【正文】 具 體 的 物 理 問(wèn) 題 通 常 可 以 用 一 組 包含 問(wèn) 題 狀 態(tài) 變 量 邊 界 條 件 的 微 分 方 程 式 表 示 ， 為 適 合 有 限 元 求 解 ， 通 常 將 微 分方 程 化 為 等 價(jià) 的 泛 函 形 式 。為 保 證 問(wèn) 題 求 解 的 收 斂 性 ， 單 元 推 導(dǎo) 有 許 多 原 則 要 遵 循 。 例 如 ， 單 元 形 狀 應(yīng) 以 規(guī) 則為 好 ， 畸 形 時(shí) 不 僅 精 度 低 ， 而 且 有 缺 秩 的 危 險(xiǎn) ， 將 導(dǎo) 致 無(wú) 法 求 解 。 總 裝 是 在 相 鄰 單 元 結(jié) 點(diǎn) 進(jìn) 行 ， 狀 態(tài) 變 量 及 其 導(dǎo) 數(shù) （ 可 能 的 話 ） 連 續(xù) 性 建 立在 結(jié) 點(diǎn) 處 。 聯(lián) 立方 程 組 的 求 解 可 用 直 接 法 、 選 代 法 和 隨 機(jī) 法 。 對(duì) 于 計(jì) 算 結(jié) 果 的 質(zhì) 量 ， 將 通 過(guò) 與 設(shè) 計(jì) 準(zhǔn) 則 提 供 的 允 許 值 比 較 來(lái) 評(píng) 價(jià)并 確 定 是 否 需 要 重 復(fù) 計(jì) 算 。 前 處 理 是 建立 有 限 元 模 型 ， 完 成 單 元 網(wǎng) 格 劃 分 ； 后 處 理 則 是 采 集 處 理 分 析 結(jié) 果 ， 使 用 戶 能簡(jiǎn) 便 提 取 信 息 ， 了 解 計(jì) 算 結(jié) 果 。 20世 紀(jì) 60年 代 初 首 次 提 出 結(jié) 構(gòu) 力 學(xué) 計(jì) 算 有 限 元 概 念 的 克 拉 夫（ Clough） 教 授 形 象 地 將 其 描 繪 為 ： “有 限 元 法 =Rayleigh Ritz法 ＋ 分 片 函 數(shù) ”， 即 有 限 元 法 是 Rayleigh Ritz法 的 一 種 局 部 化 情 況 。南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）第 15 頁(yè) 基于有限元法的電磁仿真技術(shù)HFSSAnsoft HFSS 是 世 界 上 第 一 個(gè) 商 業(yè) 化 的 三 維 結(jié) 構(gòu) 電 磁 場(chǎng) 仿 真 軟 件 ， 可 分 析仿 真 任 意 三 維 無(wú) 源 結(jié) 構(gòu) 的 高 頻 電 磁 場(chǎng) ， 可 直 接 得 到 特 征 阻 抗 、 傳 播 常 數(shù) 、 S參數(shù) 及 電 磁 場(chǎng) 、 輻 射 場(chǎng) 、 天 線 方 向 圖 等 結(jié) 果 。在 HFSS的 桌 面 上 ， 你 能 找 到 HFSS的 全 套 功 能 ， 這 是 一 個(gè) 可 以 完 全 支 持 基 于三 維 電 磁 場(chǎng) 設(shè) 計(jì) 的 界 面 。 利 用 Ansoftlinks接 口 設(shè) 計(jì) 師 可 將 HFSS和 現(xiàn) 有的 EDA和 MCAD設(shè) 計(jì) 流 結(jié) 合 起 來(lái) 。自 動(dòng) 化 ： HFSS能 進(jìn) 行 全 面 的 全 叁 數(shù) 化 設(shè) 計(jì) ， 從 幾 何 結(jié) 構(gòu) 、 材 料 特 性 到 分 析 、控 制 及 所 有 后 處 理 。 直 觀 的 分 析 設(shè) 置 和 高 級(jí) 的 分 析 控 制 確 保 在 全 自動(dòng) 化 方 式 下 獲 得 設(shè) 計(jì) 師 所 希 望 的 設(shè) 計(jì) 結(jié) 果 。 在優(yōu) 化 設(shè) 計(jì) 分 析 技 術(shù) 中 增 強(qiáng) 了 敏 感 性 分 析 和 統(tǒng) 計(jì) 分 析 功 能 ， 其 利 用 HFSS叁 數(shù) 化分 析 能 力 自 動(dòng) 設(shè) 計(jì) 分 析 制 造 公 差 帶 來(lái) 的 性 能 變 化 。 