キャビティ支持スロット/ストリップループアンテナ

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この例では、キャビティ付きスロット/ストリップアンテナは、XACT メッシュ機能を使用して XFdtd でシミュレートされています。戻り損失、軸比、およびゲインのシミュレーション結果は、測定結果と比較されます。アンテナの設計と測定結果は [1] から取得されます。

図1に、アンテナ構造の CAD 表現を示します。キャビティは完全に伝導の壁が付いている空気満ちている。スロットと接地面も完全に導通しています。スロットの下には非常に薄い誘電体基板があり、それ以外の場合はかなり単純な形状に挑戦的な側面を追加します。標準の staircased メッシュでは、誘電層の厚さをいくつかの FDTD セルで定義する必要があります。これには、非常に小さなメッシュサイズを使用するか、または変数グリッディングなどの他の手法を使う必要があります。XACT では、メッシュサイズを大きくすることができますが、異なるフィーチャを持つジオメトリの各レイヤが定義されていることを確認することが重要です。このジオメトリでは、各平面が確実に定義されるように、固定ポイントがスロットの Z 平面とフィードスタブ (基板の上部と下部) に追加されます。ベースセルサイズは、より大きな 0.8 mm 立方体として選択され、比が小さいほど Z 厚を定義することができます。シミュレーション結果を支援するために、誘電体基板の外面は、自由空間と完全な誘電率の中間の誘電率を持つ薄い平均化層で覆われています。また、フィードラインとキャビティウォールの間に正しく接続されていることを確認するために、フィードのエンドポイントに固定ポイントが追加されます。図2に、アンテナの最上層の図を示し、フィード構造を示します。

図1

キャビティ支持アンテナの CAD 表現。白い材料は金属層を表し、緑の色はスロットの下の誘電体基板です。

図2

スロットの平面内のアンテナの XFdtd 7 メッシュの2次元カット。表示されるのは、CAD モデルのエッジに完全に適合する XACT 調整済みのセルです。

図3

フィードラインの2次元ビューには、マイクロストリップラインのサブセルラーサイズと、シェイプを正確に定義するために使用する XACT マッピングが表示されます。

シミュレーションの対象となる周波数範囲は、4 ~ 8 GHz で定義されています。これにより、この対象範囲をカバーするように波形が自動的に調整されます。実際のアンテナの励磁は、キャビティ側面に接続された同軸線路によって提供されるもので、誘電体層の底部にマイクロストリップラインを供給します。ポートは、マイクロストリップラインとキャビティウォールの間で定義されるフィード位置で定義され、実際のアンテナの同軸送りと同様です。ニアゾーンフィールドは、S パラメータの結果を計算するために、この場所に保存されます。さらに、far ゾーンセンサは、アンテナの真上の周波数の関数としての軸比とゲイン、およびアンテナの中心を通る2つの主平面のゲインを保存するように定義されています。 アンテナシミュレーション は、4つの NVidia Telsa C870 gpu カードの gpu クラスタで実行され、23分かかります。0.8 mm のベースセルサイズでは、プロジェクトは611000セルと 63 MB のメモリを必要としました。フィードでのリターンロスの S パラメータ結果は、用紙に定義されている測定結果とよく比較します (図 4)。また、軸比および利得結果対周波数は、測定結果と比較した場合にも良好な一致を示す (図5および 6)。2つの主平面の円偏波利得は、図7-10 の2つの異なる周波数についてプロットされます。結果は、論文に記載されているものと同様である。

図4

XFdtd7 からのシミュレートされたリターンロスは、測定データとよく一致します。

図5

シミュレーションと測定データからの軸比は、対象となる周波数範囲にわたって同様の結果を示します。

 

図6

アンテナ面の真上の地点でのシミュレーションアンテナのゲインは、測定結果とよく一致します。

図7

ここで、右と左の円偏波ゲインは、5.7 GHz でφ = 0 の平面 (アンテナの幅の狭い方) にプロットされます。

 

図8

ここで、右と左の円偏波ゲインは、5.7 GHz でφ = 90 の平面 (アンテナのより長い寸法に沿って) にプロットされます。

図9

ここで、右と左の円偏波ゲインは、6.7 GHz でφ = 0 の平面 (アンテナの幅の狭い方) にプロットされます。

 

図10

ここで、右と左の円偏波ゲインは、6.7 GHz でφ = 90 の平面 (アンテナのより長い寸法に沿って) にプロットされます。

 

参照

  1. 李 Traille、Papapolymerou、見る、m. Tentzeris、「単純な給電構造を有する空洞型広帯域円偏波スロット/ストリップループアンテナの開発」、(2) 「単送」、「 IEEE トランスアンテナ Propag56、第2号、2008、312-318。