Шишаков К.В. (ред.). Моделирование антенн и элементов тракта - Учебно-методическое пособие для выполнения курсовых и самостоятельных работ
Подождите немного. Документ загружается.
61
7. Задание частотного диапазона.
Для задания частотного диапазона нажимаем Solve>Frequency.
Появится диалог Frequency Range Setting. Установим Fmin=9 ГГц, Fmax=
11 ГГц.
8. Условия границы.
Выбираем Solve>Boundary Conditions.
Будем производить вычисления антенны для свободного пространства,
поэтому вкладку Boundaries (границы) оставляем без изменений. Во
вкладке Symmetry planes (границы симметрии) выбираем YZ plane как
magnetic (Ht=0), XZ plane как electric (Et=0).
9. Определение монитора.
Выбираем Solve >Monitors. Появится диалог Monitors.
Установим Frequency=10 ГГц. В Type выбираем Farfield/RCS,
нажимаем Apply, в Type выбираем E-Field, нажимаем Apply, в Type
выбираем H-Field/Surface current, нажимаем Apply.
10. Выбор параметров решающего устройства.
Выбираем Solve>Transient Solver. Появится диалог Solver Parameters.
Нажимаем Start.
11. Просмотр S-параметров.
Чтобы посмотреть S-параметры, откроем папку 1D Results>/ S/ dB
дереве навигации. Появится график, который изображен на рис. 8.
Рис. 8. S-параметр.
12. Просмотр сигналов порта.
Чтобы посмотреть сигналы порта, откроем папку 1D Results>Port
signals в дереве навигации. Появится график, который изображен на рис. 9.
62
Рис. 9. Сигнал порта.
Этот график показывает отклонение амплитуды в порту по времени.
i1 - это смежная амплитуда, о1;1 - отраженная.
13. Просмотр диаграммы направленности.
Чтобы просмотреть ДН (рис. 10), нажимаем Farfields>farfield (f= f
0
) в
дереве навигации.
Рис. 10. Объёмная ДН зеркальной антенны.
63
Чтобы посмотреть полярную ДН (рис. 11), нажимаем Results>Plot
Properties. Выбираем Plot type как Polar.
Рис. 11. Полярная ДН зеркальной антенны.
14. Просмотр КСВ.
Чтобы посмотреть КСВ антенны (рис. 12), нажимаем
Results>Template Based Postprocessing. Во вкладке 1D Results выбираем
VSWR и жмём Evaluate. КСВ находится в папке Tables>1D Results>
VSWR.
Рис. 12. КСВ антенны.
15. Сохранение проекта.
Для сохранения Проекта на диске, из меню File (Файл) выбирем Save
(Сохранить) или Save As (Сохранить как). Далее задаем имя проекта и место
сохранения.
64
7. Моделирование микрополосковых антенн
в п/п Microwave Office (модуль ЕМSight)
Задание: Исследовать микрополосковую антенну с характеристиками:
центральная частота f
0
; полоса исследуемых частот: f
1
– f
2
.
Выполнение работы.
1. Структура микрополосковой антенны.
Длину микрополоскового резонатора можно рассчитать по
формуле:
rr
ГГцf
c
mml
εε
λ
)(22
)(
0
0
==
, где
0
λ
- длина волны;
r
ε
- диэлектрическая
проницаемость микрополоска (
r
ε
=2,2); с - скорость света;
0
f
- частота.
Ширину микрополоскового резонатора выбирем:
12,1
l
w=
.
Рис. 1. Рис.2.
Структура микрополосковой антенны показана на рис.1, где 1 -
микрополосковые резонаторы; 2 - перемычка-порт.
2. Открытие программы.
Для начала проектирования необходимо открыть программу, т.е.
запустить файл real_MWOffice.exe. После чего откроется программа.
3. Создание EM структуры
Для создание нового проекта выполните следующие операции:
4. Выберите File > New Project.
5. Выберите File > Save Project As. Появится диалог Save As.
6. Напечатайте имя проекта (например, «Antenna»), и нажмите Save.
Создание новой EM структуры:
65
1. Выберите Project >Add EM Structure > New EM Structure
2. Напечатайте «Antenna» и нажмите OK. В рабочем окне MWO
появляется окно EM структуры.
4. Задание корпуса
Корпус задает материал для всех слоев в EM структуре, устанавливает
граничные условия и определяет общий размер структуры и минимальные
единицы сетки разбиения которые будут использоваться для спецификации
материала проводников в структуре.
Чтобы задать корпус:
1. Нажмите два раза на Enclosure (замыкающий корпус) под Antenna
(под EM Structure) в дереве проекта. Появляется диалог информации о
подложке (рис.2; задание размеров корпуса и сетки деления по
координатам).
2. Выберите Metric в качестве единиц Units, и затем прокрутите
стрелку и выберите cm.