視 窗 、 對(duì) 話 方 塊 、 工 具 欄 、 甚 至 菜 單 均 可 被 用 戶 通 過(guò) 配 量 缺 省 來(lái) 支持 個(gè) 性 化 叁 數(shù) 定 義 。 另 外 ， 通 過(guò) 腳 本 語(yǔ) 言 VB和 JavaScript全 面 控 制 HFSS和 專 用 化 定制 。 HFSS軟 件 擁 有 強(qiáng) 大 的 天 線 設(shè) 計(jì) 功 能 ， 它 可 以 計(jì) 算 天 線 參 量 ， 如 增 益 、 方 向性 、 遠(yuǎn) 場(chǎng) 方 向 圖 剖 面 、 遠(yuǎn) 場(chǎng) 3D圖 和 3dB帶 寬 ； 繪 制 極 化 特 性 ， 包 括 球 形 場(chǎng) 分 量 、圓 極 化 場(chǎng) 分 量 、 Ludwig第 三 定 義 場(chǎng) 分 量 和 軸 比 。 創(chuàng) 建 一 個(gè) 設(shè) 計(jì) 包 括 步 驟 如下 ： FileNew， 然 后 點(diǎn) 擊 ProjectInsert HFSS Design， 新 建 一 個(gè)Project。 HFSS有三 種 解 算 類 型 ， 第 一 種 是 模 式 驅(qū) 動(dòng) ， 根 據(jù) 波 導(dǎo) 模 式 的 入 射 和 反 射 功 率 表 示 S參數(shù) 矩 陣 的 解 ； 第 二 種 是 終 端 驅(qū) 動(dòng) ， 根 據(jù) 傳 輸 線 終 端 的 電 壓 和 電 流 表 示 S參 數(shù) 矩陣 的 解 ； 第 三 種 是 本 征 模 ， 求 解 物 理 結(jié) 構(gòu) 的 諧 振 頻 率 以 及 這 些 諧 振 頻 率 下 的 場(chǎng)模 式 。 HFSS擁 有 強(qiáng) 大 的 全 參 數(shù) 三 維 模 型 創(chuàng) 建 功 能 ， 簡(jiǎn) 單 的實(shí) 體 建 模 中 ， 直 接 使 用 HFSS中 提 供 的 基 本 圖 形 即 可 。 指 定 平 面 設(shè) 置 邊 界 條 件 （ HFSSBoundariesAssign） 。 理 想 磁邊 界 是 指 電 場(chǎng) 方 向 與 表 面 相 切 ； ； 完 美 匹 配 層 邊 界 用 一 種 非 實(shí) 際 的 、 阻 抗 與 自由 空 間 相 匹 配 吸 收 層 來(lái) 模 擬 開 放 空 間 。 HFSS主 要 有 波 端口 和 集 中 端 口 ， 而 在 高 速 設(shè) 計(jì) 中 ， 使 用 波 端 口 的 情 況 比 較 多 。 分 析 設(shè) 置 。 數(shù) 據(jù) 處 理 （ HFSSResults） 。南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）第 17 頁(yè)第 4 章 一種超寬帶單極子天線的設(shè)計(jì)和研究 天線的設(shè)計(jì)本 次 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 是 設(shè) 計(jì) 一 個(gè) 有 兩 個(gè) 對(duì) 稱 臂 的 單 極 子 天 線 ， 其 設(shè) 計(jì) 要 求 是 ： 線 具 有 平 面 結(jié) 構(gòu) ， 小 尺 寸 ； 用 共 面 波 導(dǎo) 饋 電 ； 電 基 本 振 子 的 基礎(chǔ) 上 通 過(guò) 添 加 切 口 的 方 法 來(lái) 改 變 諧 振 頻 率 點(diǎn) 。 通 過(guò) 在 單 極 子 平 面 兩 側(cè) 添 加 兩 個(gè) 臂 ， 可 使 天 線 出 現(xiàn) 另 一 個(gè) 峰 值 ，并 且 通 過(guò) 添 加 和 改 變 切 口 的 尺 寸 ， 可 以 產(chǎn) 生 和 調(diào) 整 新 的 諧 振 頻 率 點(diǎn) ， 從 而 可 以實(shí) 現(xiàn) 超 寬 帶 工 作 。 天線的形狀天 線 形 狀 如 圖 和 圖 所 示 ， 其 中 …。南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）第 18 頁(yè)圖 天線正面圖 天線側(cè)面南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）第 19 頁(yè) 仿真模型的構(gòu)建在 HFSS 軟 件 中 構(gòu) 建 天 線 的 3 維 圖 形 。