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応用例

航空機用円形パッチアンテナの結合シミュレーション

プロジェクトファイルのリクエスト

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。アンテナは周波数2.4 GHzで送受信します。各アンテナ間の結合は、XGtd の S-Parameter 出力を使用して特性評価されており、ユーザーインターフェースに表示したり、v1.1 Touchstone ファイルにエクスポートしたりすることができます。

ボーイング 757 のジオメトリは 1,096 面で構成され、完全導電体の材料特性が割り当てられています。図1は、アンテナの取り付け位置を示すために4つの面を青で着色した航空機の形状を示しています。

図1:ボーイング757の形状。

図1:ボーイング757の形状。

シミュレーションにはフル3Dモデルを使用し、反射1回、送信なし、ウェッジ回折2回、表面回折16回。アンテナの動作周波数は2.4GHzで、基本正弦波オプションを使用してモデル化。

内蔵の円形パッチアンテナで定義された4つのトランシーバー位置の各アンテナ利得パターンは、比誘電率2.2、半径0.0226 m、高さ0.0032 m、周波数2.4 GHzである(図2)。

図2:円形パッチアンテナ。

図2:円形パッチアンテナ。

円形パッチアンテナは、航空機の胴体の4箇所に取り付けられている。これらは送信アンテナとしても受信アンテナとしても機能するため、トランシーバーポイントを使用してモデリングするのが便利です。トランシーバーはジオメトリの任意のファセットに取り付けられ、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。トランシーバーポイントは、選択したファセット上にグラフィカルに配置することも、トランシーバー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ーを配置することもできます。

図3は、航空機に設置された4つのパッチアンテナすべてを示しており、3Dアンテナパターンと制御ベクトルが見えるようになっている。

図3:アンテナパターンと制御ベクトルが見える757のトランシーバー。

図3:アンテナパターンと制御ベクトルが見える757のトランシーバー。

Sパラメータ出力は、プロジェクトビューで表示可能な色分けされた出力(図4)、出力ファイルのプロパティウィンドウによる数値出力(図5)、関連するTouchstoneファイルのエクスポート(図6)の3つの方法でアクセスできます。

図4:プロジェクト・ビューでの色分けされたSパラメータ表示。

図4:プロジェクト・ビューでの色分けされたSパラメータ表示。

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:TouchstoneファイルにエクスポートされたSパラメータ。

図6:TouchstoneファイルにエクスポートされたSパラメータ。

計算から得られた光線経路を表示すると、航空機に搭載された任意の2つのアンテナ間の結合に関する詳細な情報が得られ、どのような構造が結合に寄与しているかを明らかにすることができます。例えば、図7に示すように、トランシーバー1とトランシーバー2間の結合に寄与する2つの主な要因は、右側のエンジンからの散乱と、航空機の胴体表面に沿って伝わるクリープ波の寄与です。航空機の左側にも同様の経路が存在し、トランシーバー3と4を結合しています。これらの位置のSパラメータを表1に示す:

表1:航空機の同じ側にあるトランシーバー間のSパラメータ出力。

表1:航空機の同じ側にあるトランシーバー間のSパラメータ出力。

図7:トランシーバー1と2の間の光線路(S12とS21)。

図7:トランシーバー1と2の間の光線路(S12とS21)。

トランシーバー1(右下)とトランシーバー4(左下)間の結合は、S14=-104.62 dBとS41=-104.61 dBとなり、図8に示すように、主に機体底部に沿ったクリープ波を経由している。


図8:トランシーバー1と4間の光線路(S14とS41)。

図8:トランシーバー1と4間の光線路(S14とS41)。

同様に、トランシーバー2(右上)とトランシーバー3(左上)間の結合は、S23 = S32 =-87.45 dBであり、図9に示すように、航空機の上部を伝わるクリープ波によるものである。

図9:トランシーバー2と3間の光線路(S23とS32)。

図9:トランシーバー2と3間の光線路(S23とS32)。

航空機の反対側にある下部アンテナと上部アンテナの間の結合もまた、図10に示すように、クリープ波の寄与によるもので、SパラメータS13、S31、S24、S42はすべて約-104.56dBである。

図10:トランシーバー1と3間の光路(S13とS31)。

図10:トランシーバー1と3間の光路(S13とS31)。

 

プロジェクトファイルのリクエスト

このアプリケーション例にご関心をお寄せいただき、ありがとうございます。Antenna Coupling Simulation for Aircraft Circular Patch Antennasのプロジェクトファイルをダウンロードするには、以下のフォームにご記入ください。