微带贴片天线相控阵
辐射特性仿真与分析
本案例采用EastWave天线阵计算模式,仿真目标为微带贴片天线阵列,微带贴片天线由辐射元、介质层和参考地三部分组成,利用集总端口对贴片进行馈电。贴片天线的中心频率为2.5GHz,工作频段为2.4-2.6GHz,微带贴片阵列的大小为11x5,分析该天线阵列在不同频点的不同辐射角度下的辐射特性。本案例主要仿真分析天线阵的辐射特性即需要计算远区辐射方向图,所以采用开放边界。
天线是一种用于发射和接收电磁波的设备,在实际应用中,单一的天线通常有方向性不强,增益不高的缺点,例如,雷达天线一般要求较强的方向性、较高的增益、很窄的波束宽度、波束可以实现扫描等一些特殊指标,单个天线往往不能满足预定的指标,而天线阵的应用满足了特定的工作环境、工作任务或者提供工作性能的要求。下面主要介绍一下天线阵的一些基本概念:
相控阵天线
由多个在平面或任意曲面上按一定规律布置的天线单元和信号功率分配/相移网络所组成。通过改变天线单元之间的相位和幅度关系,快速改变天线波束的指向和形状。
端射阵
指方向图主瓣最大指向在阵轴方向的阵列。
侧射阵
指方向图主瓣最大指向与阵轴垂直的阵列。
扫描阵
指方向图主瓣最大指向随单元间相位差的变化而变化的阵列。
定义常用变量 → 新建材料 → 新建模型
天线阵计算模式中,需要自己设置激励源。本案例在微带贴片和金属地板之间加入导线馈接电压源,使用集总端口激励源。
阵列命名为“Patch-Antenna-Array”,类型为简单阵列。单元元件:Patch-Antenna在X正负方向各扩展5个单元,Y正负方向各扩展2个单元,创建XY平面内的11×5阵列。
阵列参数设置
因为计算模式里面要用到激励源,而激励源是在建立完天线之后才添加的,所以必须在计算模式里面添加相应的激励源才能正确计算 。
修改计算模式
设置网格类型:非均匀网格,非均匀网格下设定物体区域和远离物体区域(可以认为是计算区域边界处)的单波长网格数,近区:30;远区:20;最大最小网格比:10
网格剖分显示
不同截面网格显示
在仿真计算的过程中,可以链接实时场,观察电磁波的动态过程。
实时场观察
工程师可以双击“Farfields”查看远场方向图。选择“Antenna Array Directivity”,频率里面选择需要查看的频点,修改发射角,工程师可以查看不同频率的远场方向图。下图显示出射方向为15度情况下,方位角Phi=0度,俯仰角度Theta=-180:1:180度范围内,f=2.5GHz二维远场方向图。
修改记录项,选择3D_item,可以查看发射角为15度的3D方向图。下图显示f=2.5GHz的3D远场方向图。
双击“Ports”,工程师可以查看端口信息。选择“Active-S”,可以查看不同端口的有源S参数。