利用python和HFSS来设计实现波导缝隙天线（二）

最新推荐文章于 2025-03-07 16:46:06 发布
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分类专栏： 波导缝隙天线阵列 文章标签： python 开发语言
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利用python和HFSS来设计实现波导缝隙天线（一）

前言

提示：这里可以添加本文要记录的大概内容：

参照利用python和HFSS来设计实现波导缝隙天线（一）已经计算完成缝隙偏移量和每个缝隙的谐振长度，接下来在HFSS中完成仿真，缝隙数量21，旁瓣抑制符合泰勒分布，旁瓣抑制25dBc，谐振频率10

一、模型搭建

求解模式modal，输入模型和激励端口，文章末尾会提供整个python运行脚本。结构图如下：
在这里插入图片描述

二、仿真结果

直接利用公式输入的缝隙偏移量和缝隙谐振长度，结果非常不错。3D增益图如下：
在这里插入图片描述
2D增益图如下：
在这里插入图片描述
S参数如下，结果也很不错。
在这里插入图片描述

三、python脚本

代码如下（示例）：

# ----------------------------------------------
# Script Recorded by Ansys Electronics Desktop Version 2023.1.0

# ----------------------------------------------
import ScriptEnv
ScriptEnv.Initialize("Ansoft.ElectronicsDesktop")
oDesktop.RestoreWindow()
oProject = oDesktop.SetActiveProject("Project1")
oProject.SaveAs("D:\\waveguide_antenna\\waveguide_slot_array_python\\one_array_21_elements\\one_array_21_elements.aedt", True)
oProject.InsertDesign("HFSS", "HFSSDesign1", "HFSS Terminal Network", "")
oDesign = oProject.SetActiveDesign("HFSSDesign1")
oEditor = oDesign.SetActiveEditor("3D Modeler")
oEditor.SetModelUnits(
	[
		"NAME:Units Parameter",
		"Units:="		, "mm",
		"Rescale:="		, False,
		"Max Model Extent:="	, 10000
	])
oDesign.SetSolutionType("HFSS Modal Network", 
	[
		"NAME:Options",
		"EnableAutoOpen:="	, False
	])
oEditor.CreateBox(
	[
		"NAME:BoxParameters",
		"XPosition:="		, "0mm",
		"YPosition:="		, "0mm",
		"ZPosition:="		, "0mm",
		"XSize:="		, "2mm",
		"YSize:="		, "0.4mm",
		"ZSize:="		, "0.4mm"
	], 
	[
		"NAME:Attributes",
		"Name:="		, "Box1",
		"Flags:="		, "",
		"Color:="		, "(143 175 143)",
		"Transparency:="	, 0,
		"PartCoordinateSystem:=", "Global",
		"UDMId:="		, "",
		"MaterialValue:="	, "\"vacuum\"",
		"SurfaceMaterialValue:=", "\"\"",
		"SolveInside:="		, True,
		"ShellElement:="	, False,
		"ShellElementThickness:=", "0mm",
		"ReferenceTemperature:=", "20cel",
		"IsMaterialEditable:="	, True,
		"UseMaterialAppearance:=", False,
		"IsLightweight:="	, False
	])
oEditor.ChangeProperty(
	[
		"NAME:AllTabs",
		[
			"NAME:Geometry3DAttributeTab",
			[
				"NAME:PropServers", 
				"Box1"
			],
			[
				"NAME:ChangedProps",
				[
					"NAME:Name",
					"Value:="		, "inner_box"
				]
			]
		]
	])
oDesign.ChangeProperty(
	[
		"NAME:AllTabs",
		[
			"NAME:LocalVariableTab",
			[
				"NAME:PropServers", 
				"LocalVariables"
			],
			[
				"NAME:NewProps",
				[
					"NAME:a",
					"PropType:="		, "VariableProp",
					"UserDef:="		, True,
					"Value:="		, "22.86mm"
				]
			]
		]
	])
oDesign.ChangeProperty(
	[
		"NAME:AllTabs",
		[
			"NAME:LocalVariableTab",
			[
				"NAME:PropServers", 
				"LocalVariables"
			],
			[
				"NAME:NewProps",
				[
					"NAME:b",
					"PropType:="		, "VariableProp",
					"UserDef:="		, True,
					"Value:="		, "10.16mm"
				]
			]
		]
	])
oDesign.ChangeProperty(
	[
		"NAME:AllTabs",
		[
			"NAME:LocalVariableTab",
			[
				"NAME:PropServers", 
				"LocalVariables"
			],
			[
				"NAME:NewProps",
				[
					"NAME:lamda_g",
