如何分析天線的遠(yuǎn)場(chǎng)極化方向圖

來源：CST仿真專家之路更新時(shí)間：2024-06-26 閱讀：

在用CST進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)的過程中，經(jīng)常需要對(duì)某一些參數(shù)進(jìn)行參數(shù)化設(shè)置，并對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行仿真對(duì)比。這一期，我們介紹下如何分析天線遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖的垂直極化和水平極化。還是借用“CST圓極化平板天線仿真實(shí)例”。

設(shè)置監(jiān)視器

首先我們先確認(rèn)一下是否添加了遠(yuǎn)場(chǎng)監(jiān)視器，因?yàn)槲覀冎暗膽?yīng)用模板已經(jīng)設(shè)置好了幾個(gè)監(jiān)視器，在界面左側(cè)導(dǎo)航欄，如下圖所示：

其中那個(gè)farfield（f=1.09）就是已經(jīng)設(shè)置的遠(yuǎn)場(chǎng)監(jiān)視器，這里f=1.09是指1.09GHz頻率下的遠(yuǎn)場(chǎng)監(jiān)視器。

用戶根據(jù)自己需要設(shè)置需要觀察頻點(diǎn)的監(jiān)視器，可以點(diǎn)擊simulation選項(xiàng)卡下的Field Monitor來添加，如下圖所示：

CST微波工作室下可以添加的監(jiān)視器種類很多，之前模板已經(jīng)設(shè)置了f=1.09下的電場(chǎng)e-field、磁場(chǎng)h-field、遠(yuǎn)場(chǎng)監(jiān)視器far-field，所以這里我們點(diǎn)Cancel，不需要重復(fù)設(shè)置。

分析遠(yuǎn)場(chǎng)結(jié)果

在完成仿真后，我們?cè)趯?dǎo)航欄下可以看到farfileds文件夾下，有以下兩個(gè)文件夾Farfield Cuts 和farfiled(f=1.09)[1]，如下圖所示：

其中Farfield Cuts是為了方便用戶，幫助用戶選取記錄了幾個(gè)常用的切面遠(yuǎn)場(chǎng)結(jié)果，例如Phi=0，就是下圖中XOZ平面下的theta在各個(gè)角度下的結(jié)果；Phi=90，就是下圖中YOZ平面下的theta在各個(gè)角度下的結(jié)果；Theta=90，就是下圖中XOY平面下的phi在各個(gè)角度下的結(jié)果。

例如，點(diǎn)擊phi=0,得到的遠(yuǎn)場(chǎng)結(jié)果，并給出了最大方向性、3dB寬度、副瓣等常用的結(jié)果，如下圖所示：

我們點(diǎn)擊farfiled(f=1.09)[1]文件夾，并點(diǎn)擊Farfiled Plot選項(xiàng)卡下3D的圖標(biāo)，如下圖所示：

這樣我們可以看到三維的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖，如下圖所示：

左下角的數(shù)據(jù)顯示，天線的方向性系數(shù)9.908dBi，輻射效率-0.05839dB，總輻射效率-1.340dB。在本仿真中輻射效率是指的銅材料的損耗。總輻射效率是除了輻射效率外，還包括端口匹配的回波損耗的總效率。

點(diǎn)擊Farfiled Plot選項(xiàng)卡下Properties的圖標(biāo)，彈出對(duì)話框如下圖所示：

很多時(shí)候我們需要將仿真和測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，通常測(cè)試得到的是Realized Gain，我們選擇Plot Mode選項(xiàng)卡將方向性系數(shù)Directivity改成Realized Gain，并點(diǎn)擊Apply，如下圖所示：

也可以直接在Farfield選項(xiàng)卡下直接修改，如下圖所示：

我們點(diǎn)擊farfiled(f=1.09)[1]文件夾，這時(shí)候如上圖顯示，天線的增益是8.568 dB。這是總的遠(yuǎn)場(chǎng)結(jié)果，而默認(rèn)的分量是球坐標(biāo)下的theta和phi分量。下面我們通過設(shè)置來將垂直極化和水平極化結(jié)果顯示出來。

再回到Farfiled Plot界面下，選擇Axes選項(xiàng)卡，坐標(biāo)系由原來的球坐標(biāo)Spherical改成Ludwig3，這里將XOZ設(shè)置為水平面，YOZ設(shè)置為垂直面。