藍牙天線模型的案例
干貨 | 基于ANSYS HFSS藍牙天線仿真分析介紹
藍牙(Bluetooth)是一種低成本、低功率以及短距離無線通訊的技術，可以廣泛應用在個人移動通訊設備上。藍牙天線，是在無線通訊系統中用來傳送與接收電磁波能量的重要必備組件，工作頻段為2.4GHZ~2.484GHZ.本文以倒L天線為例，本文主要介紹如何使用ANSYS HFSS仿真倒LPCB天線，以及對天線尺寸進行優化分析。
仿真模型及尺寸如圖1所示，介質層厚度1mm，天線寬度1.6mm，天線長度25mm，其中垂直長度9mm，水平長度16mm，天線與參考地采用零厚度的平面模型。
圖1 HFSS中藍牙天線模型
打開ANSYS Electronics Desktop 2017（圖2），點擊Project 菜單下的HFSS模塊，打開操作界面。
圖2 ANSYS Electronics Desktop界面
選擇合適的求解模式，針對不同的模型有相應的求解模式，本例使用終端驅動模式（圖3）。
圖3 HFSS求解類型 圖4 HFSS中3D模型
設置好終端驅動模式以后開始建模，在HFSS中可以使用基本的立方體、平面等進行建模，也可以使用自帶的模型庫進行建模。本例使用圖1中的模型自建模型。建好的三維藍牙天線模型如圖4所示。同時設置材料屬性，PCB板介質層為F4，介電常數是4.4，損耗角正切0.02；參考地位于介質層下方，地與天線為平面模型，設置為Perfect E。在模型中選擇GND平面，點擊鼠標右鍵，選擇Assign Boundry?Perfect E，點擊OK關閉對話框，同樣的步驟對天線進行設置。
展開 MeshFree平臺天線概念模型分析中的應用
1 模型介紹
本文中對如下圖所示的天線概念模型進行了仿真分析，在天線設計階段，通常需要對目標產品的非精細模型進行分析以獲得其關鍵結構部位的變形、應力以及諧振頻率的大致范圍，并對部分性能指標進行初步評價。
圖1 天線概念設計模型
2 MeshFree平臺中的分析過程
運行MeshFree平臺后，首先選擇分析工況，在本例中，需建立線性靜力分析和模態分析兩個工況。然后，導入天線的Parasolid模型，導入過程中，軟件會自動檢查不同零件之間的間隙，并依此建立接觸關系，默認均為焊接連接，在模型樹中點選連接條目，圖形區會同步高亮顯示相應的連接區域，如圖2所示。
導入完成后即可進行材料設置，對于該模型，除上部拋物面反射體和支撐桿采用環氧樹脂材料外，其余部分均采用結構鋼材料。一種較方便的方式是先統一在模型樹中制定材料為結構鋼，然后在圖形區點選反射體部分，通過右鍵菜單重新指定為環氧材料。點選后通過右鍵操作的方式非常方便且不易誤操作，在處理零件數較多的模型過程中便捷性更加明顯。
圖 2 模型樹中的Welded連接和圖形區中的相應連接區域
隨后Analysis Conditions菜單中設置約束和載荷，在該模型中完全約束底部8個螺栓，并對底座法蘭下平面施加Y向約束。然后，添加重力載荷和作用于反射體拋物面的等效風載荷。至此，線性靜態分析工況的設置已全部完成。對于模態分析工況，只需將模型樹中的約束條件通過鼠標拖拽至該工況的Boundary列表下即可。運行分析默認會計算所有工況，存在多個工況時可根據需要進行選取。
MeshFree的計算過程對計算機資源的消耗并不算大，兩個工況同時提交，求解過程耗時約5分鐘。計算完成后，軟件會自動進入結果顯示狀態，即可方便的查看分析結果。
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