Ansoft HFSS 在設(shè)計(jì)對數(shù)周期天線時(shí)的仿真方法

  【摘要】 本文通過 ANSOFT HFSS 設(shè)計(jì)了一個(gè)對數(shù)周期天線，在仿真分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)隨著求解頻率的不同，天線的求解結(jié)果差別較大，求解誤差較大。通過在 HFSS 中嘗試不同的求解設(shè)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(jié)果在不同頻率求解 時(shí)的一致性較好，提高了仿真的準(zhǔn)確性。為設(shè)計(jì)者在仿真類似問題時(shí)，提供了一種提高求解準(zhǔn) 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(jié)構(gòu)簡單、成本低等眾多優(yōu)點(diǎn)，在短波、超短波、微波等波段的通信、側(cè)向、偵察、電子對抗等方面得到了廣泛的應(yīng)用。本文利用Ansoft HFSS 軟件對這種傳統(tǒng)的對數(shù)周期天線進(jìn)行了設(shè)計(jì)，在軟件中直接建立了天線的仿真模型，并進(jìn)行了相應(yīng)的端口和邊界設(shè)置，然而在仿真求解時(shí)卻發(fā)現(xiàn)，隨著求解頻率的不同，得到的求解結(jié)果差別較大，為了獲得一個(gè)較可信的分析結(jié)果，提高仿真的準(zhǔn)確性，對 HFSS 一些參數(shù)設(shè)置進(jìn)行了分析和驗(yàn)證。

    通過多次比較和驗(yàn)證，最終通過設(shè)置網(wǎng)格的辦法獲得了一組較準(zhǔn)確的求解結(jié)果，并基于此設(shè)置，多模型進(jìn)行了不斷的優(yōu)化和改進(jìn)，設(shè)計(jì)了一個(gè)工作在300MHz~1000MHz 的對數(shù)周期天線，證明了 HFSS 在設(shè)計(jì)該類天線時(shí)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(shè)計(jì)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(zhì)相對介電常數(shù)，此處為空氣介質(zhì)。

    設(shè)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(diǎn)設(shè)在天線的頂點(diǎn)處，仿真模型將所有部件都設(shè)置為pec 材料，模型相對簡單，并設(shè)置好求解頻率和輻射邊界后，模型檢查正確后即可進(jìn)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(shí)遇到的問題

    采用Ansoft HFSS 對上述對數(shù)周期天線模型進(jìn)行仿真分析。分別設(shè)置了兩個(gè)不同的求解頻點(diǎn)(solution frequency)，f1=0.6GHz、f2=0.8GHz，sweep 從300MHz 到600MHz 進(jìn)行離散掃頻（discrete），如圖2 所示。  

圖 2 不同求解頻率設(shè)置

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