					"PropType:="		, "VariableProp",
					"UserDef:="		, True,
					"Value:="		, "39.71mm"
				]
			]
		]
	])
oDesign.ChangeProperty(
	[
		"NAME:AllTabs",
		[
			"NAME:LocalVariableTab",
			[
				"NAME:PropServers", 
				"LocalVariables"
			],
			[
				"NAME:NewProps",
				[
					"NAME:N",
					"PropType:="		, "VariableProp",
					"UserDef:="		, True,
					"Value:="		, "21mm"
				]
			]
		]
	])
oEditor.ChangeProperty(
	[
		"NAME:AllTabs",
		[
			"NAME:Geometry3DCmdTab",
			[
				"NAME:PropServers", 
				"inner_box:CreateBox:1"
			],
			[
				"NAME:ChangedProps",
				[
					"NAME:Position",
					"X:="			, "0mm",
					"Y:="			, "-a/2",
					"Z:="			, "-b/2"
				],
				[
					"NAME:YSize",
					"Value:="		, "a"
				],
				[
					"NAME:ZSize",
					"Value:="		, "b"
				],
				[
					"NAME:XSize",
					"Value:="		, "lamda_g/2*N+lamda_g/4"
				]
			]
		]
	])
oEditor.ChangeProperty(
	[
		"NAME:AllTabs",
		[
			"NAME:Geometry3DCmdTab",
			[
				"NAME:PropServers", 
				"inner_box:CreateBox:1"
			],
			[
				"NAME:ChangedProps",
				[
					"NAME:XSize",
					"Value:="		, "lamda_g/2+lamda_g/4"
				]
			]
		]
	])
oDesign.ChangeProperty(
	[
		"NAME:AllTabs",
		[
			"NAME:LocalVariableTab",
			[
				"NAME:PropServers", 
				"LocalVariables"
			],
			[
				"NAME:DeletedProps", 
				"N"
			]
		]
	])
oDesign.ChangeProperty(
	[
		"NAME:AllTabs",
		[
			"NAME:LocalVariableTab",
			[
				"NAME:PropServers", 
				"LocalVariables"
			],
			[
				"NAME:NewProps",
				[
					"NAME:N",
					"PropType:="		, "VariableProp",
					"UserDef:="		, True,
					"Value:="		, "21"
				]
			]
		]
	])
oEditor.ChangeProperty(
	[
		"NAME:AllTabs",
		[
			"NAME:Geometry3DCmdTab",
			[
				"NAME:PropServers", 
				"inner_box:CreateBox:1"
			],
			[
				"NAME:ChangedProps",
				[
					"NAME:XSize",
					"Value:="		, "lamda_g/2*N+lamda_g/4"
				]
			]
		]
	])
oEditor.Copy(
	[
		"NAME:Selections",
		"Selections:="		, "inner_box"
	])
oEditor.Paste()
oEditor.ChangeProperty(
	[
		"NAME:AllTabs",
		[
			"NAME:Geometry3DAttributeTab",
			[
				"NAME:PropServers", 
				"inner_box1"
			],
			[
				"NAME:ChangedProps",
				[
					"NAME:Name",
					"Value:="		, "outer_box1"
				],
				[
					"NAME:Material",
					"Value:="		, "\"pec\""
				]
			]
		]
	])
oDesign.ChangeProperty(
	[
		"NAME:AllTabs",
		[
			"NAME:LocalVariableTab",
			[
				"NAME:PropServers", 
				"LocalVariables"
			],
			[
				"NAME:NewProps",
				[
					"NAME:thick",
					"PropType:="		, "VariableProp",
					"UserDef:="		, True,
					"Value:="		, "1mm"
				]
			]
		]
	])
oEditor.ChangeProperty(
	[
		"NAME:AllTabs",
		[
			"NAME:Geometry3DCmdTab",
			[
				"NAME:PropServers", 
				"outer_box1:CreateBox:1"
			],
			[
				"NAME:ChangedProps",
				[
					"NAME:Position",
					"X:="			, "0mm",
					"Y:="			, "-a/2-thick",
					"Z:="			, "-b/2-thick"
				],
				[
					"NAME:XSize",
					"Value:="		, "lamda_g/2*N+lamda_g/4+thick"
				],
				[
					"NAME:YSize",
					"Value:="		, "a+2*thick"
				],
				[
					"NAME:ZSize",
					"Value:="		, "b+2*thick"
				]
			]
		]
	])
oEditor.Subtract(
