XGtd 如何计算大型航天器的天线增益
下面的示例演示了 XGtd 从 CAD 文件导入几何图形并计算航天飞机货舱内发射机的接收功率和远区天线增益模式的能力。
航天飞机几何学
航天飞机的几何图形从 DXF 文件导入XGtd。航天飞机在 XGtd 中旋转,使几何图形沿项目的 Y 轴(绿色)对齐。下图中的蓝色箭头和读取箭头分别代表Z 轴和 X 轴 。
图 1 中的航天飞机模型最初包含约 13,000 个面。虽然 XGtd 项目能够包含多达 32,000 个面,但 CAD 文件通常包含过多的细节,这可能会延长计算时间,而不会显著提高结果的准确性。
用简化几何体替换引擎后,XGtd 的 "简化特征 "实用程序进一步减少了模型中的面数,如图 2 所示。
波形定义
发射器的波形是 1 GHz 的布莱克曼脉冲。在图 3 的属性窗口中可以看到定义该波形的参数。
天线定义
发射机使用水平极化的理想偶极子天线建模。为验证天线模式,可创建天线增益的二维切割平面图和全三维图。偶极子的天线模式可在天线属性窗口中查看(见图 4 或 XGtd 的项目视图)。
图 4
在项目中设置发射点和接收点
有了确定的天线和波形,就可以在项目中添加发射器和接收器。如图 5 所示,发射天线被放置在航天飞机舱的中央。项目中还添加了一个弧形接收器和一个垂直面接收器,以研究航天飞机和舱门的能量散射。
项目视图中可显示项目中任何发射器或接收器点的天线模式(图 6)。查看天线模式可提供视觉反馈,确保天线朝向与项目几何形状相关的理想方向。水平偶极子位于货舱内,偶极子的空点与航天飞机的长度对齐。
研究区域的定义和参数
创建发射机和接收机集后,项目中的所有地物、发射机和接收机都被封闭在一个自动边界研究区域内。穿梭机附近的传播使用 XGtd 的全三维传播模型进行建模。在 "研究区域属性 "窗口中,反射的最大次数设为 2,衍射的最大次数设为 3(图 7)。
请求输出 - 远区天线增益模式
在开始计算之前,接收功率、电场幅度/相位和传播路径被确定为所需输出。此外,还需要 XZ 平面和 XY 平面的远区天线增益数据(图 8)。
运行计算并查看结果
计算在 2.66 GHz Xeon 处理器上运行,仅用了不到 2 个小时就完成了。计算完成后,可以在 XGtd 的项目视图中绘制或显示结果。图 9 显示了与航天飞机相交的垂直接收器网格的计算接收功率。正如预期的那样,航天飞机的机身和打开的舱门阻挡了大部分能量到达航天飞机下方的区域。
图 9
项目中发射器和接收器之间的传播路径可直接在项目视图中查看(图 10.A)。用户可以通过检查到达特定接收点的路径,快速了解信号在两点之间的传播情况。图 11 显示了从发射器到弧形接收器上某点的射线路径。射线包括视线、舱门边缘的衍射以及航天飞机机身反射的射线。
计算出的远区天线增益结果可通过 XGtd 的用户界面绘制成极坐标图。图 12 给出了 XZ 平面上的天线增益。在该图中,θ = 0 对应Z 轴。远区图案显示了沿Z 轴的建设性和破坏性干扰。增益在阴影区迅速衰减。