陣列天線優化的案例
天線陣列(XFDTD例子)
本例取自論文《"A Fast Full-Wave Analysis of Scattering and Radiation from Large Finite Arrays of Microstrip Antennas" by Chao-Fu Wang, Feng Ling,, and Jian-Ming Jin》（Chao-Fu Wang, Feng Ling, and Jian-Ming Jin，IEEE Transactions on Antennas and Propagation 1998.10）。論文中通過采用FFT技術的積分方程方法提高了計算速度。
Antenna_Array.pdf
展開 HFSS仿真寶典 | 陣列天線的波束掃描
“
天線的波束掃描分為機械掃描和電掃描，后者相比于前者在掃描速度、波束數量、波束形狀等方面具有明顯優勢，控制上更為靈活。本文介紹兩種在HFSS中進行電波束掃描的仿真方法。
”
關鍵詞：陣列天線，電波束掃描
01
陣列天線的波束掃描
陣列天線是一種由多個天線單元組成的集成系統，通過波束掃描技術，改變天線單元間的相對相位和幅度，從而實現對波束的方向和形狀的控制。在雷達、通信和導航等領域，可以實現更高的信號質量和更好的目標跟蹤效果。
在波束掃描中，陣列天線的每個天線單元可以被視為一個發射機或接收機，并且可以通過改變它們之間的相位差和振幅來實現對發射波束的控制。波束掃描技術可以根據需要對天線單元進行編程，從而實現不同的波束方向和形狀。
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“
天線的波束掃描分為機械掃描和電掃描，后者相比于前者在掃描速度、波束數量、波束形狀等方面具有明顯優勢，控制上更為靈活。本文介紹兩種在HFSS中進行電波束掃描的仿真方法。
”
關鍵詞：陣列天線，電波束掃描
01
陣列天線的波束掃描
陣列天線是一種由多個天線單元組成的集成系統，通過波束掃描技術，改變天線單元間的相對相位和幅度，從而實現對波束的方向和形狀的控制。在雷達、通信和導航等領域，可以實現更高的信號質量和更好的目標跟蹤效果。
在波束掃描中，陣列天線的每個天線單元可以被視為一個發射機或接收機，并且可以通過改變它們之間的相位差和振幅來實現對發射波束的控制。波束掃描技術可以根據需要對天線單元進行編程，從而實現不同的波束方向和形狀。
展開 基于HFSS的圓極化陣列天線設計
作為無線通信系統中最為重要的部分之一，天線也得到了飛速的發展。過去相當長的一段時間內，傳統的簡單天線一直發揮著其穩定的作用服務于無線通信系統。但是近年來，由于天線使用平臺的特殊要求，傳統的單一的線極化天線已經不能滿足實際的要求，圓極化天線越來越受到人們的重視。
當前圓極化微帶天線的研究課題有高增益圓極化天線、雙圓極化微帶天線、寬頻帶圓極化微帶天線等。本文研究設計了一個高增益圓極化微帶天線陣列，工作在中心頻率8.3GHZ。文章的目的是拋磚引玉，希望各位大佬相互借鑒交流學習，多多指教。
一 單元天線設計
如下圖所示，實現圓極化的方法有切角等方法，這里不再贅述
本文設計的采用經典圖1的方法，采用背部饋電，之所以沒用微帶線饋電，是因為微帶線電流輻射會影響到天線，采用背部饋電，組成饋電網絡時影響最小。單元如下圖下圖是對關鍵參數的掃描，關鍵參數有切角寬度，方形貼片寬度，同軸線位置等，下面只給出貼片長度對s11和AR的影響
經過hfss軟件優化器的運算，得出最優解如下圖
二陣列設計
單元設計完成，接下來是陣列，根據陣列理論，影響性能的因素較多，間距，饋電網絡等都會產生很大影響，經過不斷調試，最終陣列為4X4，如下圖
