Ansoft HFSS 在設計對數周期天線時的仿真方法

圖 3 不同求解頻率駐波曲線圖

    從圖中可以明顯看出，天線兩次求解的駐波曲線差別較大，最大值差別有0.37，且兩條曲線的變化規律也存在不同趨勢，一致性不好，說明求解存在較大誤差，因此必須對天線模型和求解設置進行改進。通過提高最大Delta S，增加輻射邊界尺寸，應用PML 邊界以及采用一階（First order）基函數等方法后，均存在上述現象。分析其原因，發現兩次求解頻率的不同導致兩次模型網格剖分的不同，且局部網格剖分過于粗糙，因此考慮提高網格密度的辦法，對模型進行手動網格加密處理。由于天線模型為規則金屬柱狀體結構，不存在介質，且模型外表面規則。因此考慮基于單元網格長度限制的加密處理。見圖4。

圖4 網格設置

    如圖所示，將最大網格長度限制在20mm=1/50λL(λL為300MHz 時的波長)，然后再次對上述模型進行兩次求解，求解頻率依然是 f1=0.6GHz、f2=0.8GHz。其余設置不變，仿真結果如圖5 所示，

圖5 加密后不同求解頻率駐波

    從圖 5 可以看出，兩次求解的一致性明顯好于圖3 所示，駐波曲線趨勢基本一致，駐波最大差別小于0.04，通過進一步提高網格限制和加密仿真頻點，兩條曲線的一致性還可以提高，但是仿真效率也會隨著網格的加密而降低，因此需要根據自己的需要合理設置。在可接受的誤差范圍內，提高仿真效率。

    2.3 天線的設計仿真結果    

    基于上面的設置，綜合考慮仿真效率和計算誤差，對天線進行了優化設計，最終得到一組較理想的設計參數。天線的最終仿真結果如下。

    從仿真結果可以看出，在頻率0.3GHz～1.0GHz 范圍內，對數周期天線駐波小于2。在工作頻段內，天線的增益在大于6.4dBi，大部分頻點增益在8dB 以上。

    3 結論

    本文介紹了采用Ansoft HFSS 分析設計柱狀對數周期天線時的仿真方法，采用基于網格最大長度的加密方法，提高了仿真結果的正確性和有效性，并基于該網格設置，設計了一款工作在300MHz~1000MHz 的對數周期天線。仿真結果顯示了天線的良好性能。這種方法對于設計者在以后遇到類似的問題時，有一定的指導意義。

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