在 工 程 中 ， 使 用 激 勵(lì) 終 端 求 解 方 式 ：(1) 在 菜 單 欄 中 點(diǎn) 擊 HFSSSolution Type。圖 設(shè)置求解類型南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）第 20 頁(yè)在 菜 單 欄 中 點(diǎn) 擊 3D ModelerUnits， 在 圖 設(shè) 置 模 型 單 位 ， 然 后 點(diǎn) 擊OK按 鈕 。在 菜 單 欄 中 點(diǎn) 擊 DrawRectangle,創(chuàng) 建 矩 形 模 型 。 在 坐 標(biāo) 欄 中 輸 入 長(zhǎng) 、 寬 ： dX： 8， dY： 按 回 車 鍵 ,畫 出 一 個(gè) 矩 形 Rectangle1。 在 坐 標(biāo) 欄 中 輸 入 起 始 坐標(biāo) ：X:12,Y:0,Z: 按 回 車 鍵 。在 菜 單 欄 中 點(diǎn) 擊 EditSelectBy Name,如 圖 示 ， 按 Ctrl選 中Rectangle1和 Rectangle2， 然 后 點(diǎn) 擊 OK。 將 Rectangle1和 Rectangle2合 并 成 Rectangle1。 將 理 想 邊 界 命 名 為PerfE1， 點(diǎn) 擊 OK確 認(rèn) 。圖 可 以 用 ViewFit AllAll Views 來(lái) 調(diào) 整 ， 將 3D模 型 調(diào) 成 合 適 的 大 小 顯 示 。 輸 入 坐 標(biāo) 按回 車 鍵 ， 坐 標(biāo) 分 別 為 X： ,Y： 0,Z： 0； X： ,Y： ,Z： 0； X： ,Y： ,Z： 0； X： ,Y： 27,Z： 0； X： ,Y： 27,Z： 0； X： ,Y： 30,Z： 0； X： ,Y： 30,Z： 0； X： ,Y： ,Z： 0； X： ,Y： ,Z： 0； X： ,Y： 30,Z： 0； X： ,Y： 30,Z： 0； X： ,Y： ,Z： 0； X： ,Y： ,Z： 0； X： ,Y： 30,Z： 0； X： ,Y： 30,Z： 0； X：,Y： 27,Z： 0； X： ,Y： 27,Z： 0； X： ,Y： ,Z： 0； X： ,Y： ,Z： 0； X： ,Y： 0,Z： 0； X： ,Y： 0,Z： 0； 右 擊 選 擇 Close Polylin閉 合 曲 線 ， 畫 出 如 圖 示 圖 形 ：南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）第 22 頁(yè)圖 在 菜 單 欄 中 點(diǎn) 擊 EditSelectBy Name,選 中 Polyline1， 然 后 點(diǎn) 擊 OK。圖 　南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）第 23 頁(yè)在 菜 單 欄 中 點(diǎn) 擊 點(diǎn) 擊 HFSSBoundariesAssignPerfect E。創(chuàng) 建 介 質(zhì) 板 ， 在 菜 單 欄 中 點(diǎn) 擊 DrawBox， 創(chuàng) 建 長(zhǎng) 方 體 模 型 。 在 坐 標(biāo) 欄 中 輸 入 長(zhǎng) 、 寬 、 厚 ：dX： 20， dY： 30， dZ： ； 按 回 車 鍵 ,畫 出 一 個(gè) 長(zhǎng) 方 體 Box1。圖 　天線屬性界面南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）第 24 頁(yè)圖 將 平 面 切 換 成 XZ平 面 ， 在 菜 單 欄 中 點(diǎn) 擊 DrawRectangle,創(chuàng) 建 矩 形 模 型 。 在 坐 標(biāo) 欄 中 輸 入 長(zhǎng) 、 寬 ：dX： 14， dY： 0， dZ： 4； 按 回 車 鍵 ,畫 出 一 個(gè) 矩 形 Rectangle3。 在 坐 標(biāo) 欄 中輸 入 起 始 坐 標(biāo) ： X:,Y:,Z: 按 回 車 鍵 。在 菜 單 欄 中 點(diǎn) 擊 EditSelectBy Name,選 中 AIR， 然 后 點(diǎn) 擊 OK。 