模擬實例:圓極化平板天線模擬01

 

在接下來的兩期中我們將介紹一款圓極化Patch天線的模擬實例。

大家可以完整的瞭解到怎麼用CST微波工作室,完成對一款天線建模、設置到模擬分析的完整過程。本案例最終完成的圓極化平板天線

 

本案例分為兩期介紹,第一期先完成一個簡單的平板天線的模擬工作流程,後面一期再進一步介紹如何進行網格設置,參數掃描,結果分析設置等,最終完成一款圓極化天線的設計。我們先來進行第一部分的工作。

 

工作流程Workflow

 

Step1 選擇一個模版

 

本案例中,在軟體初始介面裡選擇平面天線的範本,並按下圖設置單位、頻率範圍、監視器。

因為選擇了平板天線的範本,所以模擬的邊界背景材料(Background Materials) 設置成了真空(Vacuum) ,邊界條件(Boundaries) 已經自動設置成了(Open add space) 。使用範本有很多好處,可以避免很多簡單的錯誤。特別是網格,也都根據使用者所選擇的範本進行了自動設置。這邊我們先保存檔為patch01。

 

Step2 創建模擬結構模型

 

 

在本案例中,我們先完成一個線極化的天線建模,天線結構非常簡單,一個金屬地板,一個金屬平板,以及一個饋線。金屬地板與天線輻射面間距10mm,天線工作在1.09GHz。點擊在Modeling選項卡中的Brick,創建金屬地板,如下圖所示:

 

這裡金屬地板選擇Material為材料庫裡的Copper(Pure),地板大小為300mm*300mm,厚度1mm,命名為GND。

在建模天線輻射板前,先將輻射金屬板的長寬設為參數,l=120mm,w=100mm。後面天線模擬調優需要用到這兩個參數,所以先進行參數化設定,如下圖所示:

 

再創建一個金屬銅片作為天線的輻射Patch,設置如下圖所示:

 

同樣,將金屬饋電的位置設置為參數,feed_x=45;feed_y=0,饋電位置也需要調試,所以也先設置成參數,如下圖:

 

創建金屬饋線feed,半徑0.45mm,長度8mm,設置如下圖所示:

 

到這裡,簡單的天線模型就建完了,如下圖所示:

Step3 設置激勵

 

在本案例中,我們在天線金屬饋線和金屬地之間增加了離散埠,如下圖:

 

Step4 運行模擬時域求解器

 

這裡我們選擇CST的時域求解器對改天線模型進行模擬,點擊紅色的T圖示,如下圖所示:

這裡都採用默認設置,點擊Start開始模擬。後面的內容我們會介紹一點該介面下的一些設置。

 

Step5 分析結果

 

這裡我們看一下這個案例天線的S11,點擊介面導航樹下的1D Results下的S-Parameters,如下圖所示:

 

點擊介面導航樹下的farfiled,觀察遠場方向圖,如下圖圖所示:

透過分析結果發現,天線諧振在1.1GHz左右,天線的方向性係數9.9dBi。

 

小結

到這裡一個平板天線最簡化的建模仿真流程就完成了。僅僅透過五個步驟,就可以最簡單的完成一個天線的建模到模擬出結果。因為想把這個案例作為建模仿真的基礎部分,所以很多內容都沒有展開介紹,後面對一些細節處理的技術和技巧都會先引用這篇內容的操作進行詳細介紹。

本模擬案例是面對比較入門的用戶設計的。在本案例中監視器觀察頻率,單位都在範本(tamplate)中完成了設置,由於選擇了平板天線的範本,所以不需要邊界條件、背景材料等專案進行設置。

 

《本案例中的天線選自Prof. Dr.-Ing.R. Wendel的論文。》

 

關於達梭系統

作為一家為全球客戶提供3DEXPERIENCE解決方案的領導者,達梭系統為企業和客戶提供虛擬空間以類比可持續創新。其全球領先的解決方案改變了產品在設計、生產和技術支援上的方式。達梭系統的協作解決方案更是推動了社會創新,擴大了透過虛擬世界來改善真實世界的可能性。達梭系統為140多個國家超過22萬個不同行業、不同規模的客戶帶來價值。