3. В Box Dimensions (размеры корпуса), впечатайте «22.48» как
X_Dimension (размер по оси Х), напечатайте «64» в X-Division (количество
разбиений по оси Х), напечатайте «25.2» как Y-Dimension, и «64» как Y-
Division.
Диэлектрические слои устанавливаются в закладке Dielectric Layers.
Корпус содержит минимум два диэлектрических слоя, в данном случае их
четыре. Самый верхний диэлектрический слой – Layer 1. Часто верхний слой
задается как воздушный слой, хотя это необязательно. К параметрам
диэлектрических слоев относятся его толщина (Thickness), относительная
диэлектрическая проницаемость (ε
r
), тангенс диэлектрических потерь (Loss
Tangent).
Для определения диэлектрических слоев:
4. Откройте закладку Dielectric Layers в диалоге Substrate Information
(рис.3)
5. Выберите Layer 1 в разделе Dielectric Layer Parameters.
Напечатайте «1» в боксе редактирования (внизу диалога) в колонке
Thickness и напечатайте «1» в боксе редактирования внизу колонки «er» и
«5» в блоке ниже в колонке View Scale (это расширяет 3D вид для слоя в
пять раз по сравнению с его нормальной толщиной). В других колонках
напечатайте «0».
6. Выберите Layer 2 в разделе Dielectric Layer Parameters.
Напечатайте «0.159» в колонке Thickness (рис.3) и напечатайте «2.2» в боксе
редактирования внизу колонки «er». Напечатайте «5» в блоке ниже в
колонке View Scale. В других колонках напечатайте «0».
7. Чтобы добавить слой нажмите Add Above. Выберите Layer 3 в
разделе Dielectric Layer Parameters. Напечатайте «0.144» в колонке
Thickness (рис.3) и напечатайте «1.06» в боксе редактирования внизу
колонки «er». Напечатайте «5» в блоке ниже в колонке View Scale. В других
колонках напечатайте «0».
8. Выберите Layer 4 в разделе Dielectric Layer Parameters.
Напечатайте «0.159» в колонке Thickness (рис.3; задание параметров
66
диэлектрических слоев) и напечатайте «2.2» в боксе редактирования внизу
колонки «er». Напечатайте «10» в блоке ниже в колонке View Scale. В
других колонках напечатайте «0».
Рис. 3. Рис.4.
9. Для определения граничных условий перейдите на вкладку
Boundaries (Границы) в диалоговом окне Substrate Information (рис. 4;
вкладка "Граничные условия"), просмотрите ее внимательно, обратите
внимание на четыре варианта граничных условий, как на верхнем (Enclose
Top), так и на нижнем слое (Enclose Bottom). В разделе Enclose Top
выберете Approximate open (377 Ohms). В разделе Enclose Bottom выберете
Perfect conductor. После этого нажмите OK.
5. Добавление проводников к топологии.
Вы можете использовать EM моделятор MWO для рисования
физической структуры. Также можно импортировать структуру
непосредственно из топологического редактора AWR или импортировать
формы из файлов AutoCAD, DXF, GDSII или Sonnet GEO. В данном примере
вы нарисуете физическую топологию используя моделятор EM.
1. Выберете вкладку Layer 2 в окне Antenna (в левом нижнем углу).
Выберите Draw > Add Rect Conductor для добавления прямоугольного
проводника.
2. Сдвиньте курсор в окно Antenna и нажмите клавишу Tab. Появится
окно диалога ввода координат Enter Coordinates (рис. 5; начало рисования
топологии с помощью ввода координат).
3. Напечатайте «0» в качестве величин x и «0» как величины y, и
кликните OK.
4. Нажмите клавишу Tab снова, чтобы увидеть диалог Enter
Coordinates. Отметьте Re и напечатайте «w» как величину dx, и «l» как
67
величину dy, и затем кликните OK (не забудьте перевести миллиметры в
сантиметры). Прямоугольный проводник будет иметь вид как на рис. 6
(нарисованная форма проводника).
Чтобы сдвинуть прямоугольник к центру:
5. Кликните на прямоугольник. Появятся квадратики по углам
прямоугольника.
6. Передвиньте выбранный проводник к центру, как показано на рис. 7
(проводник, сдвинутый к центру). Совет: используйте кнопку Ruler на
инструментальной линейке для измерения размеров проводника, и размеров
структуры EM-топологии.
Рис.5. Рис.6. Рис.7.
Рис.8. Рис.9. Рис.10.
Чтобы нарисовать второй прямоугольный проводник:
7. Выберете вкладку Layer 4 в окне Antenna (в левом нижнем углу).
Выберите Draw > Add Rect Conductor для добавления прямоугольного
проводника.
68
8. Сдвиньте курсор в окно Antenna и нажмите клавишу Tab. Появится
окно диалога ввода координат Enter Coordinates (рис. 8; начало рисования
топологии с помощью ввода координат).
