HFSS和MATLAB的联合仿真研究+程序(2)

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4.1 概述 11

4.1.1 半波偶极子天线简介 11

4.1.2 半波偶极子天线参数设定 11

4.2 半波偶极子天线设计分析 12

4.3 联合仿真结果分析 14

4.4 本章小结 15

5 联合仿真在其他微波器件上的应用 16

5.1 喇叭型天线阵列的设计 16

5.2 波导缝隙天线的设计 16

5.3 滤波器的设计 17

5.3 本章小结 18

结论 19

致谢 20

参考文献 21

附录 22

1 绪论

1．1 课题背景及目的

高频结构电磁场仿真软件（HFSS）是由美国Ansoft公司开发,使用有限元法分析问题，对微波器件进行电磁仿真。发展到现在HFSS已经凭借其在仿真可靠性，精度，速度上的优势以及人性化的操作方式和对自适应网格剖分技术的使用，成为三维电磁仿真设计的第一选择软件[1]。HFSS目前被应用在多个领域，包括航天航空、电子、计算机、通信等，使得工程师能高效地设计各种微波无源器件。就目前国内而言，微波技术发展迅猛，对天线的性能和成本的要求越来越明显，尤其是高性能低成本的复杂天线。此时如果仅仅使用HFSS 单独建模，由于其在优化功能上的缺陷，则会导致让优化的过程极其繁杂，还可能会产生很大的误差。同时，我们在进一步的研究发现：单凭HFSS是做不到复杂建模或者天线优化设计的，此时就需要进行接口程序来编程进行优化设计或者复杂模型的建立。

高频结构电磁场仿真软件（HFSS）可以通过vbs脚本来进行模型的建立，而矩阵实验室（Matrix Laboratory，MATLAB）不仅具有简单易读易写的功能，还可以进行复杂的计算以及三维建模[9]。在实际的使用中，我们是可以通过接口程序的使用使得高频结构电磁场仿真软件（HFSS）与矩阵实验室（MATLAB）的联合仿真成为可能的，来改善天线等微波器件建模的速度和精度。

实际应用时，我们主要用vbs语言来记录脚本，因为矩阵实验室（MATLAB）在使用中简单易用，论文网所以通常使用矩阵实验室（MATLAB）来进行脚本的读写，于是就产生了Hfss-Matlab-Api工具箱。Vijay Ramasami在03年发布了该Hfss-Matlab-Api数据包的第一个版本，在他之后詹姆斯·麦克唐纳等人对其中部分功能进行了填补，从而使得该脚本的功能进一步完善。从工具箱的命名上可以看出，工具箱中有着相应的矩阵实验室（MATLAB）子函数，同时矩阵实验室（MATLAB）也是一种可进行解释性工作的语言，输入算术语句即能获得结果，同时还能进行自我检错。正是基于此，该脚本利用了矩阵实验室（MATLAB）所具有的工具箱，来控制HFSS软件中的接口，通过记录脚本来实现目标在HFSS软件中的3D建模，进行参数求解设定等。剩下的工作可以交给HFSS软件自行实现，比如可以对对模型进行有限元法分析。当然软件也支持我们把数据导入到EXCEL中，去对结果进行分析。而设计工作的主要工作都是在矩阵实验室（MATLAB）环境中进行的。Hfss-Matlab-Api脚本具有非常重要的工程应用价值，因为如果不使用此脚本而只是使用HFSS自带建模模块是无法对复杂对象建模的，例如某些复杂天线或者其它复杂的微波器件。同时这种脚本具有非常好的错误检查能力，在运行出错的时候，矩阵实验室（MATLAB）软件会及时报错并提示错误原因和语句。同时文件内部的每个m文件，都会给出详细的说明和必要提示。我们用联合仿真实现了许多工程上的实例，常见的有对偶极子天线，贴片阵列进行的设计，还有对偶极子天线进行的优化，还有对于喇叭形天线的设计以及其他。