如何在 Clarity 3D Solver 中设置 Patch 天线模型和频域模拟分析
适用于 PCB、IC 封装和连接器不同结构的完整 3D 电磁全波求解方案-- Clarity 3D Solver，其 3D Workbench 提供了简单易用的图形用户界面（GUI），能高效进行各式设计的 S 参数萃取和精准的电磁仿真分析。
本文将以中心频为 2.755GHz 的贴片天线（Patch Antenna）为例，一步步带您快速了解如何使用 Clarity 3D Workbench 设置模拟环境并得到 S参数，以及 3D 远场辐射场型图。
步骤一：创建模拟模型
1 创建一个命名为 “Patch_Antenna” 的新 project 选择 File > New： 再选择 File > Save As，文件名输入 Patch_Antenna 后存档：
2 设定 Patch Antenna 各项设计参数 选择 Edit > Parameters，按鼠标右键选择 Add，按以下表格添加各参数名称及其数值，设定完成后按 OK：
3 通过参数建立模拟模型 点击 Parts > Create box，在 Modeler 窗口内任意点选3个点建立出 Box 对象： 根据序创建四个 Box，并根据前一个步骤设定好变量，套入以下各个 Box 对象的 Position 以及 Size 字段并重新命名 Box 名称： 初步编辑好的模型如下图：
4 点击 “Inset_primitive” 对象后右键复制（CTRL+C），并粘贴（CTRL+V），然后编辑复制后的 “Inset_primitive1” 对象 Position 资料
接着同时将 “Patch”、“Inset_primitive”、“Inset_primitive1” 三个对象选取后，点击 Modeller > Boolean > Subtract，出现如下右图所示，按OK： 完成后的模型应如下图所示：
5 设定对象材料特性
点击 “Sub” 对象，在 Property 窗口的 Material 栏位中选择下方按键：
开启 Material Manager 窗口：
通过 Material Manager，可以新增内建的材料到 Project中。 勾选 Show Material Library，选择 FR4_4.5 和 copper 后，点击 Export to Design，按 OK，即可新增 Project 所需的 PCB 材质 FR4 以及金属铜（Copper） ，接着关闭 Material Manager 窗口。 接着如下图所示，在 “Sub” 对象的 Material 下拉菜单中选择 FR4_4.5，另外将其他对象“Patch”、“ Ground”、“Feed_Line”的Material选择设定至copper。
步骤二：模拟设定与分析
6 为了能够进行模拟，必须设定激发端口（ports）于设计中 “Shift+E” 切换到 Edge 选择模式 > 选择 “Feed-Line”对象底面 > 右键并选择 Create Curve from Edges：
在 Project 窗口中，选择新产生的 “Feed_Line_1”对象，并在模型窗口中按右键选择 Sweep > Along Vector，依序点选下图（1，2）板边两个点，完成Feed port 对象：
7 Lumped port 设定 选择“Feed_Line_1”对象，按右键点击 Assign Excitations > Lumped Port 在 Port Definition 弹出窗口中按 Next，点击 位置1 以及双点击 位置2 ，再按下 Finish 键： 可以从 Project 窗口中选择 Port，确认 Lumped port 是否设定正确。
8 接着产生模拟边界，并设定边界条件 在菜单中点选 Parts > Bounding Box，选择 Absolute offset，并将值设定至 50mm，按 OK： “Shift+F” 切换至 Face 选择模式，接着从 Project 中选择 BoundingBox ，在模拟窗口中按右键，选择 Assign Boundary Conditions > ABC： 以上步骤就已经完成 Patch 天线的模型（Model）编辑。 9 设定模拟解析频率为 2.755GHz，模拟频率范围 2.25 到 3.25GHz，以 5MHz 为一个step size 于上方选单中点选 Solver > Analysis Setup > Simulation Options > Frequency Setting ，在 Solution Frequency 字段里输入 2.75e+9 并设置频率范围后按下 Refresh，接着勾选 Save mesh and fields 、以及 2.755GHz 的 Near field 和 Far field：
10 在 Mesh Option 中，使用 Isotropic Mesh， Local Map 选项，并将 Max edge length for signal net 选择至 Auto：
11 依照电脑硬件性能，设定软件模拟资源 点击Solver > Simulation > Set up Computer Resources：
12 一切准备就绪，现在可以开始进行模拟了，点击 Start Simulation，其图标为：
13 模拟完成后，从 Project 窗口中展开 Results 标签，即可以开始检视模拟结果 在 XY-Plot 按右键 选择 XY Plot，查看 S参数：
14 3D 远场辐射增益场型图查看设定 在 Results > FarField 鼠标右键选择 Far Field Plot，接着在 3D-Plot 右键点击 Add Plot ，在 Add 3D-Plot 窗口中选择 Gain > GainTotal > dB，按下 Create New plot 键后，双击 1/2.755GHz/Gain/GainTotal/dB，即可出现场形图： 如欲将远场（Far Field）场型图结合模拟Model 一同显示，可点击图标： 在显示的3D Farfield Options 窗口中，勾选 Display Model Geometry 后按OK：
结语 以上为如何使用 Clarity 3D Workbench 设置Patch天线模型并且进行频域分析模拟的操作说明。 其模拟结果不仅能呈现 Patch天线的回波损耗（Return Loss）以及 3D 远场辐射增益场型图（ 3D Far Field Radiation Gain Pattern），其他常用业界报告的 2D 辐射场型图 （2D Radiation pattern plot ）、近场电流分布等等指标亦都能在Clarity 3D Workbench 中轻松设定。