南昌大学HFSS工程应用仿真实验报告：1~8(8)

1）点击菜单栏HFSS>Result>Create Modal Solution Data Report>Rectangle Plot,在Context窗

口中，设置：Solution: Setup1: Sweep1；Domain: sweep. 2）在Trace窗口中，将X这一列中选择为Frep,选择：Category: VSWR; Quantity: VSWR(p1);

Function: none,点击New Report按钮得到以下结果：

图四、微带贴片天线驻波比信息曲线

观察以上仿真结果可发现，最小驻波比出现在大概2.4~2.5GHz（约为2.45GHz）之间，符合设计要求，具有一定的正确性。 ? 3D增益方向图

1）在菜单栏中点击HFSS>Results>Create Far Fields Report>3D Polar Plot,在Context窗口中进

行如下设置：

Solution: Setup1: LastAadptive

Geometry: 3Duse

2) 在Trace窗口中选择：Category: Gain; Quantity: GainTotal; Function: dB,点击New Report

按钮得到以下结果：

图五、微带贴片天线3D增益方向

观察以上结果可发现，所设计的微带贴片天线辐射最大方向为正Z方向（与实验五、

六结果一致），然后随着Z坐标值的减小而辐射减弱。且最大增益可达到7.429dB左右。而且通过对照结果左侧的彩虹谱增益值表，可找到3D场增益结果中对应颜色位置的增益值，了解微带贴片天线在周围区域完整的辐射情况，直观且准确。

五、实验心得：

本实验是HFSS设计仿真的第七个实验，也是关于微带贴片天线设计的仿真实验。微带贴片天线具有体积小、重量轻、便于实现圆极化等优点，故本实验即设计完成了单馈点法实现右手圆极化，并最后得到了3D辐射增益结果。仿真设计过程中，除去应用前六个实验中涉及的设计方法外，另新介绍了设置优化变量这一技巧。优化变量过程通过添加工程变量和设置优化变量两个步骤完成，类似于形参和实参的传递思想。首先利用形参定义好“优秀”的模型部件参数值，然后在需要的时候进行实参调用，最后在完整模型设计好后，进行Analyze计算，得到最佳结果。此外，本实验在呈现实验结果时，加入了3D效果表示方法，即在求解结果前先设置一个无限大的球面，然后把微带贴片天线的场辐射情况投射到球面上，且不同的辐射增益对应不同的颜色。这使得设计结果美观且直观，不再抽象，易于理解。通过本次实验也让我更熟悉了微带贴片天线的工作性能特点，学习到了新的HFSS设计技巧，加强了理论和实践的联系。

实验八波导缝隙阵天线的设计与仿真

一、设计指标要求：

中心频率为10GHz

选用尺寸为：宽边22.86mm、窄边10.16mm、波导波长为39.75mm 的WR-90型波导。 设计过程分为两个子工程：

子工程1 在给定缝隙偏移量下优化缝隙的谐振长度，可以利用该工程1 对各个缝进行优化；子工程2 建立含有所有缝隙的完整模型。

最后得到天线的二维和三维方向图的仿真结果。

二、实验设备：

PC机、HFSS仿真软件。

三、设计原理：

这里考虑宽边纵向谐振式驻波阵列，每个缝隙相聚0.5?g，距离波导宽边中心有一定偏移。宽边上纵向并联缝隙的电导为：

g1?(2.09?g??)cos2()b?2?g

式中，x为待求的偏移；a为波导内壁宽边长度；?g为波导波长。在具体的设计中可以利用HFSS的优化功能确定缝隙的谐振长度。

首先确定在谐振缝隙设计中存在的的几个变量，主要有：缝隙偏移波导中心线的距离

Offset、缝隙的长度L、缝隙的宽度W等。一般可根据实际的加工确定出W缝隙的宽度，应用HFSS的优化功能得出Offset和Length.在波端口的Y矩阵参数可以等效于距检测端口的二分之一个波导波长的缝隙中心的Y矩阵参数，根据波导缝隙的基本设计理论，在谐振时缝隙的等效阻抗或导纳为实数。因此当缝隙谐振时有Im（Y）=0. n

