8.4.4 HFSS 中天線陣的處理

    理論分析結(jié)果表明，由相同天線單元構(gòu)成的天線陣的方向圖等于單個(gè)天線單元的方向圖與陣因子的乘積。其中，陣因子取決于天線單元之間的振幅、相位差和相對位置，與天線的類型、尺寸無關(guān)。

    在 HFSS 中，對于天線陣列問題的分析，用戶在建模時(shí)可以只創(chuàng)建單個(gè)天線陣元的模型，然后通過周期性邊界條件（如主從邊界）和周期性激勵(lì)方式（如Floquet 端口激勵(lì)）的設(shè)置，以及天線陣元排列方式的構(gòu)造來仿真計(jì)算整個(gè)天線陣列的性能參數(shù)，如天線陣列的方向圖、方向性系數(shù)和增益等。HFSS 支持兩種天線陣列類型：規(guī)則排列的均勻天線陣列（Regular Uniform Array）和用戶自定義陣列（Custom Array）。

    1．規(guī)則排列的均勻天線陣列

    規(guī)則排列的均勻天線陣定義為同一平面上等距排列的等幅單元陣列，陣元之間的相位變 化可以由用戶通過掃描角或者相位差來設(shè)定。

    在 HFSS 中，右鍵單擊工程樹下的 Radiation 節(jié)點(diǎn)，從彈出菜單中選擇【Antenna Array Setup】命令，打開如圖 8.24 所示的“天線陣列設(shè)置”對話框，選中 Regular Array Setup 單選 按鈕，然后單擊選擇對話框的 Regular Array 選項(xiàng)卡，打開圖 8.25 所示的界面，在此處可以設(shè)置規(guī)則排列的均勻天線陣列中陣元的排列方式。

圖 8.24 “天線陣列設(shè)置”對話框 


圖 8.25 “天線陣列設(shè)置”對話框

    在圖 8.25 所示的對話框中，F(xiàn)irst Cell Position 欄是設(shè)置第一個(gè)陣元的位置坐標(biāo)，圖示值表示第一個(gè)陣元位于坐標(biāo)原點(diǎn)；Directions 欄是設(shè)置陣元的排列方向，圖示值表示U 向是沿著x 軸正向排列，V 向是沿著y 軸正向排列；Distance Between Cells 欄是設(shè)置陣元之間的間距，圖示值表示 U 方向上陣元間距為0.5 英寸，V 方向上陣元間距為1.0 英寸；Number of Cells 欄是設(shè)置陣元的個(gè)數(shù)，圖示值表示在U、V 方向上各排列 10 個(gè)天線單元；Scan Definition 欄 是設(shè)置陣元間的相位差，可以使用掃描角（Use Scan Angles）項(xiàng)設(shè)定，也可以直接使用相位 差（Use Differential Phase）項(xiàng)來設(shè)定，圖示值表示使用掃描角來設(shè)定，且theta =0°、phi =30°。需要注意的是，此處指定的掃描角需要與主從邊界或者Floquet 端口設(shè)置時(shí)指定的掃描角一致。 最后單擊確定按鈕，完成設(shè)置。

   2．用戶自定義陣列

    用戶自定義陣列允許用戶使用文本文件自定義天線陣列的陣因子信息，并導(dǎo)入到 HFSS 軟件中，然后 HFSS 根據(jù)式（8-4-15）計(jì)算陣因子。用戶自定義陣列允許更大的靈活性，可以構(gòu)造陣元在空間任意分布的天線陣列。 自定義陣因子的文本文件的格式如下：

其中，x_n、y_n 和 z_n 分別表示第 n 個(gè)陣元位置的 x、y 和 z 坐標(biāo)，無須標(biāo)注長度單位，使用當(dāng)前設(shè)計(jì)默認(rèn)的長度單位；A_n 表示第 n 個(gè)陣元的復(fù)加權(quán)值的幅度分量；P_n 表示第 n 個(gè)陣元的復(fù)加權(quán)值的相位分量。

    下面給出一個(gè)用戶自定義陣列的例子加以說明。定義一個(gè)2*3 的方陣，陣元沿著 x、y 軸正向排列，沿 x 軸排列的間距為 0.6 個(gè)單位長度，沿y 軸排列的間距為 0.8 個(gè)單位長度，天線陣元的加權(quán)值都為1，則陣列的文本文件定義如下：

    有了定義陣列信息的文本文件后，使用如下操作步驟將其導(dǎo)入 HFSS 中。首先，在 HFSS 中，右鍵單擊工程樹下的 Radiation 節(jié)點(diǎn)，從彈出菜單中選擇【Antenna Array Setup】命令，打開如圖 8.26 所示的“天線陣列設(shè)置”對話框，在對話框的 Array Type 選項(xiàng)卡界面選中 Custom Array Setup 單選按鈕；然后單擊選擇對話框的 Custom Array 選項(xiàng)卡，在 Custom Array 選項(xiàng)卡界面，單擊按鈕，從彈出的對話框中找到并導(dǎo)入編輯好的文本文件。 

圖 8.26 導(dǎo)入自定義陣列文本文件

    注意：文本文件中自定義的天線陣列的位置坐標(biāo)使用的是當(dāng)前 HFSS 設(shè)計(jì)中默認(rèn)的長度單位。例如，本例中 HFSS 設(shè)計(jì)使用的單位是mm，則文本文件定義的坐標(biāo)位置也是使用 mm。而單擊按鈕查看導(dǎo)入的陣列信息時(shí)，圖 8.27 所示的 Custom Array Definition 窗口默認(rèn)使用SI 單位制，即長度單位使用 m，所以文本文件定義的0.6（單位：mm）在圖 8.27 所示的窗口顯示為 0.0006（單位：m）。

    導(dǎo)入陣列信息的文本文件后，單擊對話框 Custom Array 選項(xiàng)卡界面的按鈕，可以打開圖 8.27 所示的 Custom Array Definition 窗口，查看導(dǎo)入的自定義陣列信息。

圖 8.27 自定義陣列信息顯示窗口