【无线射频仿真】-利用HFSS优化法快速确定天线的相位中心

1/1利用HFSS优化法快速确定天线的相位中心1.什么是天线相位中心

天线所辐射出的电磁波在离开天线肯定的距离后，其等相位面会近似为一个球面，该球面的球心即为该天线的等效相位中心，如下图（虚线表示该天线的等相位面，在离开天线肯定距离后，虚线近似为圆形（最外面一圈），其圆心即为天线的等效相位中心）：

2.HFSS优化法快速确定天线的相位中心

（1）用后处理变量定义相对坐标系

A.HFSSDesignProperties，打开DesignProperties对话框;

B.点击AddVariable，显示定义设计变量的属性对话框，例如定义为"PhaseCenterZ'，变量类型设定为"PostProcessingvariable'，单位类型"Length'，本例初值设为"1in'；

C.用ModelerCoordinateSystemCreateRelativeCSOffset命令定义一个相对坐标系，用前面设定的变量作为Z坐标。

后面的优化过程中可以通过变量转变坐标系定义，而无需重新求解模型。

(2)将相对坐标系用于远场设置计算

点击HFSSRadiationInsertFarFieldSetupInfiniteSphere，定义合适的角度范围与间隔，在坐标系选项卡中，选择定义好的采纳了后处理变量的相对坐标系；

当相对坐标系位置转变时（通过转变变量PhaseCenterZ的值），远场量会重新计算，而无需重新仿真模型。

(3)设置优化求解

A.添加一个优化（Optimization）设置

B.点击"SetupCalculations'按钮，打开计算表达式定义的对话框，定义优化目标用于查找相位中心，这里将优化的是场量rEPhi的峰峰连续角度。

Geometry选择前面定义的InfiniteSphere。

计算表达式为cang_deg(rEPhi)，本例中的天线在Phi=0平面是Phi极化（电场沿着y轴）

C.点击"RangeFunction'，选择"Math'，函数选择"pk2pk'，应用于整个Theta角度扫描；

D."Oversweep'定义了扫描的范围，本例中从-40deg到+40deg。

E.回到优化设置对话框，选择优化条件"Condition'为"Minimize'；

"Minimize/Maximize'只能用于单个计算量优化的状况

优化只能支持一维的范围缩减，也就是说，不支持嵌套范围函数

以上的限制意味着"Minimize/Maximize'仅能在如下状况选择：多个值的计算范围内只能有一个扫描，并且在计算表达式中采纳了范围缩减函数

F.在"Variables'选项卡中，需要将定义了相对坐标系的变量勾选"Include'，搜寻范围限定在沿着Z轴5~10in的范围内；

G.在"General'选项卡中，假如不勾选"Updatedesignparametersvalueafteroptimization'，就可以看到仿真进程图。

(4)求解并查看结果

A.右键单击Optimization设置，点击"Analyze'，开头优化计算；

B.再次右键点击，选择"ViewAnalysisResult'，查看后分析对话框，选择"Plot'，查看仿真进程。从"Table'形式的结果中，能够看到当Cost最小时的相位中心Z坐标值。

3.小结

HFSS优化法快速确定天线的相位中心的操作流程总结如下：

步骤：

1、定义用后处理变量表示的相对坐标系；

2、远场设置中采纳已设好的相对坐标