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应用实例

模拟中的印刷 PIFA 天线验证数据

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本例提供了XFdtd的验证数据与简单平面倒 F 天线 (PIFA) 回波损耗测量数据的比较。示例摘自发表在《电气和电子工程师学会天线与传播期刊》(IEEE Transactions on Antennas and Propagation)上的一篇期刊文章 [1]。

天线的结构相当简单,一个小型平面天线印制在介质(FR-4)块上,安装在一个大型导电地平面之上。天线的 CAD 格式如图 1 所示,其中白色部分表示导体,橙色部分表示介质材料。该天线是一个传统的倒 F 型天线,带有一个短路脚、一个馈电脚和一个水平天线元件。在本示例中,对天线进行了修改,在天线左右两侧增加了屏蔽条,以减少附近元件对天线性能的影响。原始论文的作者没有对 FR-4 材料参数进行定义,但选择了相对介电常数等于 4.1 和损耗正切为 0.018 的典型值,这些参数似乎与测量结果非常吻合。支撑天线元件的介质块在外表面建模了一个平均层,这在包含介质的模拟中很常见。

图 1:XF7 中天线几何形状的 CAD 视图。

图 1:XF 中天线几何形状的 CAD 视图。

自动网格划分脚本用于创建天线的 FDTD 网格。该脚本可从 Remcom 公司获得,对于软件的新用户来说非常有用,因为它省去了在几何体上设置适当网格约束的任务。执行网格划分脚本后,天线的三维网格如图 2 所示。最终网格的 FDTD 单元大小从 0.25 毫米到 2.2 毫米不等,只需 96 MB 内存即可进行仿真。在标准 GPU 处理/图形卡(NVIDIA Quadro 3000M)上对馈电处施加的宽带电压源进行模拟,并收敛到 -30 dB 电平,大约需要两分钟。

图 2:运行自动网格划分脚本后,天线中 FDTD 单元的网格视图。

图 2:运行自动网格划分脚本后,天线中 FDTD 单元的网格视图。

从参考文献中提取了天线的测量回波损耗,并与 XFdtd 的结果进行了对比。图 3 中的对比显示,模拟结果与测量结果非常吻合。

图 3:XF7 计算的回波损耗与参考文献中的测量结果非常吻合。

图 3:XFdtd 计算的回波损耗与参考文献中的测量结果非常吻合。

参考资料

  1. K.Wong, C. Chang, and Y. Lin, "Printed PIFA EM Compatible with Nearby Conductive Elements,"IEEE Trans.第 55,第 2919-2922 页,2007 年 10 月。

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