本次設計陣列采用雙層基板，基板中間是地板，背面的饋電如下圖，同時給出電流分布
下面是陣列主要指標，s11，AR，增益等
以上三圖可知，諧振點在8.3GHZ左右，軸比AR小于3dB,3dB寬度較窄，SLL在14dB，可以根據要求調整陣列，實現更小的SLL
三 總結
本文提出一種4X4的陣列，效果較好，容易加工。
最后，有需要歡迎通過微信公眾號聯系我們。
展開 
基于cst的ku波段陣列天線設計
前言：
微帶天線的制作成本低，天線的整體尺寸往往較小，具有很輕的重量。而且由于是印刷形式的，易于加工和批量生產，因此被廣泛應用于通信系統中。為提高天線的方向性，最為直接的方法是利用電磁波干涉原理，將多個單元組合陣列。有時為實現特殊用途，還要求天線的波束具有掃描功能。本文設計了一款駐波形式的串聯饋電微帶陣列天線，工作在Ku頻段，并且采用切比雪夫綜合方法，有效降低天線的副瓣電平，然后將單個線陣組合成為面陣，給每個端口賦予不同的相位和激勵幅度，實現了平面波束掃描功能。
關鍵字：微帶天線，陣列，低副瓣，相控陣 HFSS CST
天線設計
天線串饋模型如圖所示：
圖1 天線模型示意圖
首先選擇合適的基板材料，選擇介質基板材料是通常從以下幾個方面考慮：
1.選擇合適的相對介電常數。
微帶天線的尺寸受介電常數影響很大，相對介電常數越大，微帶天線的尺寸就越小，且天線的帶寬也會降低，對制造公差要求較高。
2.選擇合適介質損耗角正切。
損耗角正切的值與天線的效率密切相關，損耗角正切的不斷增 加，其饋電損耗也逐漸變大。
3.介質基板厚度
基板厚度對天線的帶寬、增益以及效率等方面的影響較大，適當增加介質板的厚度，帶寬會變寬，效率會提高，但是如果介質板厚度太大，會激起表面波，使得天線間的耦合度增加，效率也會下降；減小介質板厚度可以使天線的增益變大，但是天線的帶寬會變窄。
展開 ANSYS | 大型陣列天線仿真技術更新
ANSYS | 大型陣列天線仿真技術更新
222 基于matlab的天線線性陣列分布 ￥19.89
基于matlab的天線線性陣列分布。運用遺傳算法，對天線的龐斑進行優化，得到最佳的線性陣列的分布。輸出迭代曲線，主平面方向圖，陣元放置位置。程序已調通，可直接運行。
如何用Ansys HFSS搞定5G陣列天線設計（二）
第3步：使用域分解方法設計有限大天線陣列
設計天線陣列需要的不是理想化模型，因此，下一步是構建真實仿真，以便更好地理解各天線單元相互作用以及與陣列邊緣相互作用的方式。
先該仿真方法采用域分解（DDM）方法完成。域分解方法將復制單個單元的網格并將其應用于第二步定義中的幾何結構。每個網格的邊界與相鄰網格重疊縫合，以評估臨近陣列單元的耦合情況。
采用高性能計算平臺和域分解方法，能將每個天線單元網格的計算負荷分配后采用多個處理器內核來并行求解，以此加快求解速度。
網格一旦創建，Ansys HFSS便可用于評估和優化天線增益、回波損耗、旁瓣電平和波束控制，精度比第2步中的方法更具優勢。
第4步：計算有限大天線陣列的波束角
如果信號的傳輸方向無法控制，5G天線將毫無意義。這里，可使用HFSS的“有限陣列波束角計算器”，根據信號頻率和掃描/相位角度計算讓波束指向特定方向所需的相移。
展開 11/5 陣列天線仿真技術挑戰與突破性技術更新
課程簡介：
天線是移動通信系統的重要組成部分，尤其進入5G時代，天線技術也日趨復雜，而大規模陣列天線是其關鍵技術之一，HFSS作為天線設計的黃金工具，在業界一直廣受推崇。從有限大陣列技術問世以來，HFSS在陣列天線求解方面屢次突破，在2020 R1版本中利用業界獨有的“非匹配網格技術”實現了非規則陣列天線的快速求解，從而快速高效的設計和仿真。
