天线HFSS、CST仿真设计为什么不靠谱？

在设计通讯终端产品天线时，利用电磁仿真软件建模设计天线，其结果往往与实际差异很大，很多理论派的学者，在接到天线设计项目时，花费大量时间在软件建模上，在得到理想的天线Pattern后，打样就出问题，浪费宝贵的项目时间。今天就来给大家讲一讲为什么在真实电子产品上设计天线的时候只做电脑HFSS、CST等仿真设计就直接定天线不靠谱。

      首先我们要理解电脑HFSS、CST等仿真软件的原理。这类软件的工作原理是将所需设计产品的3D模型导入到电脑仿真软件中，或者自己在软件上建立模拟实际产品的3D模型，然后将模型的材质设置成通用材质，再在此模型的基础上完成天线设计并用软件计算天线的技术参数指标。

HFSS天线仿真界面

基于以上原理，我们可以知道，电脑软件仿真存在诸多不准确的因素，这些因素都会导致仿真结果不准确。

1、 3D模型和最终的真实产品的差异

       很多时候3D模型是仿真人员自己根据客户的产品建立的简化模型，这种简化模型与实际产品之间存在差异，这种差异直接会导致仿真结果存在偏差。即便是将客户的真实外壳3D图以及电路板图的真实尺寸导入进行仿真，但客户产品中的配件内部构造情况、图档与实际偏差情况一概不知，自然仿真的结果就不可能准确无误了。

2、 通用材质参数与真实产品材质参数的差异

      这也是一个很常见的情况，在完成上面的3D模型之后，仿真人员需要确定模型中各种不同部件的材质的参数（包括介电常数和损耗）。很多客户自己都无法准确知道自己使用的产品材质参数，仿真人员又是如何确定的呢？这个时候仿真人员通常将材质设置成通用材质，比如金属统一设置成PEC（理想导体）、塑料统一设置成通用塑料参数等。但是实际上金属有铁、铝、铜等各种不同材质，不同塑料的介电常数也从2.8到4.0不等，这些看起来差不多的材质实际的参数都有很大的差异，直接简单设置必然带来仿真参数与真实产品的差异。

3、 仿真软件自身准确性差异

       做过天线仿真的人都知道一个现象，将完全相同的模型导入到不同仿真软件中进行天线仿真，仿真出来的结果是有差别的。这是因为不同软件的算法、精度不同，都会导致运算仿真的结果不同。而软件的计算结果也产品实际情况也是存在差别的。

综合以上种种差异，软件仿真天线设计的结果又怎么可能会与真实产品的天线参数一致呢？那么仿真结果与实际制作出来的产品差别究竟有多大？

       以一个客户为例。他想要设计的是一个WiFi的内置板载PCB天线，天线与电路部分共板而且有外壳有电池。天线仿真人员完成仿真设计的结果显示，仿真的天线谐振频率正好落在2450MHz,而且驻波比指标在小于2.0，说明在仿真软件中天线的阻抗表现良好，符合内置天线设计标准。这个客户按照仿真人员提供的尺寸制板完成自己的产品制作之后，发现这个天线的通信距离非常差，射频方案正常可以有200多米通信距离，但是他的产品通信距离只有不到30米。

VSWR仿真结果

       这个客户把仿真模型及制作的产品给到我们这边，我们用天线专用仪器设备对产品的天线进行了测试，发现这个天线在工作频段2.4-2.5GHz处，驻波很高（＞5.0），这样天线与设备失配，与仿真结果差距非常大。因此这个天线使用效果差是自然而然的了。

根据仿真制作的天线

天线专用网络分析仪实测图

      与这些电脑仿真设计不同，我们提供的天线设计是将真实的完整产品连接到专门设计测试天线的专用仪器（网络分析仪）上，在设计完天线后，用完全真实的产品整机环境测试出准确的天线参数并以此为依据反复修改直到天线的真实参数满足天线的设计标准。由于是在真实产品上进行的设计，因此前面说的产品模型差异和材料参数差异根本不存在。我们使用专业仪器测试真实的天线参数，没有运算过程，因此也不存在运算误差。因此我们的测试结果是真实的天线性能。这种设计方式也是各大天线厂家和专业从业人员标准的的天线设计方法。以下是我们为客户设计的2.4GHz天线。

致哲为客户设计的天线

     仿真结果实际上只是一个参考数据，天线设计的专业从业人员都知道这个情况。只要客户是制作实际产品的，我们都会建议客户提供完整的天线环境，定制合适的天线，由于天线调试设备还是蛮贵的（二手的都需要十多万），为了赚钱只能选择以仿真结果来糊弄客户。

以上就是本次「小哲说天线」的内容了，如果大家有关于天线定制或者任何天线相关的问题，都可以在公众号中留言，欢迎来找小哲一起讨论哦~

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