8.4 HFSS天線仿真設計分析結果

    在實際應用中，通常使用球坐標系來處理天線的輻射問題。對于直角坐標系中三維空間的任一位置 P（x，y，z），用球坐標系可以表示為 P（r，theta，phi）。其中，r 是坐標原點與點 P 之間的徑向距離，theta是坐標原點到點 P 的連線與 z 軸正向之間的夾角，phi 是坐標原點到點 P 的連線在 xy 平面的投影與 x 軸正向之間的夾角，可以參考圖 8.14。球坐標系中 r、theta、phi 的變化范圍分別為 0≤r<+∞，0≤ theta ≤ 180°，0≤phi≤360°。

圖 8.14 球面坐標（r，theta，phi）

    在球坐標系下，天線輻射到自由空間的磁場和電場分布可以由下式計算：

     天線輻射能量到自由空間，需要計算遠離輻射源處的電磁場分布。HFSS 中定義了輻射邊界條件和 PML 邊界條件用以模擬開放的自由空間，計算天線的輻射問題。因此，HFSS 在處理天線等輻射問題時，必須使用輻射邊界條件或者 PML 邊界條件。

    8.4.1 定義遠區(qū)場輻射表面

    在 HFSS 數據后處理模塊，為了能夠查看天線方向圖、天線方向性系數等參數，首先需要定義遠區(qū)場輻射表面。

    從主菜單欄選擇【HFSS】→【Radiation】→【Insert Far Field Setup】→【Infinite Sphere】 命令；或者右鍵單擊工程樹下的 Radiation 節(jié)點，從彈出菜單中選擇【Insert Far Field Setup】→【Infinite Sphere】命令，打開 “遠區(qū)場輻射表面設置”對話框，如圖 8.15 所示；定義和添加遠區(qū)場輻射表面。

圖 8.15 “遠區(qū)場輻射表面設置”對話框 

    在該對話框的 Infinite Sphere 選項卡界面的 Name 項輸入遠區(qū)場輻射球面的名稱；Phi 欄是定義圖 8.14 所示的球坐標系中角坐標Phi的范圍和步進值，Theta 欄是定義圖 8.14 所示的球坐標系中角坐標Theta 的范圍和步進值；二者的角度范圍由 Start、Stop 項設置，步進值由 Step Size 項設置，單位可以是角度（°）或者弧度（rad）。 對話框中的Coordinate System選項卡和Radiation Surface選項卡一般保持默認設置不變。 最后單擊確定按鈕，完成遠區(qū)場輻射表面設置。設置完成后，Name 項定義的輻射表面的名 稱會添加到工程樹的 Radiation 節(jié)點下。