前言

ANSYS Electromagnetics Suite电磁场仿真可对组件、电路和系统设计的电磁性能进行独立仿真，还可以对温度、振动和其他重要机械效应进行评估。本文为我自己的学习笔记，采用的软件版本是ANSYS Electromagnetics Suite 2021 R2。其他文章请点击上方，看我制作的HFSS（ANSYS Electronics）专栏内容。

学会使用HFSS（ANSYS Electronics）设计周期阵列天线（Array Antenna）是常规，一般情况下是使用主从边界条件（Master and Slave）去设计，在新版的ANSYS Electronics软件中，其名称改为了“Primary and Secondary”，其本质是一样的。本文的重点是设置主从边界和设置端口激励，其他的就简略一点。

原理与绘制

电路原理

学习这个主从边界条件，我选用了以下链接里的论文。这是一篇关于超表面的论文，将一个个小单元做成阵列。

Ultrawideband Reflection-Type Metasurface for Generating Integer and Fractional Orbital Angular Momentum

论文作者也录制了如何使用HFSS仿真这个结构，他的B站视频链接如下。

周期结构、超表面单元的仿真（HFSS入门教程）

其中，他设计的这个结构，尺寸图如下。板材用的是F4B板材，介电常数ε=2.65，损耗正切tanD=0.001。

原理图绘制

绘制好的原理图如图。

别忘了绘制空气腔，这里我选择上下各留40mm。

同时别忘了把基板材料设置成F4B。这个自带的库里没有，需要自己添加一个板材。

设置边界条件

设置理想导体边界

将上表面的微带，和下表面的地，都设置为理想导体边界。

设置主从边界

设置主边界

选中其中一个面，设置成“Primary”。

在U向量选项中，新建一个向量。

选择这个面顶部的边，点击一次，确定向量起点，再点击一次，确定向量终点。一般来说这个方向会设置为X轴或Y轴的正方向。而V向量一般为向下。

点击OK确认后，可以看到已经设置好了主边界。

设置从边界

选中刚刚那个面的对立面，设置成“Secondary”。红色箭头指的是刚刚设置了主边界的面，绿色的是要设置从边界的面。

主依赖选择刚刚设置的主边界，也就是Primary1。而U向量和刚刚一样，新建一个向量，也是X轴或者Y轴的正方向。

设置好的从边界。

点击OK确认，可以设置扫描角度。Phi是极化方向，Theta是入射角，这里默认是0，也可以直接设置成一个变量，方便后期进行参数扫描。

点击完成后，可以查看两个边界条件。

设置成功效果

对另外一对的面，也按照上面的设置。下面是设置好的第一个主从边界。

下面是设置好的第二个主从边界。

设置辐射边界

其实这一步是可选的，不太影响仿真结果，但是为了防止有时候仿真出错，还是需要对空气腔的每一个面都设置边界的。将空气腔的底面设置成理想辐射边界。

设置端口激励

这里需要设置Floquet Port的激励。选择空气腔顶部的面，添加激励。

对于A分量和B分量，分别设置方向为X轴正方向和Y轴正方向（一定要和前面的主从边界方向相同）。

其他的选项可以默认。设置好后如图。

如果不想被传播引入的相位影响，可以在Port Processing里设置空气腔的厚度作为距离，这样就直接加载在表面上了。这里的da是我预先设置好的变量。

若设置了，则会是下图。

仿真设置

频率扫描设置

选择添加一个分析。扫频范围为0.5GHz到25GHz。

角度扫描设置

如果需要对入射角度进行扫描，需要添加一个参数扫描，参数设置成角度。

错误检查

进行错误检查。没有错误。

仿真结果

基本曲线

S11基本和视频中的结果相符。如果设置的是0°角，也就是顶端入射，结果如下。

如果改变入射角，S11曲线会有很大的变化。

电场分布

0°角的电场分布如下。

30°角的电场分布如下。

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