于圖3 所示，駐波曲線趨勢基本一致，駐波最大差別小于0.04，通過進(jìn)一步提高網(wǎng)格限制和加密仿真頻點，兩條曲線的一致性還可以提高，但是仿真效率也會隨著網(wǎng)格的加密而降低，因此需要根據(jù)自己的需要合理設(shè)置。在可接受的誤差范圍內(nèi)，提高仿真效率。

    2.3 天線的設(shè)計仿真結(jié)果    

    基于上面的設(shè)置，綜合考慮仿真效率和計算誤差，對天線進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，最終得到一組較理想的設(shè)計參數(shù)。天線的最終仿真結(jié)果如下。

    從仿真結(jié)果可以看出，在頻率0.3GHz～1.0GHz 范圍內(nèi)，對數(shù)周期天線駐波小于2。在工作頻段內(nèi)，天線的增益在大于6.4dBi，大部分頻點增益在8dB 以上。

    3 結(jié)論

    本文介紹了采用Ansoft HFSS 分析設(shè)計柱狀對數(shù)周期天線時的仿真方法，采用基于網(wǎng)格最大長度的加密方法，提高了仿真結(jié)果的正確性和有效性，并基于該網(wǎng)格設(shè)置，設(shè)計了一款工作在300MHz~1000MHz 的對數(shù)周期天線。仿真結(jié)果顯示了天線的良好性能。這種方法對于設(shè)計者在以后遇到類似的問題時，有一定的指導(dǎo)意義。

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