搜索利用HFSS优化法快速确定天线的相位中心
2017-04-02 by:CAE仿真在线 来源:互联网
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一定的距离后,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,在离开天线一定距离后,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.HFSS>Design Properties,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“PostProcessing variable”,单位类型“Length”,本例初值设为“1in”;
C.用Modeler>CoordinateSystem>Create>Relative CS>Offset 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改变坐标系定义,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 HFSS>Radiation>InsertFar Field Setup>Infinite Sphere ,定义合适的角度范围与间隔,在坐标系选项卡中,选择定义好的采用了后处理变量的相对坐标系;
当相对坐标系位置改变时(通过改变变量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,定义优化目标用于寻找相位中心,这里将优化的是场量rEPhi的峰峰连续角度。
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Geometry选择前面定义的InfiniteSphere。
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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”;
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“Minimize/Maximize”只能用于单个计算量优化的情况
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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
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以上的限制意味着“Minimize/Maximize”仅能在如下情况选择: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用了范围缩减函数
F.在“Variables”选项卡中,需要将定义了相对坐标系的变量勾选“Include”,搜索范围限定在沿着Z 轴5~10in的范围内;
G.在“General”选项卡中,如果不勾选“Updatedesign parameters value after optimization”,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”,开始优化计算;
B.再次右键点击,选择“ViewAnalysis Result”,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:
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定义用后处理变量表示的相对坐标系;
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远场设置中采用已设好的相对坐标系;
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设置一个优化计算用以搜索相位中心;
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求解优化设置并查看相位中心的结果。
关键点:
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相对坐标系;
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后处理变量;
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优化。
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