Ansoft HFSS 在设计对数周期天线时的仿真方法

  【摘要】 本文通过 ANSOFT HFSS 设计了一个对数周期天线，在仿真分析时，发现随着求解频率的不同，天线的求解结果差别较大，求解误差较大。通过在 HFSS 中尝试不同的求解设置方法， 最终通过将天线模型剖分网格最大长度限定在 1/50λ的方法，使的求解结果在不同频率求解 时的一致性较好，提高了仿真的准确性。为设计者在仿真类似问题时，提供了一种提高求解准 确性的方法。

    1 前言

    对数周期偶极子天线（log-periodic dipole antenna），由于其工作频带宽、增益高、前后比好、结构简单、成本低等众多优点，在短波、超短波、微波等波段的通信、侧向、侦察、电子对抗等方面得到了广泛的应用。本文利用Ansoft HFSS 软件对这种传统的对数周期天线进行了设计，在软件中直接建立了天线的仿真模型，并进行了相应的端口和边界设置，然而在仿真求解时却发现，随着求解频率的不同，得到的求解结果差别较大，为了获得一个较可信的分析结果，提高仿真的准确性，对 HFSS 一些参数设置进行了分析和验证。

    通过多次比较和验证，最终通过设置网格的办法获得了一组较准确的求解结果，并基于此设置，多模型进行了不断的优化和改进，设计了一个工作在300MHz~1000MHz 的对数周期天线，证明了 HFSS 在设计该类天线时的有效性和正确性。

    2 对数周期天线的基本分析

    2.1 对数周期天线的建模

    按传统设计方法，对数周期天线的阵子长度为：

    式中，λl为低频段自由空间中的工作波长，εr为介质相对介电常数，此处为空气介质。

    设置天线工作的最高频率fh=1000MHz，工作的最低频率fL=300MHz，比例因子г =0.85、间距因子σ=0.13，建立对数周期天线的仿真模型如图1 所示。天线共有10 对金属圆柱阵子，直径相同，天线采用一组正方形的金属管集合线馈电，馈电点设在天线的顶点处，仿真模型将所有部件都设置为pec 材料，模型相对简单，并设置好求解频率和辐射边界后，模型检查正确后即可进行仿真。

图1 对数周期天线的仿真模型图 

    2.2 天线仿真时遇到的问题

    采用Ansoft HFSS 对上述对数周期天线模型进行仿真分析。分别设置了两个不同的求解频点(solution frequency)，f1=0.6GHz、f2=0.8GHz，sweep 从300MHz 到600MHz 进行离散扫频（discrete），如图2 所示。  

图 2 不同求解频率设置

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