9. Напечатайте «0» в качестве величин x и «0» как величины y, и
кликните OK.
10. Нажмите клавишу Tab снова, чтобы увидеть диалог Enter
Coordinates. Отметьте Re и напечатайте «w» как величину dx, и «l» как
величину dy, и затем кликните OK. Прямоугольный проводник будет иметь
вид как на рис. 9 (нарисованная форма второго проводника).
Чтобы сдвинуть прямоугольник к центру:
11. Кликните на прямоугольник. Появятся квадратики по углам
прямоугольника.
12. Передвиньте выбранный проводник к центру, как показано на рис.
10 (второй проводник, сдвинутый к центру). Чтобы он совпал с пунктирной
линией первого проводника.
6. Добавление портовой перемычки.
Перемычки-порты подобны портам на краю, в которых они связаны с
границей EM корпуса. Перемычки-порты используются, чтобы соединить
дно корпуса и EM структуру. Эти перемычки-порты используются для
создания зонда возбуждения, как показано, например, для микрополосковой
антенны на рис. 11 (установка перемычки на углу плоскости).
Рис.11. Рис.12.
Чтобы добавить перемычку-порт:
1. Выберете вкладку Layer 4 в окне Antenna.
2. Увеличьте правый нижний угол прямоугольника.
3. Выберите Draw > Add Via Port.
Разместите курсор в правом нижнем углу прямоугольника, и нажмите левую
кнопку мыши, для размещения портовой перемычки. Размеры портовой
перемычки одна клетка, как показано на рис. 12 (установка перемычки на
углу плоскости).
7. Просмотр трехмерного изображения
EM моделятор выводит двухмерный и трехмерный виды. Чтобы создать
3D вид:
69
1. Выберите View > 3D View. Появится окно, содержащее трехмерный
вид конструкции.
2. Выберите Window >Tile Vertical. Окна располагаются рядом
(рис.13).
Заметим, что чтобы изменить вид 3D структуры, кликните правой
кнопкой мыши в 3D окне, затем выберите Zoom Window, Zoom Out, или
View All.
Чтобы вращать 3D структуру, кликните на ней и удерживая кнопку
мыши, вращайте.
Рис. 13. Трехмерный и двухмерный вид части микрополосковой антенны.
8. Задание частот моделирования
Для задания частоты моделирования:
1. В дереве проекта кликните правой кнопкой на Antenna под EM
Structure и выберите Options. Появляется диалог Options.
2. Выберите закладку Antenna.
3. Деселектируйте опцию Use Project Frequency для задания установки
глобальных частот поверх установки глобальных частот проекта.
4.Убедитесь, что установлены GHz в Data Entry Units. Вы можете
задать глобальные частоты моделирования (выбором Options > Project
Options и выбирая закладку Frequency Values) или локально используя эти
шаги. Лучше использовать установки локальных частот для EM структур,
как вы обычно хотите для свипирования EM структур для нескольких
частотных точек которые моделируются с линейными схемами.
5.Введите Start = (f
1
) и Stop= (f
2
), и «0.1» в Step.
6.Кликните Apply и затем OK. Окно Current Range показывает
диапазон частот и шаги, которые вы специфицировали.
70
9. Запуск моделирования
EM моделятор очень быстро решает небольшие задачи. Чтобы найти
резонансную частоту микрополосковой антенны, запустим моделирование.
1. Дважды нажмите Information под Antenna (под EM Structure).
Появляется диалог EM Solver Information для оценки времени
моделирования данной структуры.
2. Нажмите OK для закрытия этого диалога.
3. Выберите Simulate > Analyze. Индикатор процесса расчета
показывает частоты, на которых выполняется решение пошагово и процесс
решения электромагнитного моделятора.
Совет: если величина требуемой памяти для решения данной задачи
больше, чем имеющаяся память, попробуйте переопределить задачу так,
чтобы она запускалась с имеющейся памятью компьютера.
10. Вывод частотной характеристики.
Для определения резонансной частоты вы можете вывести вносимые
потери структуры. Чтобы показать характеристику на графике:
1. Выберите Project > Add Graph. Появляется диалог Create Graph.
2. Выберите Rectangular как Graph Type и кликните OK.
3. Кликните на Graph 1 правой кнопкой мыши.
4. Выберите Project > Add Measurement. Появляется диалог Add
Measurement.
5. Выберите S как характеристику, выберите Antenna как Data Source
Name, выберите DB в разделе Result Type, кликните ADD и затем OK.
6. Выберите Simulate > Analyze. Характеристика будет показана на
графике рис. 14 (частотная характеристика).
Рис.14. Рис.15.
Для определения более точной характеристики резонансной частоты,
вы можете изменить частотный диапазон и шаг частоты моделирования.