基于AMDS的螺旋天线仿真

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螺旋天线由于具有体积小,定向型高的特点,在电话、电视和数据空间通信中广为应用。

  但是,目前的仿真技术对螺旋天线的仿真存在一定的困难。采用有限元法(FEM)的仿真软件,如安捷伦的EMDS,对于螺旋天线的网格剖分存在网格数量过多,导致超出内存限制的问题。对于螺旋天线阵列的仿真,更是心有余而力不足。

  安捷伦使用有限时域差分算法(FDTD)的AMDS(Antenna Modeling Design System)则可以利用自适应网格剖分来对螺旋天线及其阵列进行宽带频响仿真。在使用硬件加速卡之后,更可以提高仿真速度10至20倍。

  在AMDS中,可以快速的对螺旋天线进行建模。

  首先对螺旋天线模型进行宽带扫频,观察其反射比较好的频率范围:(见图1)

首先对螺旋天线模型进行宽带扫频观察其反射比较好的频率范围见图1


如对于此螺旋天线,在18.5GHz附件反射系数低于-20dB,即此天线完全可以在18.5GHz使用。

  利用惠普的Compaq nc8230笔记本计算机(Pentium CPU 2.0GHz,1.5GB内存)进行宽带仿真,耗时11分10秒:(见图2)

利用惠普的Compaq nc8230笔记本计算机进行宽带仿真耗时11分10秒见图2


在18.5GHz处进行单频点计算,可以观察单个螺旋天线的远场辐射图、电

 

场分布、端口特性等参数,便于工程师对设计进行修正。

  单个螺旋天线的三维远场辐射图及固定Theta=0,Phi从0至360扫频结果如下所示:(见图3)

  单个螺旋天线YZ截面的电场分布图如下图所示:

  对单个螺旋天线的端口进行分析,可知其VSWR为1.31,阻抗为63.4-j*6.6。

  再进行更为复杂的2×2螺旋天线阵列仿真。

  将原有的单个螺旋天线模型进行复制、粘贴等命令,并修改反射接地面,得到下图所示的螺旋天线阵列图:(见图4)

单个螺旋天线YZ截面的电场分布图如下图所示

 可以观察网格划分以后的螺旋线性阵列。用微小的正方体完全可以表征螺旋的物理特性,这便是得到精确仿真结果最起码的要求。

耗时97分钟后可以得到螺旋天线阵列的单频点特性


耗时97分钟后,可以得到螺旋天线阵列的单频点特性。

  下图为螺旋天线阵列的三维远场辐射图及Theta=0,Phi从0至360扫频结果:(见图5)

螺旋天线阵列的三维远场辐射图及Theta=0 Phi从0至360扫频结果见图5


可见,相对于单个螺旋天线,天线阵列的方向性更好,但由于馈电位置不太正确,导致阵列的最大辐射方向不在其法向中心。

  螺旋天线阵列仿真的例子可以说明:安捷伦三维全波电磁场仿真工具AMDS可以帮助工程师进行复杂的天线阵列的建模、仿真,并得到多种参数供工程师进行分析。

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