阵列天线HFSS分析实例
问题简介
HFSS设计步骤和设计流程
新建工程并设置求解类型
天线建模——阵元建模
边界条件和激励设置
求解设置
设计流程
设计检查和运行求解分析
查看天线阵元的分析结果
设置天线阵列
查看天线阵的分析结果
问题简介
设计一个由25✖25个阵元组成的平面阵列天线，阵列天线的工作频率为9.25GHz，阵列天线的阵元为WR90型号的矩形波导。
阵元规则排列，在X和Y轴方向上阵元间距分别为0.5英寸和1英寸；阵元之间的相位差通过阵列天线的扫描角来确定，设置天线的辐射角度为：=0°，且-90°≤≥90°（xoz）
WR90型号矩形波导的截面尺寸为10.16mm✖22.86mm，即0.4英寸✖0.9英寸，工作频率在8.20~12.5GHz。
HFSS设计步骤和设计流程
新建工程并设置求解类型
对于波导天线，HFSS工程可以选择模式驱动求解类型
天线建模——阵元建模
对于阵列天线问题，在HFSS建模时不需要创建整个天线阵列的模型，只需要创建单个阵元模型，然后结合正确的主动边界条件和Floquet激励端口设置便可以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一般由阵元和自由自由空间两部分组成。本例中的阵元是一个横截面尺寸为 0.4英寸✖0.9英寸的WR90矩形波导，在XOY平面上规则排列，沿X轴方向阵列的阵元间距为0.5英寸，沿Y轴方向排列的阵元间距为1.0英寸。
因此，阵元模型可以由两个长方体模型组成，一个用于模拟截面尺寸为0.4英寸✖0.9英寸的矩形波导，一个用于模拟截面尺寸为0.5英寸✖1.0英寸的自由空间，模拟阵元波导和自由空间长方体的高度都取1英寸。
边界条件和激励设置
阵元波导模型的地面设置为波端口激励，阵元波导模型的四壁采用默认分配的理想边界条件即可。自由空间模型的上表面需要设置为Floquet端口激励，用于模拟周期性表面的辐射问题：Floquet端口的A、B坐标轴方向必须和阵列排列方向一致。自由空间模型的四壁需要设置为主从边界条件：4个表面共有两组主从边界条件，同一组主从边界表面，其U、V坐标轴方向必须一致，扫描角/相位延迟需要和Floquet激励端口设置的扫描角/相位延迟保持一致。本例中，使用扫描角来定义阵元之间的相位误差，扫描角为 θ = 30 ° \theta=30° θ=30°
主从边界设置效果图（左右表明）
主从边界设置效果图（前后表面）
求解设置
求解频率：9.25GHz
最大迭代次数：10
设计流程
第一步：新建工程，并另存为Array_Antenna；设置求解类型为模式驱动求解，并将模型的单位修改成英寸（in）。
第二步：新建一个长方体模型，并改名为“WaveGuide”，然后将起始点设置为（0，0，0），X、Y和Z方向上的大小分别为0.4，0.9，1英。然后另建一个长方体模型，并改名为“AirBox”，然后将起始点设置为（-0.05，-0.05，1），X、Y和Z方向上的大小分别为0.5、1、1英寸。
第三步：将自由空间的前后左右分别设置为两组主从边界表面。首先前后点击前表面设置Y轴方向为U方向，Z轴方向为V方向，同样地，对于后表面也是一样的设置，不同的是对于从边界表面的相位差分别用变量phi_scan和theta_scan表示，这两个角度的初始值为0°和30°。对于左右表面，将右表面设置为主边界表面，左表面设置为从边界表面。
第四步：将自由空间上表面设置为Floquet端口激励，并用自带得模式计算计算出模式数。并将矩形波导得下表面设置为波端口激励。
第五步：设计分析
设计检查和运行求解分析
查看天线阵元的分析结果
天线阵元的平面场强方向图
天线阵元的三维场强方向图
设置天线阵列
Radiation>>Antenna Array Setuo
查看天线阵的分析结果
天线阵元的平面场强方向图
天线阵元的三维场强方向图