講師簡介：
張旭
畢業于蘇州大學電磁場與微波專業，獲工學碩士學位。長期從事天線設計研發，無源器件設計等電磁場與微波相關工作。現任Ansys高級應用工程師，負責高頻產品線的方案開發、咨詢與技術支持等工作。
點擊報名：http://event.31huiyi.com/1948276865/index?c=jishulink
展開 如何用Ansys HFSS搞定5G陣列天線設計（一）
第2步：將天線單元代入天線陣列
有了天線單元后，工程師就可將其代入一個周期陣列中。把單元代入一系列復制設計中，有助于提高增益。
在第一步中，天線單元是自行評估的。現在可使用無限大天線陣列的周期單元重復評估這一過程。
很容易理解，陣列內其它天線的距離會影響增益、回波損耗、旁瓣回波及波束控制等特性。當然，也可通過調整天線方位來優化這些特性。
選定最佳陣列方位后，可通過定義陣因子，將無限大陣列改為理想化的有限大陣列。
本例中仿真了一個16x16的正方形天線陣列。
來源于：ANSYS官網
展開 【ANSYS官方干貨】5G仿真·非規則陣列天線仿真新突破
陣列構成越來越復雜
5G天線系統在朝著小型化和集成化的方向發展，這意味著越來越多的天線單元會集成到越來越小的體積內。比如基站天線，多個頻段輻射單元的集成，形成了高中低頻單元嵌套的陣面結構，使得陣面的構成越來越復雜。
另外，同頻單元也會由于各種原因導致結構略有差異，比如部分單元需要增加引向器，部分單元需要增加寄生隔離部件等等，而這些部件的增加都會使得陣列失去周期性。
在5G毫米波頻段的天線設計中，天線可能會以AIP/AoB的形式出現，這種類型的天線設計使得天線模組變得非常緊湊和小巧，但是帶來的問題是天線陣列饋電網絡的布線變得非常復雜，并且由于空間受限，網絡間的互耦必須提前考慮。這種情況下在天線設計階段就需要考慮部分的饋電網絡，盡可能的通過電磁場仿真手段優化和減少互耦帶來的影響。饋電網絡由于走線的考慮，使得不同位置的單元饋電網絡會略有不同，這也使得天線陣列失去了嚴格的周期性。
陣列天線仿真的困境
陣列構成復雜且規模巨大，建模和網格剖分困難
規模龐大陣列建模，會導致建模過程復雜，軟件渲染困難，影響仿真效率。仿真結果的精度直接由網格質量決定，如果需要得到高精度的仿真結果，勢必需要對模型進行精確的網格剖分和細化加密，而規模巨大的陣列天線模型將會導致網格剖分十分困難，并且十分耗時。
海量計算導致解困難
當完成了網格剖分后，由于具有海量的網格數量，會導致同樣海量的未知量，使得求解過程也變得異常緩慢，需要耗費巨大的計算資源。
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【Ansys線上直播回看】陣列天線仿真技術挑戰與突破性技術更新
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天線是移動通信系統的重要組成部分，尤其進入5G時代，天線技術也日趨復雜，而大規模陣列天線是其關鍵技術之一，HFSS作為天線設計的黃金工具，在業界一直廣受推崇。從有限大陣列技術問世以來，HFSS在陣列天線求解方面屢次突破，在2020 R1版本中利用業界獨有的“非匹配網格技術”實現了非規則陣列天線的快速求解，從而快速高效的設計和仿真各類復雜陣列天線問題。
此次網絡直播吸引了眾多觀眾在線觀看，在會后我們也陸續收到在線觀眾以及其他用戶前來詢問，在此附上本場網絡直播錄播內容，供大家回看學習。
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展開 CST陣列天線仿真系列研討會（含CST實操培訓）-9月12日直播