將 輻 射 邊 界 命 名 為 Rad1， 點(diǎn) 擊 OK確 認(rèn) ， 如 圖 。圖 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）第 26 頁(yè)在 菜 單 欄 中 點(diǎn) 擊 DrawBox， 創(chuàng) 建 長(zhǎng) 方 體 模 型 。 在 坐 標(biāo) 欄 中 輸 入 長(zhǎng) 、 寬 、 厚 ： dX： 14， dY： ， dZ： 4； 按 回 車 鍵 ,畫 出 一 個(gè) 長(zhǎng) 方 體 Box2。 在 彈 出 的 特 性 框 中 選 擇Attribute標(biāo) 簽 ， 點(diǎn) 擊 Meterial按 鈕 ， 將 材 料 設(shè) 置 為 pec。 在 菜 單 欄 中 點(diǎn) 擊 HFSSExcitationAssignWave Port。 創(chuàng) 建 積 分 線 ， 輸 入 坐 標(biāo)X： 12， Y:0,Z:0。 模型的仿真與運(yùn)行 模型仿真過(guò)程模 型 創(chuàng) 建 完 成 ， 進(jìn) 行 求 解 設(shè) 置 ， 在 菜 單 欄 中 點(diǎn) 擊 HFSSAnalysis SetupAdd Solution Setup。 運(yùn)行結(jié)果 壓 駐 波 比如 圖 示 電壓駐波比 線南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）第 29 頁(yè)如 圖 示 S11曲線 向 圖在 菜 單 欄 中 點(diǎn) 擊 HFSSRadiationInsert Far Field SetupInfinite Sphere。南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）第 30 頁(yè)(2)從 S11曲 線 可 以 看 出 ， 曲 線 在 兩 個(gè) 頻 率 　 　 　 出 現(xiàn) 低 峰 值 ， 因 此 天 線 可以 十 分 有 效 地 工 作 這 兩 個(gè) 頻 率 的 附 近 范 圍 。 而 E面 方 向 圖 呈 現(xiàn) ∞ 形 ， 這 說(shuō) 明 輻 射 能 量 主 要 集 中 在 水 平 面 附近 區(qū) 域 。 從 方 向 圖 中 可 以 看 出 ， 在 XY平 面上 天 線 是 全 向 的 。 波導(dǎo)端口尺寸對(duì)天線仿真的影響 變 波 端 口 長(zhǎng) 度 對(duì) 天 線 仿 真 的 影 響從 圖 上 可 以 看 出 ， 波 端 口 的 長(zhǎng) 度 越 小 ， 兩 個(gè) 諧 振 點(diǎn) 都 會(huì) 向 低 端 移 動(dòng) 變 波 端 口 寬 度 對(duì) 天 線 的 影 響圖 從 圖 上 可 以 看 出 ， 波 端 口 的 寬 度 越 小 ， 兩 個(gè) 諧 振 點(diǎn) 都 會(huì) 像 低 端 移 動(dòng)南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）第 32 頁(yè)第 5 章 新型超寬帶單極子天線的創(chuàng)新研究 仿真模型的構(gòu)建本 章 是 在 第 4 章 的 基 礎(chǔ) 上 對(duì) 天 線 的 結(jié) 構(gòu) 進(jìn) 行 優(yōu) 化 創(chuàng) 新 ， 以 期 得 到 性 能 更 好的 天 線 。 本 章 對(duì) 上 面 天 線 的 兩 個(gè) 對(duì) 稱 臂 進(jìn) 行 改 造 ， 得 到 如 圖 所 示 的 天 線 結(jié) 構(gòu) 模 型 。 在 Infinite Sphere標(biāo) 簽 中 做 以 下 設(shè) 置 ：Phi： Start:0 deg,Stop:360 deg,Step:10degTheta： Start:0 deg,Stop:360 deg,Step:10deg如 圖 示 圖 結(jié)果分析測(cè) 量 結(jié) 果 中 S11值 從 都 在 10dB以 下 ， 有 兩 個(gè) 諧 振 點(diǎn) ，一 個(gè) 在 一 個(gè) 在 ， 電 壓 駐 波 比 曲 線 從 段 內(nèi)都 在 2以 下 ， 表 明 在 這 個(gè) 頻 段 內(nèi) 天 線 是 可 用 的