目錄

• 關于主極化和交叉極化
• 關于調頻廣播中的垂直極化和水平極化
• 關于HFSS仿真確定最大輻射方向
• 關于如何在HFSS中查看ECC
• 關于第一次打開ANSYS Electronics Desktop默認設置為Simplorer如何更改設置
• 關于一些小知識點的雜記
• 關于一些學習過程中的小感悟

關于主極化和交叉極化

之前對這個概念一直不是很熟悉，前一陣子查了一些資料，大致整理如下：
1、主極化方向是電場強度最大輻射方向，與參考源的場平行的場量稱為共面極化或主極化
2、一般的交叉極化是指與主極化正交的極化分量，即與主義化垂直的方向，交叉極化是我們不希望產生的極化。
3、一般來說主極化與交叉極化相差越大越好；如果交叉極化相對主極化很小，那就可以直接用總的極化近似主極化了。所以在有的論文中作者會把主極化以及交叉極化的對比方向圖放出來，以作天線性能分析。
4、在HFSS中，要查看主極化和交叉極化，首先必須確定電場最大輻射方向。如果最大輻射方向在Z軸，主極化和交叉極化比較容易觀察，對線極化天線來說，就看GainTheta和GainPhi；如果是圓極化，就看GainRHCP和GainLHCP。

關于調頻廣播中的垂直極化和水平極化

在調頻廣播標準制定早期，人們從以下幾點考慮，多數國家（包括我國）都以采用水平極化方式為主。
1、城市工業無線電干擾大多為垂直極化波，調頻廣播采用水平極化方式能夠有效地抑制這些干擾。
2、由于垂直極化在經過地面反射的時候入射波和反射波之間會產生較大的相位偏移，從而導致遠距離傳播時，由于存在多徑效應而導致直射波與反射波相互抵消的情況。而水平極化經過地面反射之后也不會產生多大的相位偏移，因此不存在這個困擾。
3、水平極化天線的支持物（鐵桿、鐵塔等）以及垂引饋線的再輻射對天線的性能影響也比較小。

但后來隨著社會的發展尤其時車載廣播的出現，很多調頻廣播電臺改造為以采用垂直極化方式為主，主要原因如下：
1、采用水平極化方式的調頻廣播電臺在收聽的時候需要調節天線方向，以保證接收天線處于最佳接收方向、減少極化失配損失。但平時大家很難掌握好調天線的方向，并且如果時車載廣播的話，隨著道路方向的改變，天線方向需要一直調節才能保證最佳接收。
2、相較之下垂直極化顯得省事兒多了，只要將天線垂直擺設就能保證極化匹配。如果擔心遠距離傳播的事情，可以通過縮短基站距離來彌補~

關于HFSS仿真確定最大輻射方向

一、用天線理論知識來判斷
以最基礎的電基本振子為例，其遠區場表達式為：

因此可以知道在theta=90度，r=0時電場強度和磁場強度最大。其中，電場強度最大輻射方向為z方向，磁場強度最大輻射面為xoy面。
二、 通過HFSS生成的圖來判斷
1、在仿真結束后，畫出天線的3D增益方向圖。
首先，添加一個完整的輻射球面，選擇工程樹下的Radiation——Insert Far Field Setup——Infinite Sphere ，保持默認的phi從0～ 360，theta從0～180。
其次，Results——Create Far Fields Reports——3D Polar Plot，確認geometry選擇的是3D，Category選擇（Gain Gain），Quantity(GainTotal),Funtion(db)
最后，根據3D增益方向圖確定最大輻射方向（數值最高點與原點的連線方向）
2、 選中模型的天線部分后，右鍵Plot Fields——E——Vector_E，即可看到電場的方向；同樣Plot Fields——H——Vector_H，即可看到磁場的方向；放大后可以分別觀察到最大的輻射方向。

