Matlab和HFSS联合仿真设计及分析偶极子天线

发布时间:2022-09-25 12:49:58 来源:乐鱼体育APP下载 作者:乐鱼体育在线入口589次
  Matlab和HFSS相结合设计分析天线,不仅发挥了matlab强大的数据分析功能,同时还是实现

  Matlab和HFSS相结合设计分析天线,不仅发挥了matlab强大的数据分析功能,同时还是实现天线设计的自动化。这对于复杂的阵列天线而言无疑是一个十分有用的功能。通过两者相结合组成的设计框架,实现了自动化的建模,降低了软件使用的难度,同时增强了两者的耦合度与集成度,提升天线工程师的设计效率。

  智能天线所示,可以跟踪目标调整天线的辐射方向图。图中的天线可以是多个偶极子天线组成的阵列,通过一定的相位差合成一个窄波束的方向图。

  磁偶极子是为了类比电偶极子而假想的概念模型,通常将磁偶极子模型等效为一个极小型的载有电流的圆环。假设xoy平面上一小圆环的半径为a,其远小于波长,如图4所示,使用矢位法分析该天线的电场强度和磁场强度。

  半波长偶极天线 宽带电磁偶极子天线年Calvin提出了磁电偶极子天线,下面将以一种宽带电磁偶极子天线为例,说明其工作原理。该天线主要由E形贴片和折叠垂直短路贴片组成。E 形电偶极子贴片一般具有多个相邻的谐振频点,从而实现了扩宽工作频带;折叠垂直短路贴片与其之间的地板可以等效为磁偶极子。下图是该天线的表面电流分布图。

  上图为该宽带天线在同一周期内不同时刻的表面电流分布,当t=T/2时,电偶极子处于工作的状态,天线的电流大部分都存在于E贴片上,折叠垂直端路贴片上只有很少的电流;而在t=T/4时,E形贴片上的电流很少,折叠垂直短路贴片上的表面电流增大,此时天线处于磁偶极子工作状态。可见,其电偶极子和磁偶极子有效结合在一起,就可以在远场实现良好的互补型辐射方向图,这也是电磁偶极子天线的基本理论依据。

  图6. 电磁偶极子辐射特性两者的远场辐射方向图存在互补的关系。通常情况下,电磁偶极子天线由正交放置且同时激励的电偶极子和磁偶极子组成,电偶极子在 E 面的方向图是平 8 字,对于磁偶极子,其是 O 字形状;在 H 面电偶极子的方向图是 O 字形状,而对于磁偶极子,其是平 8 字形状。将电偶极子和磁偶极子采用恰当的方式结合在一起,就可以在 E 面和 H 面获得相似的心形辐射方向图,电偶极子和磁偶极子在 E 面和 H 面叠加后的辐射方向图具有良好的相似性,更为关键的是,得到的辐射方向图后瓣都很小。

  这里在工作频段内计算了3个频点,依次按照[λ/4,2λ]范围调整空气盒子的大小,对比天线参数的仿真计算结果,如下图所示,可见随着空气盒子的尺寸大于天线中心频率的一个波长时,此时的仿真结果的差异逐渐减少。由此可得出以下结论:当天线空气盒子的尺寸设置大于λ时,天线仿真的结果差异性较小;当天线空气盒子的尺寸小于λ/4时,此时的天线计算结果取决于空气盒子的尺寸。

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