利用ansoft hfss计算天线的等效相位中心[1]

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1、利用AnsoftHFSS计算天线的等效相位中心AnsoftLLC,Chinasupport@ansoft.com.cn©2008Ansoft,LLCAllrightsreserved.Ansoft,LLCProprietaryIntroduction•天线的等效相位中心–天线的相位中心是一个等效的概念：天线所辐射出的电磁波在离开天线一定的距离后，其等相位面会近似为一个球面，该球面的球心即为该天线的等效相位中心。–如图所示，虚线表示该天线的等相位面，在离开天线一定距离后，虚线近似为圆形（最外面一圈），其圆心即为天线的等效相位中心。©2008

2、Ansoft,LLCAllrightsreserved.Ansoft,LLCProprietaryIntroduction•等效相位中心的应用–我们可以等效地认为电磁波是从天线的相位中心点处向外辐射的–在一些具体的应用中，确定天线的相位中心具有重要的意义：如合成孔径雷达、测高或其它对位置敏感的系统以及反射面天线的馈源等©2008Ansoft,LLCAllrightsreserved.Ansoft,LLCProprietaryCalculatingtheAntennaPhaseCenter•我们可以通过计算电场的远场积分，得出天线等效相位中

3、心的坐标。•利用远场格林函数公式，得到磁矢势的表达式为•对方程（1）在整个求解空间进行积分，可以得到远场电场的表达式为•确定方程（2）中的r0，即确定了等效相位中心点坐标。©2008Ansoft,LLCAllrightsreserved.Ansoft,LLCProprietaryCalculatingtheAntennaPhaseCenter•如果方程（2）中和电场相关量都是已知的，我们就可以分别确定r0的x，y，z分量。•对于电场远场的相位，可以表示为•在直角坐标系下，矢量r0可以表示为•在x-z平面，电场远场的相位可以表示为©2008

4、Ansoft,LLCAllrightsreserved.Ansoft,LLCProprietaryCalculatingtheAntennaPhaseCenter•对方程（3）的左右两边同乘以cosθ，再对θ在0到π的范围内进行积分，由于三角函数的正交性，消去了和x0相关的分量，得到表达式•将波数k，表示为k=2πf/c0，其中c0是自由空间的光速，f是天线的工作频率，我们可以得到z0的表达式为•其中，通过HFSS的计算，我们可以得出电场的相位Ψ(θ)，代入方程（5），就可以确定出r0的z方向分量，即相位中心的z0坐标。©2008Anso

5、ft,LLCAllrightsreserved.Ansoft,LLCProprietaryCalculatingtheAntennaPhaseCenter•和确定z0的方法类似，我们可以分别得出r0的x0和y0分量的表达式，也即确定了天线等效相位中心点的坐标©2008Ansoft,LLCAllrightsreserved.Ansoft,LLCProprietaryExample:DipoleAntenna•在HFSS中建立如图所示的偶极子天线模型，以验证该方法计算天线等效相位中心的准确性。–将偶极子天线中点（等效相位中心）放在（2mm,-

6、3mm,15mm）处–用LumpedPort激励–设置PerfectMatchedLayer模拟开放的空间–进行求解和后处理设置©2008Ansoft,LLCAllrightsreserved.Ansoft,LLCProprietaryExample:DipoleAntenna•首先添加扫频设置，作出S11曲线，确定天线的谐振频率–通过观察S11曲线，确定该DipoleAntenna谐振频率是在4.5GHz，我们将在该频率点来计算其等效相位中心AnsoftCorporations11dipole_pml0CurveInfodB(S(P1,

7、P1))4.5GHzSetup1:Sweep1-5S11(dB)-10-14.3007-153.04.05.06.07.08.09.010.0Freq[GHz]MX1:4.5000©2008Ansoft,LLCAllrightsreserved.Ansoft,LLCProprietaryExample:DipoleAntenna•在谐振频率点（4.5GHz）添加一个扫频设置（SinglePoints）•添加远场积分设置（RadiationÆInsertFarFieldSetupÆInfiniteSphere）©2008Ansoft,LLC

8、Allrightsreserved.Ansoft,LLCProprietaryExample:DipoleAntenna•按照如下设置添加3个天线远场积分，分别用于计算天线相位中心的x,y,z