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飞机圆形贴片天线的天线耦合模拟 | Remcom

作者:管理员| Feb 27, 2017 5:34:00 PM

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本例分析了安装在波音 757 飞机两侧的四个圆形贴片天线之间的耦合。天线的发射和接收频率为 2.4 GHz。每个天线之间的耦合使用 XGtd 的 S 参数输出进行表征,该输出可在用户界面中显示,或导出为 1.1 版 Touchstone 文件。

波音 757 的几何形状由 1,096 个面组成,并分配了完美的电导体材料属性。图 1 显示了飞机的几何图形,其中四个面用蓝色标出了天线的安装位置。

图 1:波音 757 的几何形状。

模拟使用了全三维模型,其中有一次反射、无传输、两次楔形衍射和 16 次表面衍射。天线的工作频率为 2.4 GHz,使用基本正弦选项建模。

四个收发器位置的天线增益模式由内置圆形贴片天线确定,相对介电常数为 2.2,半径为 0.0226 米,高度为 0.0032 米,频率为 2.4 千兆赫(图 2)。

图 2:圆形贴片天线。

圆形贴片天线安装在飞机机身的四个位置。它们既是发射天线,也是接收天线,因此可以方便地使用收发器点进行建模。收发器可安装在几何体的任意面上,并根据面的法线自动调整方向。收发器点可以以图形方式放置在选定的面上,也可以在收发器属性窗口中输入精确坐标来确定收发器的位置。

图 3 显示了放置在飞机上的所有四个贴片天线,三维天线图案和控制矢量清晰可见。

图 3:757 上的收发器,天线图案和控制矢量清晰可见。

S 参数输出有三种方式:在项目视图中查看彩色编码输出(图 4),通过输出文件属性窗口查看数字输出(图 5),或导出相关的 Touchstone 文件(图 6)。

图 4:项目视图中彩色编码的 S 参数显示。

图 5:S 参数 S21 - 输出文件属性窗口中显示的数值。

图 6:导出为 Touchstone 文件的 S 参数。

通过查看计算得出的射线路径,可以详细了解飞机上安装的任何两根天线之间的耦合情况,并揭示是哪些结构导致了耦合。例如,如图 7 所示,造成收发器 1 和收发器 2 之间耦合的两个主要因素是来自右侧发动机的散射和沿飞机机身表面传播的爬行波。飞机左侧也存在一组类似的路径,将收发器 3 和收发器 4 连接起来。表 1 列出了这些位置的 S 参数:

表 1:飞机同侧收发器之间的 S 参数输出。

图 7:收发器 1 和 2 之间的光线路径(S12 和 S21)。

如图 8 所示,收发器 1(右下)和收发器 4(左下)之间的耦合主要是通过沿飞机底部的爬行波,产生 S14 = -104.62 dB 和 S41 = -104.61 dB。


图 8:收发器 1 和 4 之间的光线路径(S14 和 S41)。

同样,收发器 2(右上角)和收发器 3(左上角)之间的耦合(S23 = S32 = 87.45 dB)是由于飞机顶部的爬行波造成的,如图 9 所示。

图 9:收发器 2 和 3 之间的光线路径(S23 和 S32)。

如图 10 所示,飞机底部天线与飞机另一侧上部天线之间的耦合也是由爬行波造成的,其中 S 参数 S13、S31、S24 和 S42 均约为 -104.56 dB。

图 10:收发器 1 和 3 之间的光线路径(S13 和 S31)。