目錄

• 關(guān)于主極化和交叉極化
• 關(guān)于調(diào)頻廣播中的垂直極化和水平極化
• 關(guān)于HFSS仿真確定最大輻射方向
• 關(guān)于如何在HFSS中查看ECC
• 關(guān)于第一次打開ANSYS Electronics Desktop默認(rèn)設(shè)置為Simplorer如何更改設(shè)置
• 關(guān)于一些小知識(shí)點(diǎn)的雜記
• 關(guān)于一些學(xué)習(xí)過(guò)程中的小感悟

關(guān)于主極化和交叉極化

之前對(duì)這個(gè)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(chǎng)強(qiáng)度最大輻射方向，與參考源的場(chǎng)平行的場(chǎng)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(chǎn)生的極化。
3、一般來(lái)說(shuō)主極化與交叉極化相差越大越好；如果交叉極化相對(duì)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(huì)把主極化以及交叉極化的對(duì)比方向圖放出來(lái)，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(chǎng)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(duì)線極化天線來(lái)說(shuō)，就看GainTheta和GainPhi；如果是圓極化，就看GainRHCP和GainLHCP。

關(guān)于調(diào)頻廣播中的垂直極化和水平極化

在調(diào)頻廣播標(biāo)準(zhǔn)制定早期，人們從以下幾點(diǎn)考慮，多數(shù)國(guó)家（包括我國(guó)）都以采用水平極化方式為主。
1、城市工業(yè)無(wú)線電干擾大多為垂直極化波，調(diào)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(jīng)過(guò)地面反射的時(shí)候入射波和反射波之間會(huì)產(chǎn)生較大的相位偏移，從而導(dǎo)致遠(yuǎn)距離傳播時(shí)，由于存在多徑效應(yīng)而導(dǎo)致直射波與反射波相互抵消的情況。而水平極化經(jīng)過(guò)地面反射之后也不會(huì)產(chǎn)生多大的相位偏移，因此不存在這個(gè)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(duì)天線的性能影響也比較小。

但后來(lái)隨著社會(huì)的發(fā)展尤其時(shí)車載廣播的出現(xiàn)，很多調(diào)頻廣播電臺(tái)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(diào)頻廣播電臺(tái)在收聽的時(shí)候需要調(diào)節(jié)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(shí)大家很難掌握好調(diào)天線的方向，并且如果時(shí)車載廣播的話，隨著道路方向的改變，天線方向需要一直調(diào)節(jié)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(shè)就能保證極化匹配。如果擔(dān)心遠(yuǎn)距離傳播的事情，可以通過(guò)縮短基站距離來(lái)彌補(bǔ)~

關(guān)于HFSS仿真確定最大輻射方向

一、用天線理論知識(shí)來(lái)判斷
以最基礎(chǔ)的電基本振子為例，其遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)表達(dá)式為：

因此可以知道在theta=90度，r=0時(shí)電場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度最大。其中，電場(chǎng)強(qiáng)度最大輻射方向?yàn)閦方向，磁場(chǎng)強(qiáng)度最大輻射面為xoy面。
二、 通過(guò)HFSS生成的圖來(lái)判斷
1、在仿真結(jié)束后，畫出天線的3D增益方向圖。
首先，添加一個(gè)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(rèn)的phi從0～ 360，theta從0～180。
其次，Results——Create Far Fields Reports——3D Polar Plot，確認(rèn)geometry選擇的是3D，Category選擇（Gain Gain），Quantity(GainTotal),Funtion(db)
最后，根據(jù)3D增益方向圖確定最大輻射方向（數(shù)值最高點(diǎn)與原點(diǎn)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(chǎng)的方向；同樣Plot Fields——H——Vector_H，即可看到磁場(chǎng)的方向；放大后可以分別觀察到最大的輻射方向。

