利用HFSS優化法快速確定天線的相位中心

1.什么是天線相位中心

天線所輻射出的電磁波在離開天線一定的距離后，其等相位面會近似為一個球面，該球面的球心即為該天線的等效相位中心，如下圖（虛線表示該天線的等相位面，在離開天線一定距離后，虛線近似為圓形（最外面一圈），其圓心即為天線的等效相位中心）：

2.HFSS優化法快速確定天線的相位中心

（1）用后處理變量定義相對坐標系

A.HFSS>Design Properties，打開DesignProperties 對話框;

B.點擊AddVariable，顯示定義設計變量的屬性對話框，例如定義為“PhaseCenterZ”，變量類型設定為“PostProcessing variable”，單位類型“Length”，本例初值設為“1in”；

C.用Modeler>CoordinateSystem>Create>Relative CS>Offset 命令定義一個相對坐標系，用前面設定的變量作為Z坐標。

后面的優化過程中可以通過變量改變坐標系定義，而無需重新求解模型。

(2)將相對坐標系用于遠場設置計算

點擊HFSS>Radiation>InsertFar Field Setup>Infinite Sphere ，定義合適的角度范圍與間隔，在坐標系選項卡中，選擇定義好的采用了后處理變量的相對坐標系；

當相對坐標系位置改變時（通過改變變量PhaseCenterZ的值），遠場量會重新計算，而無需重新仿真模型。

(3)設置優化求解

A.添加一個優化（Optimization）設置

B.點擊“SetupCalculations”按鈕，打開計算表達式定義的對話框，定義優化目標用于尋找相位中心，這里將優化的是場量rEPhi的峰峰連續角度。

· Geometry選擇前面定義的InfiniteSphere。

· 計算表達式為cang_deg(rEPhi)，本例中的天線在Phi=0平面是Phi極化（電場沿著y軸）

C.點擊“RangeFunction”，選擇“Math”，函數選擇“pk2pk”，應用于整個Theta角度掃描；

D.“Oversweep”定義了掃描的范圍，本例中從-40deg到+40deg。

E.回到優化設置對話框，選擇優化條件“Condition”為“Minimize”；

· “Minimize/Maximize”只能用于單個計算量優化的情況

· 優化只能支持一維的范圍縮減，也就是說，不支持嵌套范圍函數

· 以上的限制意味著“Minimize/Maximize”僅能在如下情況選擇：多個值的計算范圍內只能有一個掃描，并且在計算表達式中采用了范圍縮減函數

F.在“Variables”選項卡中，需要將定義了相對坐標系的變量勾選“Include”，搜索范圍限定在沿著Z 軸5~10in的范圍內；

G.在“General”選項卡中，如果不勾選“Updatedesign parameters value after optimization”，就可以看到仿真進程圖。

(4)求解并查看結果

A.右鍵單擊Optimization設置，點擊“Analyze”，開始優化計算；

B.再次右鍵點擊，選擇“ViewAnalysis Result”，查看后分析對話框，選擇“Plot”，查看仿真進程。從“Table”形式的結果中，能夠看到當Cost最小時的相位中心Z坐標值。

3.小結

HFSS優化法快速確定天線的相位中心的操作流程總結如下：

步驟：

1、定義用后處理變量表示的相對坐標系；
2、遠場設置中采用已設好的相對坐標系；
3、設置一個優化計算用以搜索相位中心；
4、求解優化設置并查看相位中心的結果。

關鍵點：

1、相對坐標系；
2、后處理變量；
3、優化。