	[
		"NAME:Selections",
		"Blank Parts:="		, "outer_box1",
		"Tool Parts:="		, "inner_box"
	], 
	[
		"NAME:SubtractParameters",
		"KeepOriginals:="	, False,
		"TurnOnNBodyBoolean:="	, True
	])
oEditor.CreateBox(
	[
		"NAME:BoxParameters",
		"XPosition:="		, "20mm",
		"YPosition:="		, "0mm",
		"ZPosition:="		, "0mm",
		"XSize:="		, "60mm",
		"YSize:="		, "-20mm",
		"ZSize:="		, "0mm"
	], 
	[
		"NAME:Attributes",
		"Name:="		, "Box1",
		"Flags:="		, "",
		"Color:="		, "(143 175 143)",
		"Transparency:="	, 0,
		"PartCoordinateSystem:=", "Global",
		"UDMId:="		, "",
		"MaterialValue:="	, "\"vacuum\"",
		"SurfaceMaterialValue:=", "\"\"",
		"SolveInside:="		, True,
		"ShellElement:="	, False,
		"ShellElementThickness:=", "0mm",
		"ReferenceTemperature:=", "20cel",
		"IsMaterialEditable:="	, True,
		"UseMaterialAppearance:=", False,
		"IsLightweight:="	, False
	])
oEditor.Delete(
	[
		"NAME:Selections",
		"Selections:="		, "Box1"
	])
oEditor.CreateBox(
	[
		"NAME:BoxParameters",
		"XPosition:="		, "-20mm",
		"YPosition:="		, "0mm",
		"ZPosition:="		, "0mm",
		"XSize:="		, "50mm",
		"YSize:="		, "10mm",
		"ZSize:="		, "0mm"
	], 
	[
		"NAME:Attributes",
		"Name:="		, "Box1",
		"Flags:="		, "",
		"Color:="		, "(143 175 143)",
		"Transparency:="	, 0,
		"PartCoordinateSystem:=", "Global",
		"UDMId:="		, "",
		"MaterialValue:="	, "\"vacuum\"",
		"SurfaceMaterialValue:=", "\"\"",
		"SolveInside:="		, True,
		"ShellElement:="	, False,
		"ShellElementThickness:=", "0mm",
		"ReferenceTemperature:=", "20cel",
		"IsMaterialEditable:="	, True,
		"UseMaterialAppearance:=", False,
		"IsLightweight:="	, False
	])
oEditor.ChangeProperty(
	[
		"NAME:AllTabs",
		[
			"NAME:Geometry3DCmdTab",
			[
				"NAME:PropServers", 
				"Box1:CreateBox:1"
			],
			[
				"NAME:ChangedProps",
				[
					"NAME:ZSize",
					"Value:="		, "10mm"
				]
			]
		]
	])
oDesign.ChangeProperty(
	[
		"NAME:AllTabs",
		[
			"NAME:LocalVariableTab",
			[
				"NAME:PropServers", 
				"LocalVariables"
			],
			[
				"NAME:NewProps",
				[
					"NAME:l1",
					"PropType:="		, "VariableProp",
					"UserDef:="		, True,
					"Value:="		, "14.2mm"
				]
			]
		]
	])
oDesign.ChangeProperty(
	[
		"NAME:AllTabs",
		[
			"NAME:LocalVariableTab",
			[
				"NAME:PropServers", 
				"LocalVariables"
			],
			[
				"NAME:NewProps",
				[
					"NAME:d1",
					"PropType:="		, "VariableProp",
					"UserDef:="		, True,
					"Value:="		, "1.02mm"
				]
			]
		]
	])
oDesign.ChangeProperty(
	[
		"NAME:AllTabs",
		[
			"NAME:LocalVariableTab",
			[
				"NAME:PropServers", 
				"LocalVariables"
			],
			[
				"NAME:NewProps",
				[
					"NAME:W",
					"PropType:="		, "VariableProp",
					"UserDef:="		, True,
					"Value:="		, "1.59mm"
				]
			]
		]
	])
oEditor.ChangeProperty(
	[
		"NAME:AllTabs",
		[
			"NAME:Geometry3DCmdTab",
			[
				"NAME:PropServers", 
				"Box1:CreateBox:1"
			],
			[
				"NAME:ChangedProps",
				[
					"NAME:Position",
					"X:="			, "lamda_g/2-l1",
					"Y:="			, "d1-W/2",
					"Z:="			, "b/2"
				],
				[
					"NAME:ZSize",
					"Value:="		, "thick"