關(guān)于如何在HFSS中查看ECC

因?yàn)楫呍O(shè)涉及到MIMO天線，想要在HFSS中查看一下其仿真的信號(hào)相關(guān)系數(shù)(ECC)，結(jié)果在網(wǎng)上一些HFSS論壇找了一圈發(fā)現(xiàn)……都不是我想要的方法，后來(lái)翻墻找到了這個(gè)~暫且搬過(guò)來(lái)，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(jù)ECC計(jì)算公式來(lái)填寫表達(dá)式，這里以2單元MIMO天線為例，輸入的表達(dá)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(diǎn)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(diǎn)擊New Report就可以啦~

一般來(lái)說(shuō)，ECC的值越接近于1，說(shuō)明MIMO天線之間的相關(guān)性越強(qiáng)，越接近于0，說(shuō)明相關(guān)性越弱。

關(guān)于第一次打開ANSYS Electronics Desktop默認(rèn)設(shè)置為Simplorer如何更改設(shè)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(zhuǎn)換成HFSS design的設(shè)計(jì)類型啦。

關(guān)于一些小知識(shí)點(diǎn)的雜記

1、振子天線屬于垂直極化的方式，而環(huán)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(quán)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(huán)形天線，給他們等幅饋電和合理的相位設(shè)置能夠得到圓極化的輻射特性。
2.在設(shè)計(jì)矩形微帶天線時(shí)，其饋電微帶長(zhǎng)度應(yīng)該是工作頻率對(duì)應(yīng)的1/4波長(zhǎng)。
3.在設(shè)計(jì)微帶天線時(shí)，如果對(duì)地面加入某一元素的缺陷地，如：矩形天線的DGS是個(gè)位與地面中心的圓環(huán)，可能會(huì)導(dǎo)致天線電場(chǎng)方向的改變。
4.在輸入阻抗特性曲線上觀察諧振點(diǎn)的方法如下：將實(shí)部曲線和虛部曲線都畫出來(lái)，虛部曲線為0對(duì)應(yīng)的頻率點(diǎn)就是諧振點(diǎn)。
5.在設(shè)計(jì)天線阻抗匹配的過(guò)程中，一般需要在HFSS中看史密斯圓圖，根據(jù)圓圖判斷所需匹配頻段是感性還是容性，再加入相應(yīng)的容性or感性元素來(lái)實(shí)現(xiàn)匹配。
6.要再HFSS中看天線效率，需要再result下面創(chuàng)建直角坐標(biāo)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(duì)于微帶天線設(shè)計(jì)，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(gè)地面上加入容性缺陷地結(jié)構(gòu)(DGS)；加厚介質(zhì)板或者使用介電常數(shù)更高的介質(zhì)板，但是這樣會(huì)導(dǎo)致增益的犧牲。 還可以使用階梯狀的貼片形狀(DMS)。

關(guān)于一些學(xué)習(xí)過(guò)程中的小感悟

（2019.9.20）之前總覺得電磁場(chǎng)的仿真與電磁場(chǎng)的知識(shí)很難結(jié)合到一塊，一來(lái)是書本上的模型、理論總是在某一理想的前提下實(shí)現(xiàn)的，二來(lái)嘛，電磁仿真軟件的強(qiáng)大，可以讓工程師們通過(guò)大量的掃參和仿真來(lái)獲得一個(gè)比較好的結(jié)果，只要會(huì)分析S參數(shù)、場(chǎng)、模式等這些參數(shù)，基本上電磁場(chǎng)學(xué)得一塌糊涂似乎也沒(méi)有什么問(wèn)題，花時(shí)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(diǎn)，書本上的知識(shí)是為了培養(yǎng)我們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程中的一種直覺，或者說(shuō)手感，是讓你在茫茫大海上有個(gè)航行的方向，而不是兩眼一抹黑碰碰運(yùn)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(yáng)帆起航時(shí)的掌舵手，只有這兩者相互結(jié)合，才能在設(shè)計(jì)過(guò)程中相輔相成，真正找到你想要的東西吧~

總結(jié)

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?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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