Ansoft 培训中心的几个应用实例介绍谢拥军龚书喜苏涛西安电子科技大学天线与微波国家重点实验室副主任/主任、教授、博士生导师一、复杂运载平台系统天线布局的设计二、民航客机雷达散射截面特性研究三、内置PCB板机箱的屏效计算四、交叉耦合滤波器设计五、大型波导缝隙天线的设计和仿真1一、复杂运载平台系统天线布局的设计1. 系统天线布局设计的含义2. Ansoft仿真设计解决思路系统天线布局设计的含义随着通信、电子及航空航天技术的飞速发展，现代电子系统设备日益复杂化、集成化。当大量电子设备密集于运载平台时，如何合理有效地布置各类天线，以确保所有设备兼容工作？通过各种相关的隔离技术进行合理有效的天线布局设计，能使整个系统共存于同一运载平台的物理和电磁环境中，一起执行各自功能。合理有效地完成天线布局设计已是整个平台系统设计成功与否的最重要的环节之一！2Ansoft仿真设计解决思路在较低频段，由于天线工作波长或谐振波长比较长，相当于降低了系统的电尺寸，使得利用软件进行辅助计算成为可能。利用虚拟原型，通过精确的三维全波电磁场仿真预测其电性能，可全面仿真分析不同布局下系统天线的阻抗和辐射特性、相互间耦合以及电磁场分布情况。研究系统各天线不同布局与各天线自身性能、天线间的互耦及电磁场分布之间的关系，并利用参数化、调谐试验、优化设计、敏感性和公差统计分析最终解决各种平台系统天线布局优化设计。Ansoft仿真设计解决思路我们以一架飞机为例，分析其表面天线的隔离度。右图是运载平台系统的3D模型。◆翼展21.8 米◆全长50.5米◆尾翼高度6.6米◆机身长度42.4 米下面我们介绍系统各天线模型的创建。3Ansoft仿真设计解决思路单极子天线刀型天线虚拟物体Ansoft仿真设计解决思路下图是运载平台系统的完整模型4二、民航客机雷达散射截面特性研究1. 雷达散射截面的概念2. Ansoft仿真解决方案雷达散射截面的概念物体被电磁波照射时，能量将朝各个方向散射。源和接受机位于同一点时，如同大多数雷达工作时的那样，称之为单站散射。散射方向不是指向辐射源时，称为双站散射。前向散射是指双站角为1800的情况，对于雷达的散射方向，则称为后向散射截面。2雷达散射截面的定义式为σ=lim4π2EsR→∞RE2i雷达散射截面有平方米（m2）的量纲。由于雷达散射截面随角度变化通常很大，可以用对数来表示，量纲为dBsm, 其意义表示为平方米的分贝数。dBsm=10log10(σ)5Ansoft仿真解决方案我们用Ansoft软件的HFSS来建立飞机模型，我们这里波计算民航客机的雷达散射截音757型客机为例，数据来面。源于波音公司网站。全部的计算过程主要分为两◆翼展38.05米部分：◆全长.5米◆建立模型◆尾翼高度13.6米●建立飞机模型◆机身宽度38.05 米●建立辐射边界◆飞机表面设为理想导体●设置平面波激励◆后处理计算Ansoft仿真解决方案由于有限元方法是在所关心的整个区域内进行计算，这个区域必须是有限的。为此我们必须加上辐射边界，来模拟无限的自由空间。在HFSS中，辐射边界是一种理想的边界。它可以无反射得吸收电磁波，来模拟实际的自由空间。6Ansoft仿真解决方案我们还须为问题设置平面波激励。图中箭头标明平面波方向。可以设置其方向。我们可以在直角坐标系或极坐标系下设置平面波的入射方向。Ansoft仿真解决方案在HFSS的后处理计算中，可以直接得到任意方向的雷达散射截面（RCS）。7三、内置PCB板机箱的屏效计算1.计算屏蔽效能的意义2.屏蔽效能的定义3.Ansoft仿真设计计算屏蔽效能的意义电子设备要在复杂的电磁环境中正常工作，要满足日益严格的电磁兼容标准，电磁屏蔽是十分必要的。然而，为适应通风、散热等要求，屏蔽机箱上的孔缝就不可避免。高能电磁波易通过孔缝耦合进入屏蔽机箱内，对机箱内的器件进行干扰或造成破坏。应此，研究孔缝耦合的屏蔽效能十分重要。8屏蔽效能的定义电磁波照射到屏蔽机箱的孔缝，会发生电磁散射和透射现象。为表征孔缝对微波的耦合特性，定义电场屏蔽效能：EFS=−20log(EtotalEinc)dB其中，Etotal表示耦合进机箱内的电磁波的电场强度，Einc表示入射电磁波的电场强度。Ansoft仿真设计内置PCB板机箱的几何模型如右图所示激励：平面波源（Incident Wave Souce），传播方向为垂直于孔缝面，极化方向为垂直于孔缝宽边。边界：辐射边界9Ansoft仿真设计仿真结果：机箱内部电场分布Ansoft仿真设计仿真结果：电场屏蔽效能随频率变化图10四、交叉耦合滤波器设计随着通信频带的日益拥挤，能够获得低通带插入损耗下的陡峭阻带特性的微波滤波器，即能够约束阻带极点的滤波器成为大家关注的对象。该类滤波器可以通过谐振腔交叉耦合的形式实现，而且可以实现非对称的滤波波形。使用Ansoft软件可以很好地完成该类滤波器的仿真和设计。交叉耦合波导滤波器Ansoft仿真设计11交叉耦合波导滤波器滤波曲线交叉耦合微带滤波器Ansoft仿真设计12交叉耦合微带滤波器滤波曲线五、大型波导缝隙天线的设计和仿真波导馈电的缝隙天线自第二次世界大战以后有很大发展。它广泛用于地面、舰载、机载、导航、气象、港管、信标和弹载雷达等领域。特别是随着对雷达抗干扰要求的提高、脉冲多普勒可视雷达的发展，要求天线应具有低副瓣或极低副瓣的性能。波导缝隙天线是实现此项要求的优选形式；随着共形天线的理论和实践的发展波导缝隙天线的使用将占有重要地位。13波导缝隙天线具体缝隙根据天线的不同用途可以切割在波导的宽边，也可以切割在波导的窄边。同时可以是沿纬度方向切割，也可以有一定的倾角位置切割。经常使用的缝隙形式如图所示。14波导缝隙波导宽边偏移缝隙波导宽边倾斜缝隙波导窄边倾斜缝隙Ansoft HFSS 大型波导阵列天线的仿真结果Ansoft HFSSV9.1对模型进行仿真模型具有200多辐射缝隙，40个耦合缝隙。属于非常大的电大尺寸仿真时间（PC机）*CPU 时间：2:30*剖分数量：21230515
