Автор неизвестен - Сборник научных трудов 3-го международного радиоэлектронного форума прикладная радиоэлектроника - страница 85

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  91  92  93  94  95  96  97  98  99  100  101  102  103  104  105  106  107  108  109  110  111  112  113  114  115  116  117 

 

 

 

 

\

\

 

 

 

 

 

I I

.....

і

 

 

 

-80  -60 -40 -20    0    20   40   60 80 Угол наблюдения, град

-80 -60 -40 -20 0   20 40 60 80

Угол наблюдения, град

Плоскость Е

Плоскость Н

Плоскость Е

Плоскость Н

а б Рис.1. ДН рупора, рассчитанная апертурным методом: а размеры рупора апертуры х , глубина 5Х; б размеры рупора апертуры х , глубина ЭХ

а б Рис. 2. ДН рупора с размерами апертуры х 5 Л и глубиной (расчёт методом конечных элементов): а — плоскость Е; б — плоскость Н

1.00-.

0.804

0.60.

0.40.

0.20.

0.00.

-90.00       -60.00       -30.00       -0.00        30.00        60.00        90.00 -90.00       -60.00       -30.00        -0.00        30.00        60.00 90.00

а б Рис. 3. ДН рупора с размерами апертуры 5Л х 5Л и глубиной (расчёт методом конечных элементов): а — плоскость Е; б — плоскость Н

СРРСН'2008

1-ч . 2 - 6 5

Ll_

1

O.9

O.S

O.7 O.6 O.5

O.4

O.3

O.2 O.1

Диаграмма направленности

Фазовое распределение на раскрыве

 

 

 

 

 

\

 

 

 

 

 

 

 

 

/

1

 

 

 

 

 

 

 

 

і

1

 

 

 

 

 

 

 

 

.....І

I

 

 

 

 

 

 

 

 

І

1

 

 

 

 

 

 

 

 

|

1

 

 

 

 

 

 

 

 

.....

Т\

 

 

 

 

 

 

 

1

7

V

 

 

 

 

 

 

 

а/

'...........

.......^

 

 

 

 

 

 

 

 

.....

 

 

 

 

-80  -60 -40 -20   0    20   40   60 80 Угол наблюдения, град

-2O

-4O

-6O

-SO -1OO -12O

-14O L

-2     -1      O      1 2

Координата вдоль ракрыва/длина волны

Плоскость Е

Плоскость Н

Плоскость ЕПлоскость Н

Рис. 4. ДН оптимального рупора с размерами апертуры 5,69Л. х 4,ЪХ и глубиной 10Х, (расчёт апертурным методом)

Рис. 5. Фазовое распределение на раскрыве оптимального рупора (расчёт апертурным методом)

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

і

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

і

 

 

 

 

 

 

 

 

 

)

 

 

 

 

 

 

 

90

-45

45

90

0

а б Рис. 6 ДН оптимального рупора с глубиной 10Х в плоскостях: а — Е и б — Н (расчёт методом конечных элементов)

В табл. 1 приведены для сравнения значение ширины главного лепестка 2#0 5,

уровня боковых лепестков Fbm диаграммы направленности и коэффициент использова­ния поверхности (КИП), определенные в программе HFSS и апертурным методом.

Таблица 1

Параметры оптимального рупора с глубиной ШХ

Метод

Плоскость Е

Плоскость Н

КИП

 

 

Fbm,%

 

Fbm,%

 

Метод конечных элементов

 

56,4

І5Д)8°

ІІ,3

G,5

Апертурный метод

ІІ,75°

35,8

І3,75°

2,65

G,5

СРРСН,2GG8

I- ч . 2 - 6 6

МРФ,2GG8

Как видно из рассчитанных значений, оба метода дают близкие значения ширины главного лепестка (расхождение составляет 1-2°) , в то же время метод конечных элемен­тов даёт завышенные значения уровня боковых лепестков (на 10-20%).

Проведено моделирование рупорной антенны с размерами раскрыва Л х 0,5/1 и глубиной 50Л. В табл. 2 приведены значения ширины главного лепестка ДН.

а

І

Q.9 Q.8 Q.7 Q.6 Q.5 Q.4 Q.3

Q.2

Диаграмма направленности

 

 

 

 

/Г'

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\\

 

 

 

 

 

 

Ті

 

 

 

 

 

 

 

 

/

і

 

 

 

\

 

 

 

 

 

 

 

 

, \

 

 

 

/

 

 

 

 

 

 

\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\

 

 

 

 

 

 

 

 

\

 

 

 

——

hn

-т-г-т-

.....

-т-г-т-

hn-n

 

 

-8Q -6Q -4Q -2Q Q   2Q 4Q 6Q 8Q

Угол наблюдения, град

Плоскость Е

Плоскость Н

Рис. 7. ДН оптимального рупора с размерами апертуры Л х 0,5Л и глубиной (расчёт апертурным методом)

Фазовое распределение на раскрыве

-Q.1

-Q.2

-Q.3

-Q.4

-Q.5

-Q.6 -Q.7 -Q.8

Координата вдоль ракрыва/длина волны

Плоскость Е

Плоскость Н

Рис. В. Фазовое распределение на раскрыве оптимального рупора (расчёт апертурным методом)

45

90

1

0.8 0.6 0.4 0.2

-90 -45

45

90

б

Рис. 9 ДН рупора с глубиной 50Х в плоскостях: а — Е и б — Н (расчёт методом конечных элементов)

Таблица 2. Параметры диаграммы направленности рупора с глубиной 50Х

Метод

Плоскость Е

Плоскость Н

Метод конечных элементов

86°

62°

Апертурный метод

82°

62°

Значения ширины главного лепестка полученные с помощью двух методов отлича­ются не более, чем на 4%. Ошибка может быть обусловлена введением плоскостей сим­метрии антенны.