在5G、6G以及衛星通訊領域，陣列天線的應用越來越廣泛。基站陣列天線的發展趨勢包括多頻段、多輸入多輸出（MIMO）技術以及高密度小型化設計。衛星通訊中陣列天線的需求則集中在超寬帶寬角掃描、高速傳輸處理和高度集成化。這對陣列天線的設計提出了更高的要求。
電磁仿真在陣列天線的設計與驗證中扮演著關鍵角色。作為全球領先的電磁場仿真軟件，CST憑借其先進的技術體系、卓越的精度、高效的計算性能以及友好的操作體驗，深受工程師和科研人員的信賴，成為天線仿真的首選工具。
無論是基站天線還是大規模相控陣天線，新版本的CST均提供了完善的解決方案。通過使用CST的Array Task功能和HPC技術，設計人員可以高效完成復雜陣列天線的設計與驗證。
本次會議，我們準備了三個議題，將討論：
1.CST在基站陣列天線仿真的解決方案。
2.CST在衛星通訊相控陣天線仿真的解決方案。
3.CST實操培訓，演示相控陣天線仿真流程。
CST陣列天線仿真線上研討會
本次研討會將在9月12日下午通過線上會議形式舉辦，誠邀您的參與。
展開 HFSS仿真案例 | 車載天線布局與優化
下面將以車載天線為仿真案例，綜述HFSS在汽車領域的仿真方案、技術優勢以及商業價值。
仿真方案綜述
Ansys HFSS 中的FEM-IE-PO-SBR混合算法，Flex Meshing、Assembly Mesh、3D Components、SCDM等新技術，應用于車載天線布局與優化仿真，可實現天線與汽車載體的快速網格劃分與網格復用；輔助高性能并行計算HPC+DDM+GPU等，可實現汽車載線布局的快速建模與高效仿真，甚至超大規模的場景仿真等，大大提高工程師的工作效率。
從天線的工作原理來講，汽車載體一般位于天線的近場區域，天線與汽車載體之間的耦合效應，會進一步影響到天線的方向圖、端口匹配、瞄準誤差等性能，尤其是對于電小天線來說，天線安置于載體的變化更為明顯。天線+汽車的一體化仿真，是天線布局問題分析中，必不可少的最有效的解決方案。
技術優勢
1. 天線與汽車的一體化仿真，包含天線庫ADK；
2. 完備的混合算法，應對各種電大尺寸布局問題；
3. 三維模型庫技術，實現網格的快速劃分與復用；
4. 專業的模型修復與簡化，一鍵修復各種模型問題；
5. 靈活的邊界條件等效建模，有效降低模型復雜度；
6. 域分解高效并行技術，獲取精度與速度的均衡；
7. 分布式求解，支持多頻率與多參數的并行掃描；
8. 第一家支持GPU加速的頻域軟件，提升加速性能；
9.
展開 內部機載天線優化設計方案
仿真的（紅色虛線）輻射圖和測量得到的（黑色）輻射圖顯示出良好匹配
通過迭代獲得精心優化的設計
工程師隨后評估了不同的天線安裝設計，旨在獲得全向輻射圖。通過改變不同設計參數的尺寸，他們發現天線相對于復合材料結構件的位置（x和y方向）以及復合材料結構件的厚度對天線性能的影響最大。工程師使用HFSS中的參數化設計功能，在批處理模式中評估這些值的范圍及其他設計參數。接下來，工程師為完整飛機結構建模，以確定其如何影響天線性能以及如何進行設計改進來維持全向性能。
最終天線設計的測量值顯示，在1到1.2GHz的頻率之間最終天線設計與常規天線的性能極為接近
在仿真的指導下，工程師研發出的天線安裝設計能夠提供極為貼近理想全向模式的輻射圖，幾乎達到了無罩天線的性能。在優化天線設計之后，巴西國家電信研究所和巴西航空工業公司的工程師為優化后的設計構建了原型。新原型的物理測量與仿真結果良好匹配。這些新的天線安裝設計有望大幅降低新一代飛機的燃油消耗。
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