Ansoft HFSS 在设计对数周期天线时的仿真方法

图 3 不同求解频率驻波曲线图

    从图中可以明显看出，天线两次求解的驻波曲线差别较大，最大值差别有0.37，且两条曲线的变化规律也存在不同趋势，一致性不好，说明求解存在较大误差，因此必须对天线模型和求解设置进行改进。通过提高最大Delta S，增加辐射边界尺寸，应用PML 边界以及采用一阶（First order）基函数等方法后，均存在上述现象。分析其原因，发现两次求解频率的不同导致两次模型网格剖分的不同，且局部网格剖分过于粗糙，因此考虑提高网格密度的办法，对模型进行手动网格加密处理。由于天线模型为规则金属柱状体结构，不存在介质，且模型外表面规则。因此考虑基于单元网格长度限制的加密处理。见图4。

图4 网格设置

    如图所示，将最大网格长度限制在20mm=1/50λL(λL为300MHz 时的波长)，然后再次对上述模型进行两次求解，求解频率依然是 f1=0.6GHz、f2=0.8GHz。其余设置不变，仿真结果如图5 所示，

图5 加密后不同求解频率驻波

    从图 5 可以看出，两次求解的一致性明显好于图3 所示，驻波曲线趋势基本一致，驻波最大差别小于0.04，通过进一步提高网格限制和加密仿真频点，两条曲线的一致性还可以提高，但是仿真效率也会随着网格的加密而降低，因此需要根据自己的需要合理设置。在可接受的误差范围内，提高仿真效率。

    2.3 天线的设计仿真结果    

    基于上面的设置，综合考虑仿真效率和计算误差，对天线进行了优化设计，最终得到一组较理想的设计参数。天线的最终仿真结果如下。

    从仿真结果可以看出，在频率0.3GHz～1.0GHz 范围内，对数周期天线驻波小于2。在工作频段内，天线的增益在大于6.4dBi，大部分频点增益在8dB 以上。

    3 结论

    本文介绍了采用Ansoft HFSS 分析设计柱状对数周期天线时的仿真方法，采用基于网格最大长度的加密方法，提高了仿真结果的正确性和有效性，并基于该网格设置，设计了一款工作在300MHz~1000MHz 的对数周期天线。仿真结果显示了天线的良好性能。这种方法对于设计者在以后遇到类似的问题时，有一定的指导意义。

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