Ansys HFSS整車天線布局與輻射近場仿真應用

摘要

天線設計通常是獨立在理想條件下完成的,當天線安裝到真實平臺上時,天線性能可能會改變,嚴重時可影響整個射頻系統工作性能。所以我們希望能在設計早期知道天線安裝后的性能表現。


Ansys HFSS是天線設計利器,已具備FEM、IE、PO及混合算法,其中FEM和IE算法非常適合于中小尺寸問題,PO方法對問題復雜度有限制?,F在HFSS集成了SBR+算法,它可以在保證速度和精度的前提下,求解電尺寸非常大的問題。SBR+算法是用于天線安裝性能預估的最好的射線追蹤分析工具,它聚焦電大問題,可計算輸出天線安裝后輻射方向圖、天線與天線間耦合、近遠場分布等。

Ansys HFSS整車天線布局與輻射近場仿真應用的圖1

圖1 天線布局仿真應用

下面以汽車后視鏡天線為例,來看看如何利用Ansys HFSS SBR+算法進行整車天線布局與輻射近場仿真評估。


仿真思路

采用HFSS全三維電磁場仿真軟件,導入汽車車體三維模型和天線模型,利用HFSS FEM和SBR+算法結合,保證計算結果精確性及高效率,仿真天線布局后的性能、及輻射近場分布情況。


仿真流程與結果

仿真流程

模型導入

打開Ansys電子桌面,導入第三方CAD建模工具已處理好的車體三維模型(導入前可根據仿真需求適當簡化,或將CAD模型導入Ansys SCDM模型前處理工具進行簡化處理,加快仿真效率)。


Ansys HFSS整車天線布局與輻射近場仿真應用的圖2

圖2 HFSS車體模型導入


導入天線或輻射源模型

導入天線或輻射源模型,HFSS有多種處理方式。

1、直接在該項目工作區建天線模型;

2、可導入天線CAD模型,方法同上頁車體模型導入方法;

3、如在其他HFSS項目中的天線,可直接拷貝過來;

4、將其他HFSS項目中的天線做成3D Component,并導入到該項目中;

5、直接在該項目中激勵源設置鏈接天線項目或其他輻射源數據;


該項目采用方法4,導入天線3D Component,導入后模型如下圖。


Ansys HFSS整車天線布局與輻射近場仿真應用的圖3

圖3 導入天線模型


車體邊界條件仿真設置

1、選中車體模型,并設置其材料屬性為Perfect E;

2、仿真激勵源為導入的天線3D Component中的天線激勵源;

3、設置整車殼體為SBR+ Region(或IE Region);(HFSS一個模型項目中可實現多算法融合應用,高效率高精度計算。)


Ansys HFSS整車天線布局與輻射近場仿真應用的圖4

圖4 車體邊界條件設置


仿真參數設置

1、Analysis Setup設置仿真頻率,pass次數和Max Delta S要求;

2、在Hybird頁設置遠、近場后處理場參數設定;


Ansys HFSS整車天線布局與輻射近場仿真應用的圖5

圖5 仿真參數設置


仿真及后處理

1、Validate check無問題后即可開始仿真,整個meshing和計算過程軟件自動完成,以setup設置中pass次數和Delta S值為收斂判據;

2、仿真完成后即可輸出天線方向圖及輻射近場分布等數據。


Ansys HFSS整車天線布局與輻射近場仿真應用的圖6

圖6 天線方向圖


Ansys HFSS整車天線布局與輻射近場仿真應用的圖7

圖7 天線近場分布圖


結論

通過Ansys HFSS SBR+算法進行天線布局仿真,可以高效的預評估天線布局性能,并由此對所設計產品進行優化改進,在物理原型機生產之前提前預判產品特性,大大減小后期測試風險和代價。

文章來源:艾迪捷


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