航空機用円形パッチアンテナのアンテナ結合シミュレーション

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この例では、ボーイング757の側面に取り付けられた4つの円形パッチアンテナ間の結合を解析します。アンテナは 2.4 GHz の周波数で送受信されます。各アンテナ間の結合はユーザー・インタフェースで表示されるか、または v 1.1 試金石ファイルにエクスポートすることができる XGtd の s パラメータ出力を使用して特徴付けられる。

図 1: ボーイング757の形状

 

ボーイング757の形状は、1096面で構成され、完全な電気導体材料特性を割り当てます。図1は、4つのファセットが青色に色分けされた飛行機のジオメトリを示し、アンテナの取り付け場所を識別します。

シミュレーションでは、1つの反射、トランスミッションなし、2つのウェッジ回折、および16面回折を備えたフル3d モデルを使用します。アンテナの動作周波数は 2.4 GHz で、基本的な正弦波オプションを使用してモデル化されています。

内蔵の円形パッチアンテナによって定義される4つのトランシーバ位置のそれぞれのアンテナゲインパターンは、2.2、半径0.0226、高さ 0.0032 m、および 2.4 GHz の周波数の比誘電率を持っています (図 2)。

図 2: 円形パッチアンテナ

 

円形のパッチアンテナは、航空機の胴体の4つの位置に取り付けられています。送受信アンテナの両方として機能するため、トランシーバポイントを使用して便利にモデル化できます。トランシーバは、ジオメトリのあらゆるファセットにマウントされ、ファセットの法線を使用して自動的に方向付けられます。トランシーバポイントは、選択したファセットにグラフィカルに配置するか、トランシーバの [プロパティ] ウィンドウから、正確な座標を入力してトランシーバを見つけることができます。

図3は、3次元アンテナパターンと制御ベクトルが表示された、航空機に配置された4つのパッチアンテナすべてを示しています。

図 3: 757 のトランシーバは、アンテナパターンと制御ベクトルが表示されています。

 

S パラメータ出力には、プロジェクトビューで表示可能な色分け出力 (図 4)、出力ファイルのプロパティウィンドウ (図 5)、または関連付けられた試金石ファイルのエクスポートによって、次の3つの方法でアクセスできます (図 6)。

図 4: プロジェクトビューでのカラーコード化された S パラメータの表示

図 5 S パラメータ S21 –出力ファイルのプロパティウィンドウに表示される数値

 

図 6: 試金石ファイルにエクスポートされた S パラメータ

 

計算からレイパスを表示すると、航空機に搭載されている2つのアンテナ間の結合に関する詳細情報が得られるため、どの構造がカップリングに寄与するかを明らかにすることができます。たとえば、トランシーバ1とトランシーバ2の間の結合の主な2つの要因は、図7に示すように、右エンジンからの散乱と航空機の胴体の表面に沿って移動する忍び寄る波の寄与です。航空機の左側には、トランシーバ3と4のカップリングと同様のパスが存在します。これらの場所の S パラメータを表1に示します。

表 1: 航空機の同じ側にあるトランシーバ間の S パラメータ出力。

図 7: トランシーバ1と2の間のレイパス (S12 および S21)

 

図8に示すように、104.62 db と S41 =-104.61 db を降伏するトランシーバ 1 (右下) と 4 (左下) 間の結合は、主に航空機の底面に沿って忍び寄る波を介しています。

図 8: トランシーバ1と4の間のレイパス (S14 および S41)。

 

同様に、トランシーバ 2 (右上) と 3 (左上) との間のカップリングは、S23 = S32 =-87.45 dB で、図9に示すように航空機の上部を通過する忍び寄る波によるものである。

図 9: トランシーバ2と3の間のレイパス (S23 および S32)。

 

機体の反対側の下部アンテナと上部アンテナの間の結合も、図10に示すように、S パラメータ S13、S31、S24、S42、すべてが約-104.56 dB であるように、忍び寄る波の寄与によるものです。

図 10: トランシーバ1と3の間のレイパス (S13 および S31)