Заключение. Анализ результатов показал, что для нахождения характеристик и па­раметров даже таких относительно несложных конструкций, как рупорные антенны, ме­тодом конечных элементов для решения электродинамической задачи требуется на по­рядки больше времени и аппаратных средств вычислительной техники по сравнению с апертурным методом. Размеры раскрыва рупора ограничены значениями 7Л х 7Л . Апер­турный метод даёт более точные значения ширины главного лепестка.

Q

а

СРРСН'2008

I . 2 - 67

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ЧИСЛЕННЫЙ АНАЛИЗ ПРОВОЛОЧНЫХ АНТЕНН МЕТОДОМ ИНТЕГРАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ И МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Герасимович Г. В., Юбко А. П. Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, Республика Беларусь , 220013, Минск, ул. П.Бровки, д.6, кафедра антенн и устройств СВЧ, тел.: +375(17) 260-24-89; E-mail: slash_ger@tut.by In the report comparison of results of numerical modeling of the wire antenna by a method of the integrated equations and a method of finite elements is resulted.

Введение. Проволочные антенны широко используются в метровом и дециметро­вом диапазоне длин волн. Такое их широкое распространение требует поиска различных методов расчёта, в которых будут оптимально сочетаться такие факторы, как время рас­чёта, сложность задания геометрической модели, точность определения параметров. В данном докладе на примере рамочной антенны будут рассмотрены два метода моделиро­вания проволочных антенн. Это - метод интегральных уравнений с использованием уравнения Поклингтона [1] и метод конечных элементов.

Результаты моделирования. Расчёт методом конечных элементов проводился с помощью пакета HFSS (версия 11), который вычисляет многомодовые S-параметры и электромагнитные поля в трёхмерной пассивной структуре произвольной формы. Про­грамма обладает широкими возможностями для создания различных 3D объектов и большим набором инструментов для детального их исследования.

Для реализации метода интегральных уравнений разработана программа с исполь­зованием интегрального уравнения (ИУ) для тока в тонком проводнике Поклингтона. Для сведения ИУ к системе линейных алгебраических уравнений в качестве базисных и весо­вых функций использованы кусочно-постоянные функции. С помощью программы реша­лись внутренняя задача - поиск распределения тока на элементах антенны и входного сопротивления и внешняя задача - расчёт поля в дальней зоне, диаграммы направленно­сти (ДН), коэффициента направленного действия (КНД).

Исследование проводилось следующим образом. Методом интегральных уравнений находилась конструкция антенны, обеспечивающая равенство нулю реактивной части входного сопротивления и равенству активной части 50 Омам. Затем антенна с такими же геометрическими параметрами рассчитывалась методом конечных элементов. В итоге сравнивались полученные результаты: зависимости составляющих входного сопротивле­ния (Z=R+iX), коэффициента стоячей волны (КСВ) от частоты, ДН. А также сравнива­лось время расчёта обоими методами. Моделирование проводилось в диапазоне частот со средней частотой 300 МГц.

Исследовалась рамочная антенна в виде двойной рамки, длина периметра каждой рамки приблизительно равна средней длине волны («Зигзагообразная антенна»). На рис.1 показана такая антенна. Входное сопротивление Z ~ 50 Ом на частоте 300 МГц обеспечи­вается при длине стороны рамки L = 275 мм с углом при вершине рамки р = 69o. На

рис.2а приведена ДН в плоскости E (плоскость XZ) для рамочной антенны, рассчитанная с помощью метода интегральных уравнений, а на рис. 2б - с помощью метода конечных элементов. Время расчёта первым методом в диапазоне частот составляет 30 секунд, вто­рым методом - 2 часа. В программе HFSS выводится график ненормированной ДН. Кро­ме того, размер шрифта оцифровки на графике ДН в полярных координатах не меняется и зависит от размера графика. Для облегчения чтения графика цифры на рис.2а и рис.2б соответствуют друг другу. На графике, полученном методом ИУ, приведены значения Z=R+iX и отношения F/B - отношение КНД прямом направлении (в направлении оси Z) к КНД в обратном направлении. На обоих рисунках 2а и 2б приведены значения коэффи­циента направленного действия (G).

СРРСН'2008

I-ч. 2 - 6 8

Рис. 1. Рамочная антенна

а б Рис. 2. Диаграмма направленности в плоскости E: а — расчет методом ИУ; б — расчет в HFSS

На рис.3 приведены зависимости R и X от частоты, полученные двумя методами.

о

    Р ЇГ'Г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

—*— У ITV

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

І

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-----

-----

К, HESS

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X, гіг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

--

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  91  92  93  94  95  96  97  98  99  100  101  102  103  104  105  106  107  108  109  110  111  112  113  114  115  116  117 


Похожие статьи

Автор неизвестен - 13 самых важных уроков библии

Автор неизвестен - Беседы на книгу бытие

Автор неизвестен - Беседы на шестоднев

Автор неизвестен - Богословие

Автор неизвестен - Божественность христа