Ansoft培训中心的几个应用实例.docx

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！

2

Ansoft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。

3

Ansoft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180的情况，对于雷达的散射方向，则

0

称为后向散射截面。

?雷达散射截面的定义式为

σ=

E

lim4πR

2s

R→∞E

i

2

2

?雷达散射截面有平方米（）的量纲。

m

2

?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=10log(σ)

10

5

Ansoft仿真解决方案

?我们用Ansoft软件的HFSS来

计算民航客机的雷达散射截

面。

?建立飞机模型，我们这里波

音757型客机为例，数据来

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54.5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。

6

Ansoft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(

total

E

inc

E

)dB

total

其中，E表示耦合进机箱内的电磁波的电场强

inc

E