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[第十课]第十二课：阵列天线仿真

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0楼发表于: 2018-02-25 21:34:58

第十二课作业，我选择仿真一个25X25的阵列天线。
     对于阵列天线一类的平面周期性结构问题，在 HFSS 中建模时不需要创建整个天线阵的模型，只需要创建单个阵元模型，然后结合主从边界条件和 Floquet 激励端口设置便可以构造并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由阵元和自由空间两部分组成。此次仿真的阵元是一个横截面尺寸为0.4 in*0.9 in的矩形波导，在 xOy 平面上规则排列，沿 x 轴方向排列的阵元间距为 0.5 in，沿 y 轴方向排列的阵元间距为 1.0 in

具体步骤如下：
（1）新建一个HFSS的Project文件，注意必须保存在全英文路径下
（2）设置当前设计在创建模型时使用的默认长度单位为英寸。
    从主菜单栏选择【Modeler】→【Units】命令，Select units 项选择单位英寸（in）

（3）从主菜单栏中选择【Tools】→【Options】→【Modeler Options】命令，打开 3D Modeler Options对话框，单击对话框Drawing选项卡，选中Drawing选项卡界面的Edit properties of new primitive 复选框。

（4）创建一个顶点位于坐标原点，长、宽、高为 0.4 英寸、0.9 英寸、1.0 英寸的长方体模型作为矩形波导阵元模型，并命名为 WaveGuide，具体设置如下：

（5）在矩形阵元波导模型的正上方创建长方体模型模拟矩形阵元波导外的自由空间，该长方体模型的顶点坐标为（0.05 英寸，0.05 英寸，1 英寸），长、宽、高为0.5 英寸、1.0 英寸、1.0 英寸，透明度仍然为0.4，命名为AirBox，具体设置如下：

（6）设置AirBox 左右两侧表面为主从边界条件
1．分配主边界条件
在三维模型窗口任意位置单击鼠标右键，从弹出菜单中选择【Assign Boundary】→ 【Master】，在该对话框中，Name 项保持默认的 Master1 名称不变；单击打开 U Vector 左侧的下拉列表，从中单击 New Vector，设置master1如图：

2.分配从边界条件
在三维模型窗口中的任意位置单击鼠标右键，从弹出菜单中选择【Assign Boundary】→【Slave】，将master1的对立面设置为slave1
然后点击对话框最上方的 Use Scan Angles to Calculate Phase Delay 单选按钮，在Phi 项对应的文本框输入变量 phi_scan，在 Theta 项对应的文本框输入变量 Theta_scan，phi_scan初始值设置为0，theta_scan初始值设置为30，如图：

3.同样，将airbox的前后表面分别设置为master2和slave2，设置同master1、slave1相同，如图：

（7）阵元波导底面分配波端口激励

1、按下快捷键 F，切换到面选择状态；单击 WaveGuide 的前表面靠近底面的位置，然后按下快捷键 Ctrl+B，选中WaveGuide 的底面。
2、在三维模型窗口任意位置单击鼠标右键，从弹出菜单中选择【Assign Excitation】→ 【Wave Port】，在该对话框中，Name 项对应的文本框内输入波端口激励的名称 P1

（8）AirBox 上表面分配 Floquet 端口激励
       1、单击 AirBox 的上表面，选中该表面。
       2、在三维模型窗口任意位置单击鼠标右键，从弹出菜单中选择【Assign Excitation】→ 【Floquet Port】，打开如图 11.17 所示的“Floquet 端口激励设置”对话框。
       3、Floquet 端口激励的名称保持默认名称不变；对话框中的 A、B 项分别用于设置阵元的排列方向，因为阵元分别沿着 x、y 方向排列，所以可以设置A 方向沿着 x 轴正向，B 方向沿着 y 轴正向。
       4、在对话框中，单击左侧的文本框，从其下拉列表中选择 New Vector…注意设置扫描角时，Floquet 端口扫描角的设置必须与主从边界上扫描角的设置一致。

5、打开 Modes Setup 对话框，设置工作波模式。其中，Number of Modes 项输入4

（9）右键单击工程树下的 Analysis 节点，从弹出菜单中选择【Add Solution Setup】命令， Solution Setup 对话框，具体设置如图：

（10）从主菜单栏选择【HFSS】→【Validation】命令，确认是否设置完成
（11）再右键单击工程树下的 Analysis 节点，从弹出菜单中选择【Analyze All】命令，运行仿真计算
（12）查看仿真分析结果
1.定义 xOz 和 yOz 在 z>0 自由空间中的辐射表面
右键单击工程树下的 Radiation 节点，从弹出菜单中选择【Insert Far Field Setup】→【Infinite Sphere】命令，打开 Far Field Radiation Sphere Setup 对话框，定义辐射表面。在该对话框中，Name 项输入辐射表面的名称 2D Plane；Phi 角度对应的 Start、Stop 和 Step 项分别输入0deg、90deg 和 90deg；Theta 角度对应的 Start、Stop 和 Step 项分别输入90deg、90deg 和 1
deg，如图所示：