Ansys HFSS 在天線罩電性能分析中的應用研究

    為了分析天線罩的功率傳輸系數(shù)、瞄準線誤差等電氣性能參數(shù)，需要將天線或罩體旋轉不同的角度，獲取該狀態(tài)下的天線輻射方向圖。在仿真過程中，采用天線靜止、天線罩相對天線旋轉的方法，通過計算天線罩旋轉不同角度時天線的輻射方向圖得出天線罩的功率傳輸系數(shù)和瞄準線誤差曲線。在HFSS 軟件中，可以設置天線罩的旋轉角度為一個變量，通過對該變量進行掃參計算，可以自動計算并存儲天線罩旋轉不同角度時的天線輻射方向圖。如圖3 所示，圖中給出了天線罩旋轉不同角度時天線口面法線方向附近的差方向圖。從圖中可以看出，由于天線罩的影響，單脈沖天線差方向圖的零深位置以及零深值都發(fā)生了變化，通過讀取零深位置，便可得出帶罩天線的零深位置曲線，將這些值與在此之前已經(jīng)仿真得出的不帶罩時天線的零深位置相減，便可得出天線罩的瞄準線誤差。

    3 Ansys HFSS 軟件的仿真設置探討

    3.1 Ansys HFSS 軟件的計算精度

    對于頻域問題的求解，有限元法是各種數(shù)值算法中最為成熟可靠的算法。使用有限元法，一旦確定了控制方程及計算求解區(qū)域，就需要進行網(wǎng)格剖分。在有限元分析步驟中，網(wǎng)格剖分是非常重要的一步，其直接影響到計算機內存需求、計算時間和數(shù)值結果的精確度。

    借助 Ansys HFSS 軟件自帶的自適應剖分網(wǎng)格工具，逐步細化剖分天線和天線模型，可以高精度地仿真計算天線和天線罩的電氣性能，消除了射線追蹤法帶來的遠場近似問題，提高了 設計精度，大大提高了試驗成功率，降低了研制周期。圖4 為天線罩的網(wǎng)格剖分模型，圖中的天線罩被分解成一個個微小的四面體，通過求解各個四面體的邊值問題，便可實現(xiàn)天線罩的仿真。

圖4 天線罩的網(wǎng)格剖分模型

    3.2 模型和計算空間的精簡

   應用HFSS 進行仿真，其計算區(qū)域直接影響著計算速度和計算精度。計算空間太大，導致網(wǎng)格數(shù)量增多，消耗大量的內存和計算時間卻并不能提高計算精度；計算空間太小，無法完成預定區(qū)域的仿真，影響了系統(tǒng)的計算精度。因此在仿真天線罩的時候，需要根據(jù)具體需要對天線和天線罩的模型進行簡化，以期待在不影響計算精度的前提下提高計算速度。對于單脈沖體制的天線，可以將天線中諸如和差器等組件刪除，只需保留輻射波導和耦合波導，通過對耦合波導激勵實現(xiàn)和差波束的控制。除此之外，對于天線基本輻射不到的天線罩根部區(qū)域，根據(jù)具體要求也可以進行裁剪，這將極大地節(jié)約計算量，提高計算速度。

    3.3 輻射邊界的設置

    Ansys HFSS 軟件中輻射邊界的設置直接影響了遠場方向圖的結果。由于仿真過程中，天線罩沿轉動中心旋轉，而距離罩體四分之一波長的矩形輻射邊界同樣在旋轉，導致了罩體旋轉不同角度時輻射邊界相對天線是變化的，這帶來了遠場方向圖的計算誤差，應將輻射邊界保持相對天線位置不變，同時保證天線罩始終在輻射邊界之內，這就需要擴大輻射邊界，勢必導致計算時間大幅度提高，因此這種設置需要在計算機硬件配置很高的前提下應用。

    4 結論

    本文借助Ansys HFSS 軟件，研究了電磁仿真軟件在天線罩電氣性能分析中的應用。通過介紹天線罩壁厚的設計、幾何模型建立方法和 HFSS 軟件的仿真設置，給出了應用電磁仿真軟件進行天線罩電氣性能分析的具體方案，驗證了該方法的可行性，并且對 HFSS 軟件的仿真設置進行了研究和探討。

[參考文獻]

[1] M. V. K. Chari, P. P. Silvester著, 史乃, 唐任遠等譯. 電磁場問題的有限元解法[M]. 北京: 科學出版社, 1985.
[2] T. Weiland. A discretization method for the solution of Maxwell’s equations for six-component fields. Electronics and Communication AEU (J), 1977, 31(7): 116-120.
[3] R. F. 哈林登著, 王爾杰等譯. 計算電磁場的矩量法[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 1981.
[4] 謝擁軍, 劉瑩等. HFSS 原理與工程應用[M]. 北京: 科學出版社, 2009.
[5] 杜耀惟. 天線罩電信設計方法[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 1993.
[6] 彭望澤. 防空導彈天線罩[M]. 北京: 宇航出版社, 1993.
[7] 張謨杰. 主被動復合天線罩瞄準線誤差分析[J]. 指導與引信, 2003, 24(3): 33-37.

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