利用HFSS優(yōu)化法快速確定天線的相位中心

1.什么是天線相位中心

天線所輻射出的電磁波在離開天線一定的距離后，其等相位面會(huì)近似為一個(gè)球面，該球面的球心即為該天線的等效相位中心，如下圖（虛線表示該天線的等相位面，在離開天線一定距離后，虛線近似為圓形（最外面一圈），其圓心即為天線的等效相位中心）：

2.HFSS優(yōu)化法快速確定天線的相位中心

（1）用后處理變量定義相對(duì)坐標(biāo)系

A.HFSS>Design Properties，打開DesignProperties 對(duì)話框;

B.點(diǎn)擊AddVariable，顯示定義設(shè)計(jì)變量的屬性對(duì)話框，例如定義為“PhaseCenterZ”，變量類型設(shè)定為“PostProcessing variable”，單位類型“Length”，本例初值設(shè)為“1in”；

C.用Modeler>CoordinateSystem>Create>Relative CS>Offset 命令定義一個(gè)相對(duì)坐標(biāo)系，用前面設(shè)定的變量作為Z坐標(biāo)。

后面的優(yōu)化過程中可以通過變量改變坐標(biāo)系定義，而無需重新求解模型。

(2)將相對(duì)坐標(biāo)系用于遠(yuǎn)場(chǎng)設(shè)置計(jì)算

點(diǎn)擊HFSS>Radiation>InsertFar Field Setup>Infinite Sphere ，定義合適的角度范圍與間隔，在坐標(biāo)系選項(xiàng)卡中，選擇定義好的采用了后處理變量的相對(duì)坐標(biāo)系；

當(dāng)相對(duì)坐標(biāo)系位置改變時(shí)（通過改變變量PhaseCenterZ的值），遠(yuǎn)場(chǎng)量會(huì)重新計(jì)算，而無需重新仿真模型。

(3)設(shè)置優(yōu)化求解

A.添加一個(gè)優(yōu)化（Optimization）設(shè)置

B.點(diǎn)擊“SetupCalculations”按鈕，打開計(jì)算表達(dá)式定義的對(duì)話框，定義優(yōu)化目標(biāo)用于尋找相位中心，這里將優(yōu)化的是場(chǎng)量rEPhi的峰峰連續(xù)角度。

· Geometry選擇前面定義的InfiniteSphere。

· 計(jì)算表達(dá)式為cang_deg(rEPhi)，本例中的天線在Phi=0平面是Phi極化（電場(chǎng)沿著y軸）

C.點(diǎn)擊“RangeFunction”，選擇“Math”，函數(shù)選擇“pk2pk”，應(yīng)用于整個(gè)Theta角度掃描；

D.“Oversweep”定義了掃描的范圍，本例中從-40deg到+40deg。

E.回到優(yōu)化設(shè)置對(duì)話框，選擇優(yōu)化條件“Condition”為“Minimize”；

· “Minimize/Maximize”只能用于單個(gè)計(jì)算量?jī)?yōu)化的情況

· 優(yōu)化只能支持一維的范圍縮減，也就是說，不支持嵌套范圍函數(shù)

· 以上的限制意味著“Minimize/Maximize”僅能在如下情況選擇：多個(gè)值的計(jì)算范圍內(nèi)只能有一個(gè)掃描，并且在計(jì)算表達(dá)式中采用了范圍縮減函數(shù)

F.在“Variables”選項(xiàng)卡中，需要將定義了相對(duì)坐標(biāo)系的變量勾選“Include”，搜索范圍限定在沿著Z 軸5~10in的范圍內(nèi)；

G.在“General”選項(xiàng)卡中，如果不勾選“Updatedesign parameters value after optimization”，就可以看到仿真進(jìn)程圖。

(4)求解并查看結(jié)果

A.右鍵單擊Optimization設(shè)置，點(diǎn)擊“Analyze”，開始優(yōu)化計(jì)算；

B.再次右鍵點(diǎn)擊，選擇“ViewAnalysis Result”，查看后分析對(duì)話框，選擇“Plot”，查看仿真進(jìn)程。從“Table”形式的結(jié)果中，能夠看到當(dāng)Cost最小時(shí)的相位中心Z坐標(biāo)值。

3.小結(jié)

HFSS優(yōu)化法快速確定天線的相位中心的操作流程總結(jié)如下：

步驟：

關(guān)鍵點(diǎn)：