1 0.33

2 0.29

3

4

5 0.62

6 0.73

7

8

9 0.97

10 1

an0 .39 0.5

0.83 0.91

表一、缝隙电平分布

设计一个由20个缝隙组成的缝隙阵，采用Chebyshev电流分布，前10个缝的电平分布由上表一给出，根据电平分布进行归一化：

22K?an?1n?010

可以得到K?0.100598，由下式可以得到各个缝隙的导纳值：

2gn?Kan

各缝隙的导纳如下：

g1?0.100598,g3?0.0833,g5?0.0536,g7?0.0265,g9?0.00846,g2?0.09465g4?0.0693g6?0.03867g8?0.0153g10?0.01955

选用WR-9型波导，其波导尺寸为：宽边22.86mm、窄边10.16mm、工作频率为10GHz、工作波长为30mm、波导波长为39.75mm。根据波导各个尺寸可得偏移量与导纳之间的关系为：

x?a?arcsin(1.066gn)

由上述导纳值可以求得各个缝隙的偏移量：

x1?2.5097mm,x3?2.2757mm,x5?1.8146mm,x7?1.2691mm,x9?0.7146mm,四、设计仿真步骤

?

x2?2.4314mmx4?2.0698mmx6?1.5368mmx8?0.9623mmx10?0.8136mm

子工程1：

（1）建立新的工程 （2）设置求解类型

? 在本实验中使用默认的Driven Modal求解类型就OK。 （3）设置模型单位

? 本实验中使用的单位是默认的毫米（mm）单位。

（4）创建模型部件（由于实验一至六有详细创建方法，故在此不再赘述） ? ? ? ?

建立缝隙天线模型 建立波导Waveguide 建立缝隙Slot 创建Air

（5）设置边界条件

? 设置辐射边界条件，选中Air，将其设置为理想辐射边界。

? 设置理想磁壁，选中Slot的上表面，将其设定为理想磁场边界。 （6）设置端口激励

? 选中Waveguide的右表面，点击HFSS>Excitation>Assign>Wave Port。在弹出的General

窗口中将端口命名为p1. （7）优化变量

? 设置工程变量 1）添加工程变量，在菜单栏中点击Project>Project Variables>Value,点击Add添加工程变量：

$L,13.5mm;$offset:2mm。 ? 设置优化变量。

1）在操作历史树中将原有尺寸设置成已定义的工程变量值。 （8）求解设置

? 为该工程设置求解频率，在求解设置窗口中设置：

Solution Frequency: 10.0GHz Maximum Number of Passes: 15 Maximum Delta S per Pass: 0.02

（9）保存工程并命名为hfss_slot1,设计结果如下图：

图一、子工程1完整模型

? 点击菜单栏的

图标，检查设计步骤是否出错，其中边界条件和激励源的警告信息可

忽略不考虑，如下图即为仿真设计正确。

图二、软件检错界面图

? 在菜单栏中点击HFSS>Analyze All,完成仿真设计计算，出现如下图状态：

图三、子工程1运算界面图

（10）求解该工程 ? 缝隙长度优化

1）在菜单栏中点击Project>Project Variables>Optimization,选中待优化变量$L,将优化变量的范围设置为[13mm,15mm].

2）在菜单栏中点击HFSS>Results>Output Variables添加输出变量cost. ? 首先点击Function插入abs,点击Repor下拉菜单选择Modal Solution Data>Solution,选择

Setup1:LastAdaptive,然后进行如下设置：

Category: Y Parameter Quantity: Y(p1,p1) Function: im

? ?

点击Insert Quantity Into Expression>Done.

在菜单栏中点击Optimetrics>Analysis>Add Optimization.在Goals标签中点击Add按钮，

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库南昌大学HFSS工程应用仿真实验报告：1~8(8)在线全文阅读。