關于如何在HFSS中查看ECC

因為畢設涉及到MIMO天線，想要在HFSS中查看一下其仿真的信號相關系數(ECC)，結果在網上一些HFSS論壇找了一圈發現……都不是我想要的方法，后來翻墻找到了這個~暫且搬過來，供大家使用呀：
1、Analyze之后呢，首先右鍵result——Output Variables
2、如圖所示，添加新的輸出變量，根據ECC計算公式來填寫表達式，這里以2單元MIMO天線為例，輸入的表達式就是：(mag(conjg(S(1,1))*S(1,2)+conjg(S(2,1))*S(2,2)))^2/((1-mag(S(1,1))^2-mag(S(2,1))^2)*(1-mag(S(2,2))^2-mag(S(1,2))^2))

3、點擊Done，然后再右鍵results—— Create Modal Solution Data Report ——Rectangular Plot，在Category菜單下選擇Output Variables中剛剛新建的ECC，然后點擊New Report就可以啦~

一般來說，ECC的值越接近于1，說明MIMO天線之間的相關性越強，越接近于0，說明相關性越弱。

關于第一次打開ANSYS Electronics Desktop默認設置為Simplorer如何更改設置

界面不同而已，切換一下即可。
選擇Tools菜單下的Options>General Options…

然后再在Set targeted configuration中選擇RF就可以轉換成HFSS design的設計類型啦。

關于一些小知識點的雜記

1、振子天線屬于垂直極化的方式，而環形天線則屬于水平極化的方式。
因此，Kandoian于1951年在其一篇獲授權的專利中首先提出電-磁振子組合天線的概念，即組合振子天線和環形天線，給他們等幅饋電和合理的相位設置能夠得到圓極化的輻射特性。
2.在設計矩形微帶天線時，其饋電微帶長度應該是工作頻率對應的1/4波長。
3.在設計微帶天線時，如果對地面加入某一元素的缺陷地，如：矩形天線的DGS是個位與地面中心的圓環，可能會導致天線電場方向的改變。
4.在輸入阻抗特性曲線上觀察諧振點的方法如下：將實部曲線和虛部曲線都畫出來，虛部曲線為0對應的頻率點就是諧振點。
5.在設計天線阻抗匹配的過程中，一般需要在HFSS中看史密斯圓圖，根據圓圖判斷所需匹配頻段是感性還是容性，再加入相應的容性or感性元素來實現匹配。
6.要再HFSS中看天線效率，需要再result下面創建直角坐標圖，其中radiatedPower是天線效率，radiationeffeciency是指輻射效率。
7.耦合電流的方向與原電流方向是相反的。
8.對于微帶天線設計，如果要拓寬其阻抗帶寬可以使用的方式有：只用半邊地，并且最好在這個地面上加入容性缺陷地結構(DGS)；加厚介質板或者使用介電常數更高的介質板，但是這樣會導致增益的犧牲。 還可以使用階梯狀的貼片形狀(DMS)。

關于一些學習過程中的小感悟

（2019.9.20）之前總覺得電磁場的仿真與電磁場的知識很難結合到一塊，一來是書本上的模型、理論總是在某一理想的前提下實現的，二來嘛，電磁仿真軟件的強大，可以讓工程師們通過大量的掃參和仿真來獲得一個比較好的結果，只要會分析S參數、場、模式等這些參數，基本上電磁場學得一塌糊涂似乎也沒有什么問題，花時間在仿真上就行了嘛，因此心多少有些不以為然。今天似乎才明白一點，書本上的知識是為了培養我們在設計過程中的一種直覺，或者說手感，是讓你在茫茫大海上有個航行的方向，而不是兩眼一抹黑碰碰運氣，而電磁仿真軟件則是幫你精確化這種直覺，即真正開始揚帆起航時的掌舵手，只有這兩者相互結合，才能在設計過程中相輔相成，真正找到你想要的東西吧~

總結

以上是生活随笔為你收集整理的HFSS天线设计过程学习笔记的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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