ヴィヴァルディアンテナ

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このヴィヴァルディアンテナの設計は、もともと2000年代初頭のマイクロ波工学ヨーロッパマガジンによるベンチマークシミュレーション問題として提案されました。ここで、従来の例は、TEM ポートと拡張周波数範囲で更新されます。

アンテナ設計はデュロイドの基質を囲む3つの金属の層から成っている釣り合ったヴィヴァルディで、CAD モデルの生成用具を使用して XFdtd の内で完全に造られる。上下のレイヤーは同一で、フィードは中間レイヤーを介して適用されます。構造の金属部分を図1および2に示す。ジオメトリは、X 軸が幅にまたがる間、アンテナの長い次元に沿って Z 軸が走るように方向付けられます。この構造体は、XACT の正確なセルテクノロジ等角メッシュ機能を使用してメッシュ化され、アンテナエッジの曲率を正確にキャプチャします。セルサイズ 0.5 mm のメッシュメタル構造を図3に示します。

図1

ヴィヴァルディの外部導体の CAD ビュー。同一の部品は、基板の上部と下部にあります。

図2

ヴィヴァルディの中心導体の CAD ビュー。

 

図3

0.5 mm の解像度でヴィヴァルディアンテナのメッシュビュー。

 

この例の以前のバージョンでは、コンポーネントフィードがアンテナを励起するために使用される SMA ランチャーを模倣するために追加されました。図4に示すように、ここでは、XF の導波路ポートを使用して、アンテナの入力で TEM 励起を作成します。この追加により、シミュレーションをフィード構造のメッシュ作成によって追加されたエフェクトから独立させることができます。

図4

アンテナのシミュレーションに使用される TEM ポート励磁の詳細図。

 

シミュレーションの最適な解像度を決定するために、メッシュサイズがパラメータ化され、設計の複数のイテレーションが 0.75 mm から 0.125 mm まで計算されます。このスイープのメモリ要件は、75 MB から 1.3 GB までで、NVIDIA Quadro 3000M グラフィックスカードでは、-30 dB の収束レベルまでの実行時間は28秒から約18分の範囲で異なります。0.5 の範囲でのリターンロスの結果のプロットは図5に示されており、0.75 mm の分解能では結果が他のものとは全く異なることがわかる。小さいセルサイズの結果の収束はまだありますが、シミュレーションに必要なメモリと実行時間の要件を考慮する場合、0.5 mm のセルサイズが最良の選択であるように見えます。

図5

4つの異なるセルサイズでのアンテナのリターンロスの比較。

 

2次シミュレーションは 0.5 mm セルサイズで実行され、ファーフィールドゲインパターンやニアフィールド分布イメージを含むより多くの出力データを保存します。このシミュレーションでは、125 MB のメモリを使用し、NVIDIA Quadro 3000M カードで約2分で動作します。

まず、10 GHz での遠方界総利得は図6に示すように3次元でプロットされ、ここでは約 5 dBi の最大利得が白矢印で示され、角度参照θとφは青と赤の矢印で示される。図7のラインプロットにおいてφ = 0 度 (アンテナの平面) 方向のパターンを 10 GHz で示し、φ = 90 度 (アンテナの平面に直交) のものを図8に示します。

図6

白色矢印で示される最大方向と、角度参照が青 (θ) と赤 (φ) の矢印で示された、10 GHz のアンテナの3次元遠方界利得パターン。

図7

10 GHz でのφ = 0 平面 (アンテナの E 面/平面) のゲインの極プロット。

 

図8

10 GHz でのφ = 90 平面 (アンテナに垂直な H 面) のゲインの極プロット。

 

図9および10では、定常電流分布が 10 GHz の上部および中心導体に示されています。図11〜15は、初期パルスが入射してからの5段階の時間でアンテナの中心における過渡電界の伝搬を示す アンテナの端から放射するフィールドに送ります。

図9

10 GHz のアンテナの外側の要素の定常状態の伝導電流。

図10

10 GHz のアンテナの外側の要素の定常状態の伝導電流。

 

図11

0.314 ns におけるアンテナ中心の過渡電界分布

図12

0.419 ns におけるアンテナ中心の過渡電界分布

 

図13

0.524 ns におけるアンテナ中心の過渡電界分布

図14

0.628 ns におけるアンテナ中心の過渡電界分布

 

図15

0.733 ns におけるアンテナ中心の過渡電界分布