在本示例中，XFdtd 用于天线仿真，重点是带有横向槽的基底集成波导（SIW）漏波天线的性能。该设计来自 Liu、Jackson 和 Long 的论文[1]。该天线的工作原理类似于横向开槽矩形波导，但采用 SIW 设计，以降低成本、减小尺寸并更容易与平面电路集成。计算结果包括 S 参数性能、天线增益和效率。
整个天线的俯视图如图 1 所示，其中绿色材料代表铜，红色材料代表介质（相对介电率 = 2.25，损耗正切为 0.001）。该器件长约 310 毫米，宽约 40 毫米，高约 1 毫米。天线顶部的铜微带层具有间隔固定的横向槽，两端呈锥形。在设备的两端，节点波导端口与连接到 SIW 部分的锥形微带线相连。顶层有许多横向槽，如图 2 所示。顶层微带层的边缘以通孔为端点。图 3 至图 5 显示了各层的斜视图，图 3 显示了所有部件，图 4 显示了基底，图 5 显示了通孔。
图 1：天线 3D CAD 模型的俯视图，显示了两端连接锥形微带线的输入和输出端口，以及中间带有许多插槽的微带部分。
图 2：天线一端的细节图，显示了位于微带线下方的锥形槽和弯曲通孔路径。
图 3：天线从一个端口的斜视图，显示了与锥形线相连的节点波导端口、基底层的厚度以及开槽顶层的一部分。
图 4：去除顶部微带层后，天线结构中的衬底和部分通孔清晰可见。
图 5：在该图中，衬底层已被移除，接地层和通孔清晰可见。
通过在波导端口的一端施加限频信号，对该器件进行了模拟。S 参数结果如图 6 所示，从图中可以看出，该器件在 10.4-12.5 千兆赫和 10.4 千兆赫以下的几个较小频段具有良好的工作性能。低于 10 GHz 时，响应截止。
图 6：S 参数显示，从大约 10.4 GHz 到 12.5 GHz 的回波损耗良好，而 S21 在同一区域的损耗在 -6 到 -2 dB 之间。
根据频率的不同，天线会产生几种波束，范围从接近宽边到接近端火。这些波束通常很窄，呈扇形。如图 7 极坐标图所示，在 10.2 千兆赫频率下，波束相当窄，在 YZ 平面θ=70 度处达到约 8.6 dBi 的峰值。图 8 从与图 7 极坐标图相同的角度显示了 10.2 GHz 波形的三维图。图 9 显示了 10.2 GHz 三维图案的不同角度。如图 10、图 11 和图 12 所示，在 10.8 GHz 时，峰值增益增加到 11.1 dBi，波束在 YZ 平面的 theta=49 度处移动到一个峰值。如图 13、图 14 和图 15 所示，在 11.5 千兆赫时，图案略微变宽，峰值增益增加，主波束方向变为 theta=28 度，最大增益为 12.7 dBi。如图 16、17 和 18 所示，在 11.7 千兆赫，θ=19 度时的最大增益为 14 dBi。最后，如图 19、20 和 21 所示，在 12 千兆赫频率下，θ=13 度角时的最大增益为 14.2 dBi。
图 7：YZ 平面（沿天线长度方向）上 10.2 千兆赫的增益模式极坐标图显示，θ=70 度处为窄波束，增益约为 8.6 dBi。
图 8：天线在 10.2 GHz 频率下的增益模式，以三维视图显示，并叠加在天线几何图形上。
图 9：天线在 10.2 千兆赫频率下的增益图案，从倾斜的三维视角显示图案的扇形。
图 10：天线 YZ 平面 10.8 千兆赫处的增益模式极坐标图显示，θ=49 度处的波束峰值增益为 11.1 dBi。
图 11：天线在 10.8 千兆赫频率下的增益模式，以三维视图的形式叠加在天线几何图形上。
图 12：天线在 10.8 千兆赫频率下的增益模式，从一个倾斜的三维视角展示了模式的扇形。
图 13：天线 YZ 平面上 11.5 千兆赫的增益模式极坐标图显示，θ=28 度处的波束峰值增益为 12.7 dBi。
图 14：天线在 11.5 千兆赫频率下的增益模式，以三维视图的形式叠加在天线几何图形上。
图 15：天线在 11.5 千兆赫频率下的增益模式，从一个倾斜的三维视角展示了模式的扇形。
图 16：天线 YZ 平面 11.7 千兆赫处的增益模式极坐标图显示，θ=19 度处的波束峰值增益为 14 dBi。
图 17：天线在 11.7 千兆赫频率下的增益模式，以三维视图的形式叠加在天线几何图形上。
图 18：天线在 11.7 千兆赫频率下的增益模式，从一个倾斜的三维视角展示了模式的扇形。
图 19：天线 YZ 平面上 12 千兆赫的增益模式极坐标图显示，θ=13 度处的波束峰值增益为 14.2 dBi。
图 20：天线在 12 千兆赫频率下的增益模式以三维视图显示，并叠加在天线几何图形上。
图 21：天线在 12 千兆赫频率下的增益模式，从一个倾斜的三维视角展示了模式的扇形。
本文采用开槽矩形波导的理论方法计算辐射效率，该方法不考虑系统失配或其他端口的功率损耗。XFdtd 中计算出了与该理论值相当的值，并标注为独立辐射效率。图 22 显示了论文中的理论辐射效率，以及XFdtd 3D 电磁模拟软件中的独立辐射效率和 XFdtd 系统效率，其中包括失配损耗和第二个波导端口的功率损耗。
图 22：所示为天线的辐射效率。论文 [1] 中的理论结果是针对开槽矩形波导的。XFdtd 的结果是系统效率（包括失配损耗和第二个端口的损耗）和独立效率（仅用于辐射，不包括其他损耗）。
这个例子展示了在开槽基底集成波导上实现的漏波天线的性能。随着频率的增加，天线产生的窄波束可从近宽边扫描到端射。该天线具有较宽的阻抗带宽，效率随工作频率的增加而提高。
参考资料
[1] J. Liu, D. R. Jackson, and Y. Long, "Substrate Integrated Waveguide (SIW) Leaky-Wave Antenna With Transverse Slots,"IEEE Trans.60, no. 1, pp.