螺旋天線由于具有體積小,定向型高的特點,,在電話,、電視和數(shù)據(jù)空間通信中廣為應(yīng)用。
但是,,目前的仿真技術(shù)對螺旋天線的仿真存在一定的困難,。采用有限元法(FEM)的仿真軟件,如安捷倫的EMDS,,對于螺旋天線的網(wǎng)格剖分存在網(wǎng)格數(shù)量過多,,導(dǎo)致超出內(nèi)存限制的問題。對于螺旋天線陣列的仿真,,更是心有余而力不足,。
安捷倫使用有限時域差分算法(FDTD)的AMDS(Antenna Modeling Design System)則可以利用自適應(yīng)網(wǎng)格剖分來對螺旋天線及其陣列進(jìn)行寬帶頻響仿真。在使用硬件加速卡之后,更可以提高仿真速度10至20倍,。
在AMDS中,,可以快速的對螺旋天線進(jìn)行建模。
首先對螺旋天線模型進(jìn)行寬帶掃頻,,觀察其反射比較好的頻率范圍:(見圖1)
首先對螺旋天線模型進(jìn)行寬帶掃頻觀察其反射比較好的頻率范圍見圖1
如對于此螺旋天線,在18.5GHz附件反射系數(shù)低于-20dB,,即此天線完全可以在18.5GHz使用,。
利用惠普的Compaq nc8230筆記本計算機(Pentium CPU 2.0GHz,1.5GB內(nèi)存)進(jìn)行寬帶仿真,,耗時11分10秒:(見圖2)
利用惠普的Compaq nc8230筆記本計算機進(jìn)行寬帶仿真耗時11分10秒見圖2
在18.5GHz處進(jìn)行單頻點計算,,可以觀察單個螺旋天線的遠(yuǎn)場輻射圖、電場分布,、端口特性等參數(shù),,便于工程師對設(shè)計進(jìn)行修正。
單個螺旋天線的三維遠(yuǎn)場輻射圖及固定Theta=0,,Phi從0至360掃頻結(jié)果如下所示:(見圖3)
單個螺旋天線YZ截面的電場分布圖如下圖所示:
對單個螺旋天線的端口進(jìn)行分析,,可知其VSWR為1.31,阻抗為63.4-j*6.6,。
再進(jìn)行更為復(fù)雜的2×2螺旋天線陣列仿真,。
將原有的單個螺旋天線模型進(jìn)行復(fù)制、粘貼等命令,,并修改反射接地面,,得到下圖所示的螺旋天線陣列圖:(見圖4)
單個螺旋天線YZ截面的電場分布圖如下圖所示
可以觀察網(wǎng)格劃分以后的螺旋線性陣列。用微小的正方體完全可以表征螺旋的物理特性,,這便是得到精確仿真結(jié)果最起碼的要求,。
耗時97分鐘后可以得到螺旋天線陣列的單頻點特性
耗時97分鐘后,可以得到螺旋天線陣列的單頻點特性,。
下圖為螺旋天線陣列的三維遠(yuǎn)場輻射圖及Theta=0,,Phi從0至360掃頻結(jié)果:(見圖5)
螺旋天線陣列的三維遠(yuǎn)場輻射圖及Theta=0 Phi從0至360掃頻結(jié)果見圖5
可見,相對于單個螺旋天線,,天線陣列的方向性更好,,但由于饋電位置不太正確,導(dǎo)致陣列的最大輻射方向不在其法向中心,。
螺旋天線陣列仿真的例子可以說明:安捷倫三維全波電磁場仿真工具AMDS可以幫助工程師進(jìn)行復(fù)雜的天線陣列的建模,、仿真,并得到多種參數(shù)供工程師進(jìn)行分析,。