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应用实例

开槽波导天线的辐射模式模拟

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本示例展示了一个由复合右/左手(CRLH)波导和不等间距槽[1]组成的复杂天线。天线由 WR-90 波导馈入,波导从器件底部进入。在输入端口之后,一个匹配过渡区会改变场,以便沿 CRLH 波导向下传播。CRLH 波导有许多间距相等的单元,每个单元都包含用于场传播的小孔。辐射通过波导顶板上的六个倾斜插槽进行。槽间距和每个槽的倾斜角度各不相同。

XFdtd中基于 CAD 的几何图形如图 1 所示,输入端口位于左侧和底部,CRLH 波导延伸至右侧。在图 1 结构的顶部可以看到插槽。图 2 显示了插槽的更多细节,其中 XFdtd 网格也清晰可见。由于槽的性质复杂,与 FDTD 网格不对齐,因此使用了XACT 精确单元技术网格划分功能来精确划分槽的尺寸和方向。图 3 显示了波导底部输入端口的 TE10 模式。图 4 显示了波导内部的剖面网格视图。

图 1 XFdtd 中构建的几何图形的 CAD 视图,显示了 CRLH 波导和辐射槽。

图 1:XFdtd 中构建的几何图形的 CAD 视图,显示了 CRLH 波导和辐射槽。

图 2 XACT 设备旋转槽的细节图。

图 2:XACT-meshed 设备旋转槽的详细视图。

图 3 设备底视图,显示带有波导激励的输入端口。

图 3:设备底图,显示带有波导激励的输入端口。

图 4 设备的横截面网格视图,显示 CRLH 单元的内部结构。

图 4:设备的横截面网格视图,显示内部的 CRLH 单元。

为了更好地显示色场图像,对几何体进行了网格化处理,结构周围的边界较大。网格化后,模拟几何体需要约 268 MB 内存,在英伟达 C1060 Tesla GPU 显卡上运行时间略高于 6 分钟。

本例中最重要的是该设备产生的辐射模式。图 5 显示了中心频率为 10 千兆赫的天线三维增益模式,装置位于模式中心。图 6 和图 7 显示了 H 平面和 E 平面的增益。沿天线顶板的传导电流如图 8 所示。图 9 显示了波导辐射出的瞬态电场。

图 5 天线在 10 GHz 频率下的三维辐射图。

图 5:10 千兆赫时天线的三维辐射图。

图 6 10 千兆赫时的 H 平面辐射模式。


图 6:10 千兆赫时的 H 平面辐射模式。

图 7 10 千兆赫时的 E 平面辐射模式。

图 7:10 千兆赫时的 E 平面辐射模式。

图 8 10GHz 时波导顶部传导电流的矢量图。


图 8:10 千兆赫时波导顶部传导电流的矢量显示。

图 9 设备横截面上的瞬态电场图像。

图 9:装置横截面上的瞬态电场图像。

参考资料

  1. S.Liao, J. Wang, Y. Chen, W. Tang, J. Wei, J. Xu, and Z. Zhao, "Synthesis, Simulation and Experiment of Unequally Spaced Resonant Slotted-Waveguide Antenna Arrays Based on the Infinite Wavelength Propagation Property of Composite Right/Left-Handed Waveguide,"IEEE Trans.第 60 卷,2012 年 7 月,第 3182-3194 页

 

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