Ansys HFSS整车天线布局与辐射近场仿真应用
摘要
天线设计通常是独立在理想条件下完成的，当天线安装到真实平台上时，天线性能可能会改变，严重时可影响整个射频系统工作性能。所以我们希望能在设计早期知道天线安装后的性能表现。
Ansys HFSS是天线设计利器，已具备FEM、IE、PO及混合算法，其中FEM和IE算法非常适合于中小尺寸问题，PO方法对问题复杂度有限制。现在HFSS集成了SBR+算法，它可以在保证速度和精度的前提下，求解电尺寸非常大的问题。SBR+算法是用于天线安装性能预估的最好的射线追踪分析工具，它聚焦电大问题，可计算输出天线安装后辐射方向图、天线与天线间耦合、近远场分布等。
图1 天线布局仿真应用
下面以汽车后视镜天线为例，来看看如何利用Ansys HFSS SBR+算法进行整车天线布局与辐射近场仿真评估。
仿真思路
采用HFSS全三维电磁场仿真软件，导入汽车车体三维模型和天线模型，利用HFSS FEM和SBR+算法结合，保证计算结果精确性及高效率，仿真天线布局后的性能、及辐射近场分布情况。
仿真流程与结果
仿真流程
模型导入
打开Ansys电子桌面，导入第三方CAD建模工具已处理好的车体三维模型（导入前可根据仿真需求适当简化，或将CAD模型导入Ansys SCDM模型前处理工具进行简化处理，加快仿真效率）。
图2 HFSS车体模型导入
导入天线或辐射源模型
导入天线或辐射源模型，HFSS有多种处理方式。
1、直接在该项目工作区建天线模型；
2、可导入天线CAD模型，方法同上页车体模型导入方法；
3、如在其他HFSS项目中的天线，可直接拷贝过来；
4、将其他HFSS项目中的天线做成3D Component，并导入到该项目中；
5、直接在该项目中激励源设置链接天线项目或其他辐射源数据；
该项目采用方法4，导入天线3D Component，导入后模型如下图。
图3 导入天线模型
车体边界条件仿真设置
1、选中车体模型，并设置其材料属性为Perfect E；
2、仿真激励源为导入的天线3D Component中的天线激励源；
3、设置整车壳体为SBR+ Region（或IE Region）；（HFSS一个模型项目中可实现多算法融合应用，高效率高精度计算。）
图4 车体边界条件设置
仿真参数设置
1、Analysis Setup设置仿真频率，pass次数和Max Delta S要求；
2、在Hybird页设置远、近场后处理场参数设定；
图5 仿真参数设置
仿真及后处理
1、Validate check无问题后即可开始仿真，整个meshing和计算过程软件自动完成，以setup设置中pass次数和Delta S值为收敛判据；
2、仿真完成后即可输出天线方向图及辐射近场分布等数据。
图6 天线方向图
图7 天线近场分布图
结论
通过Ansys HFSS SBR+算法进行天线布局仿真，可以高效的预评估天线布局性能，并由此对所设计产品进行优化改进，在物理原型机生产之前提前预判产品特性，大大减小后期测试风险和代价。
文章来源：艾迪捷
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