				],
				[
					"NAME:YSize",
					"Value:="		, "W"
				],
				[
					"NAME:XSize",
					"Value:=&#
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利用Python与HFSS进行联合仿真的详细教程
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HFSS（High Frequency Structure Simulator）是由ANSYS公司开发的一款三维全波电磁场仿真软件，被广泛应用于天线设计、滤波器设计和射频电路仿真等领域。Python作为一门强大的编程语言，因其简洁和高效，被广泛用于数据分析和自动化任务。在HFSS仿真中，利用Python进行自动化操作和数据处理，可以大大提高工作效率。本文将详细介绍如何利用Python与HFSS进行联合仿真，包括HFSS的API接口、Python脚本编写和具体的应用实例。
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HFSS天线仿真设计：微带天线、馈电网络及其他类型天线的综合探讨
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05-04
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波导缝隙天线的设计仿真
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摘要：电磁仿真软件HFSS以其高精度，高可靠性在电磁仿真设计中得到了广泛的应用。但对于复杂天线的模型，其没有很好的方法简化建模操作，需要花费大量的设计时间。将HFSS提供的VBScript脚本语言功能作为接口，利用Matlab调用控制HFSS,从而协同HFSS建立模型，达到快速建模的目的。提出了一套波导缝隙阵天线的设计方法，设计一个波导缝隙阵天线，运用Matlab协同HFSS建立天线模型，并进行仿真分析。结果验证了天线设计方法的准确性，以及运用Matlab调用HFSS建模的可行性。 　　0 引言 　　波导缝隙阵列天线口径幅度易于控制，具有辐射效率高，方向性强，结构紧凑等特点，而且容易实现低
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利用Python3.7和三维仿真软件HFSS18联合仿真，全自动建模仿真一个微带天线，只需要修改一些必要的尺寸即可。
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HFSS初学笔记（五）——SIW基片集成波导
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基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide，SIW)技术是近几年提出的一种可以集成于介质基片中的具有低插损、低辐射、高功率容量等特性的新的导波结构，它是通过在上下底面为金属层的低损耗介质基片上，利用金属化通孔阵列而实现的，其目的是在介质基片上实现传统的金属波导的功能。波导就常用于高频情况，但是波导体积大，不易于集成。本次仿真设计中，谐振器尺寸：直径d=0.3mm，p=0.6mm，Weff=23.775，Leff=11.02mm.介电常数2.25，损耗角正切0.0004.
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09-27 4806
目 录 摘要 Abstract 第一章绪论 1.1 微带天线的定义 1.2 微带天线的的发展状况 1.3 本文主要内容 第二章微带天线的基本理论 2.1 微带天线的特点 2.2 微带天线的工作原理 2.3 微带天线的结构 2.4 微带天线的分析方法 2.4.1 解析方法 2.4.2 数值方法 第三章双频微带天线设计分析 3.1 微带天线的小型化技术 3.2 微带天线双频技术 第四章设计仿真 4.1 HFSS基本简介
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### 使用HFSS进行共面波导天线设计 #### 设计准备 为了有效地利用 Ansys HFSS 进行共面波导（CPW, Coplanar Waveguide）形式的天线设计，理解 CPW 的基本结构及其工作原理至关重要。CPW 结构由位于同一平面内的中心导体和两侧的地组成，在高频应用中表现出良好的特性[^1]。 #### 创建项目与设置环境 启动 Ansys HFSS 软件并创建新项目。选择适合微波频率范围的工作模板，确保仿真精度满足需求。对于 CPW 天线的设计，建议采用三维建模方式以便更精确地捕捉电磁场分布情况[^2]。 #### 建立几何模型 进入 3D Modeler 模块定义天线的具体尺寸参数。通常情况下，需要指定以下几个方面： - 中心导体宽度 (w) - 接地层间距 (s) - 衬底厚度 (h) 及其介电常数 (εr) 这些参数直接影响到最终形成的阻抗匹配效果以及辐射效率等性能指标。可以参照已有的研究资料选取合理的初始值作为起点，并在此基础上逐步调整优化。 ```python # Python伪代码用于说明参数设定过程 parameters = { 'center_conductor_width': w, 'ground_spacing': s, 'substrate_thickness': h, 'dielectric_constant': εr } ``` #### 材料属性配置 为各部分赋予相应的材料属性，特别是介质基板的选择非常重要。常见的选项包括 Rogers RO4003C 或 FR-4 等具有稳定电气特性的板材。正确输入相对介电常数值和其他物理参数有助于提高仿真的准确性。 #### 边界条件施加 合理设置边界条件是保证计算收敛性和结果可靠性的关键一步。针对开放式端口类型的 CPW 天线，一般会在开放末端处添加 Perfect E 或者 Floquet Port 类型的终止条件；而在其他方向上则可考虑使用 PML（Perfectly Matched Layer）吸收边界来减少反射干扰的影响。 #### 参数化扫描与优化 完成初步布局之后，可以通过变量表实现对某些重要参数（如上述提到的 w,s,h 和 εr）的变化趋势进行全面探索。借助内置的 Optimetrics 工具执行敏感度分析、目标驱动优化等功能，从而找到最佳设计方案以达到预期的功能要求。 #### 后处理与结果评估 最后阶段涉及对所得数据进行整理归纳，绘制 S 参数曲线图、远近场模式图形等多种可视化表达形式，以此判断所设计天线的各项技术规格是否符合标准规定。同时也可以进一步深入挖掘潜在改进空间，持续提升产品竞争力。
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