球状ボウルとダイポール SAR の検証

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この例は、SAR とインピーダンスの XFdtd 計算のための検証演習として機能し、もともとはソフトウェアのはるかに以前のバージョンを使用して1990年代後半にエリクソンの無線システムの人員によって実行されました [1]。このプロセスは、XF7 と共に繰り返し実行され、XACT の正確なセル技術®の使用を含むいくつかの変更が双極子にメッシュします。

この幾何学的形状は、ボウルの真下に置かれたダイポールアンテナから放射される液体充填球状ボウルと、ボウルの片側へのオフセットから成ります。5mm の中心ダイポール分離 (パラメータ「h」) での構成を図1に示す。シミュレーションは 835 MHz で行われ、ボウルからのダイポールの分離距離が5mm から 50 mm に増加し、SAR とインピーダンスへの影響が観察されます。ダイポールの一端がボウルの直下にあるようにダイポール・オフセットを持つ2次位置もシミュレートされ、図2に示されています。

図 1-ダイポールを中心としたジオメトリの CAD レンダリングと5mm に設定された分離距離。

図 2-右のダイポールオフセットと 25 mm に設定された分離距離を持つジオメトリの CAD レンダリング。

アンテナは、ジオメトリの形状に正確に合致する XACT 機能を使用してメッシュ化されます。ダイポールアーム間のソース励起が強調表示されている図3に、アンテナのフィードの詳細ビューを示します。ジオメトリのベースメッシュサイズは、参照で使用されているサイズと一致する 2.5 mm です。この例では、SAR をより正確に記録するために、セルをボウルの中央に直接配置するようにメッシュを調整します。このメッシュ調整により、ダイポールのフィードがわずかに中心から外れて、インピーダンス結果がわずかに影響を受けるように配置されます。オリジナルの論文では、バランはシミュレーションに含まれていませんでしたが、この例に含まれています。図4にメッシュの断面図を示す。

図 3-XACT メッシュのダイポールのフィード領域の詳細ビュー

図4は、メッシュの断面図である。

ダイポールアームの間に 835 MHz の正弦波信号が適用され、ピークレベルから-40 dB 未満のフィールドエネルギーの変動によって定常状態に達するまでシミュレーションが行われます。シミュレーションは NVIDIA C1060 テスラ GPU カードで実行され、各ダイポールポジションは1分程度かかり、ボウルからのダイポールの分離距離に依存します。リファレンスペーパーで実行された元のシミュレーションは、1990年代の最先端の設備で5時間以上を要したことに注意してください。

シミュレーションの後、ダイポールへの入力電力は、すべての結果に対して1ワットの電力がアンテナに届くように調整されます。ボウルの断面を通って得られた SAR を図5に示し、ダイポールを中心とし、ボウルの底面から5mm の場合について説明します。ボウルの中心に位置する SAR のラインプロットと液体の表面に向かって伸びるものは、測定結果と比較され、良好な一致を示します。図6では、SAR 対距離は、ボウルの下にアンテナを配置した3つのダイポール分離についてプロットされています。

図 5-ダイポールを中心とし、分離距離を5mm に設定した球の断面を通る SAR。

図 6-ダイポールの3つの分離距離に対する球の中心線に沿った距離の関数として測定および模擬 SAR 結果の比較。

SAR は、中央のダイポールケースのためのボウルの基部の上に30ミリメートルと50ミリメートルで水平面にプロットされています。これは、分布と SAR のレベルがレポートの測定データと良好に一致している図7および8に示されています。

図 7-5 ミリメートルの分離距離で中央のダイポールのためのボウルの基部の上30ミリメートルの距離で水平平面内の SAR。

図 8-5 ミリメートルの分離距離で中央のダイポールのためのボウルの基部の上に50ミリメートルの距離で水平平面内の SAR。

インピーダンスは、異なるダイポール位置についてもサンプリングされます。表1に、7つの異なる試験位置についての測定値と比較したダイポールインピーダンスを示す。図9では、ボウルの底面からの分離距離の関数として中心ダイポールのインピーダンスがプロットされています。測定データとの比較は良好である。

表 1-ボウルに対する複数の位置でのダイポールの測定およびシミュレートされたインピーダンスの比較。パラメータ h は、ボウルの底面からの分離距離を表します。中央の位置には、ボウルの下にあるダイポールのフィードポイントがあり、右の位置にはボールの中央に直接ダイポールの一端があります。

図 9-ボールの基部からの分離距離の関数として中心ダイポールの測定およびシミュレートされたインピーダンスの比較。