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应用案例：电大平台天线布局仿真之实装天线性能评估

电磁CAEer

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概述

通常我们把物理尺寸在天线工作波长100倍以上的平台，称作电大平台。典型的电大平台包括：车载平台、机载平台、舰载平台、星载平台等。

对于此类电大尺寸平台而言，其所关注的天线布局问题包括：

实装天线的性能评估。天线在安装实际载体平台后，相比于自由空间，其辐射方向图等重要性能指标将发生较大变化，定量评估这一变化，可为进一步的优化设计提供具体指导。
天线间的隔离度分析。多幅天线共同安装在载体平台后，射频系统将受到邻频干扰、谐波干扰、互调干扰等，将平台结构的影响考虑进入隔离度分析，可以提供更接近实际的仿真结果。
快速仿真与精确结果。电大平台意味着更多的网格剖分、更大的计算规模、更长的仿真耗时，平衡仿真速度与精度这一矛盾体，亦是电大仿真所关注的问题之一。基于弹跳射线法的SBR+求解器，则适用于该类型问题的求解。

本案例基于HFSS SBR+求解类型，演示如何评估机载平台上单极子天线性能变化的情况，后续将给出机载平台上的天线隔离度仿真案例。

仿真模型

2.1 机载平台

机载平台结构包括机身、螺旋桨、天线罩，通常由第三方软件建模得到，在AEDT界面通过Modeler>Import可直接导入。

长×宽×高=18m×25m×6m≈93.6λ×130λ×31.2λ（@1.56GHz）

2.2 天线模型（特有的Parametric Antennas）

在SBR+求解类型中，我们可以直接天线建模、导入天线3D Component或者链接近场/远场辐射，而这里通过其特有的参数建模功能，即Parametric Antennas，进行建模。

单极子天线@1.56GHz

关键设置

3.1 求解类型

在建立仿真模型前，尤其是天线建模前，确保HFSS设计的求解类型为SBR+。

3.2 边界条件

将机身、螺旋桨设置为PE边界条件，天线罩设置为Layered Impedance分层阻抗边界条件。

3.3 相对坐标系

相对于Global坐标系，建立相对坐标系（如命名为Antenna），便于放置单极子天线。

3.4 Infinite Sphere

与Modal Driven、Terminal Driven等求解类型不同，SBR+求解类型需要在仿真求解之前设置Infinite Sphere，才能观测3D辐射方向图。

3.5 求解设置

添加单个频点进行仿真分析，1.56GHz如下。

仿真结果

下图给出了实装环境下天线的增益与辐射方向图，与理想的自由空间环境下的对比。

仿真报告显示，本次仿真耗时约为2分钟，最大内存占用少于300M，网格总数45349个。

结论

本案例在HFSS SBR+求解类型下，利用Parametric Antennas功能快速创建单极子天线，并仿真分析其在机载平台上的性能变化，结果给出了载体平台对天线性能的影响。使用该方法可以快速有效地评估实装天线性能，非常适合设计初期没有实际天线、载体平台的情况，进行系统性的预测评估，并指导天线布局设计。

来源：电磁CAEer

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首次发布时间：2023-06-29