Просмотр результатов моделирования

Основные параметры моделирования: коэффициент усиления, КНД, усредненная мощность, входная мощность, эффективность антенны, рассеянная мощность, коэффициент эллиптичности, поляризация, входное сопротивление, КС В.

Коэффициент усиления (Gain) равен отношению усиления антенны в децибелах к усилению изотропного излучателя в свободном пространстве, равному 0 dB. Эта величина вычисляется на основании входной мощности источника выходного напряжения. Коэффициент усиления в дальней зоне измеряется в dBi.

Реализуемое усиление (Realized Gain) определяется так же, но рассчитывается на основании доступной мощности. Реализуемое усиление учитывает рассогласование и потери на отражение на входе антенны.

КНД (Directivity) - это отношение усиления антенны в децибелах к усилению изотропного излучателя в свободном пространстве, равному 0 дБ, без учета потерь на проводимость и волновых потерь в диэлектрике. Когда потери в антенне равны нулю, КНД равен коэффициенту усиления.

Коэффициент усиления, реализуемое усиление и КНД определяются практически одинаково, с единственным отличием в том, что они нормируются на разную мощность. Для расчета коэффициента усиления используется совокупная входная мощность, для реализуемого усиления - совокупная доступная мощность, а для КНД - излученная мощность: Directivity —> Gain —> Realized Gain.

Реализуемая мощность (Available Power) или совокупная реализуемая мощность (Net Available Power) вычисляется как общая мощность, передаваемая активным портом или несколькими портами в согласованную нагрузку. Сетевая реализуемая мощность - это сумма доступных мощностей всех портов в случае, когда одновременно активны несколько портов.

Средняя мощность (Average Power) - это средняя плотность мощности, вычисленная в частотной области в каждой точке, поверхности или объеме электрического и магнитного полей. В этом ее отличие от вектора Пойн- тинга, который представляет собой среднюю плотность мощности электрического и магнитного полей во временной области.

Входная мощность (Input Power) - это общая мощность, передаваемая активным портом в цепь, с учетом потерь на отражение на входе цепи. В общем случае она является комплексным числом.

Совокупная входная мощность (Net Input Power) равна сумме действительных частей входных мощностей. При вычислении S-параметров может быть задан только один активный порт за один раз.

Излученная мощность (Radiated Power) вычисляется как разность между общей совокупной входной мощностью, передаваемой активными портами, и потерями на рассеяние в проводящих материалах и резистивных нагрузках неактивных портов.

КПД излучения (Radiation Efficiency) вычисляется как отношение излученной мощности к совокупной входной мощности.

КПД системы (System Efficiency) вычисляется как отношение излученной мощности к совокупной доступной мощности. Таким образом, она включает в себя КПД излучения и КПД согласования.

Коэффициент эллиптичности (Axial Ratio) представляет собой отношение главной оси эллипса поляризации к второстепенной оси. Для определения коэффициента эллиптичности вычисляется отношение ортогональных компонент поля Е. Поля круговой поляризации имеют две ортогональные компоненты поля Е с равной амплитудой и разностью фаз 90°, в этом случае коэффициент эллиптичности равен 1 (ОдБ). Для поля эллиптической поляризации коэффициент эллиптичности в общем случае больше 1, а для линейной поляризации он становится бесконечным.

Поле в дальней зоне можно разложить несколькими способами, однако для антенн с линейной поляризацией удобнее раскладывать поле в дальней зоне на компоненты (Eco, Ecross), это разложение основано на настройке антенных измерений. Для антенн с круговой поляризацией лучше подходит разложение на компоненты левой и правой поляризации (Elhp, Erhp).

В общем случае, кросс-поляризация - это поляризация, ортогональная требуемой поляризации антенны. Обычно нельзя утверждать, что антенна имеет только одну поляризацию. Таким образом, можно определить две диаграммы направленности. Согласованная составляющая напряженности электрического поля (Есо) определяется для рабочей поляризации, а кросс- поляризационная составляющая (Ecross) - для ортогональной поляризации.

Все входные импедансы (Input Impedance) вычисляются как отношения комплексных напряжений к комплексным токам в точке расположения порта. При этом для токов, втекающих в антенну или другую конструкцию, используется положительный знак. Таким образом, для порта, подающего мощность в антенну, действительная часть импеданса будет положительной, а для порта, поглощающего мощность из антенны, действительная часть импеданса будет отрицательной.

Когда присутствует только один активный порт, импеданс точки подачи питания в этот порт является собственным импедансом порта. Если активны несколько портов, значения импеданса представляют собой отношения комплексных напряжений и токов в каждой точке, включая эффекты источников, во всех активных портах. Таким образом, эти значения импеданса являются не собственными импедансами, а членами матрицы импе- дансов.

При проведении вычислений, включающих входное напряжение, ток или мощность в расчетные формулы, например, для вычисления усиления антенны или входного импеданса, входное напряжение, ток или мощность будут представлены в узлах краев меширования. Импеданс порта равен комплексному значению напряжения на краю ячейки меширования, деленному на комплексное значение тока на краю ячейки меширования. Комплексные значения будут получены с помощью быстрого преобразования Фурье при расчете в полосе частот или по двум отсчетам напряжения и тока при гармоническом возбуждении.

Если порт передает мощность, импеданс этого порта будет иметь положительную действительную часть. Если порт поглощает мощность, импеданс этого порта будет иметь отрицательную действительную часть и входная мощность в этом порте будет отрицательной. Это зависит от направления тока и полярности напряжения.

Схема питания

Рис. 2.134. Схема питания,

включающая напряжение краевого FDTD меширования V и ток I

Активные порты (содержащие активные источники напряжения или тока) учитываются при расчетах иначе, чем неактивные. При расчете антенны входная мощность антенны представляет собой алгебраическую сумму мощностей, передаваемых активными портами. Мощность, поглощенная активными портами не понизит эффективность антенны в отличие от мощности, поглощенной неактивными портами.

Для того чтобы прояснить это, рассмотрим две разные ситуации. Пусть антенна, состоящая полностью из идеально проводящего материала, имеет два порта. В первом порте находятся источник напряжения 1 В и резистор, второй порт пассивный и содержит только резистор. Полагая, что через пассивный резистор течет ток, получаем, что эффективность антенны меньше 100 %. Если мы повторим этот расчет, добавив источник с напряжением 10 мВ к бывшему пассивному порту и сделав оба порта активными, будет рассчитано, что эффективность антенны равна 100 %, несмотря на то, что влияние источника с напряжением 10 мВ на ток антенны незначительно. Вследствие этого различия активные порты могут использовать сосредоточенные элементы цепи для согласования с антенной, не меняя эффективность, импеданс и усиление антенны, тогда как добавление пассивных портов влияет на эффективность и усиление антенны.

Аналогично, при расчете входного импеданса значения сопротивления источника, емкости и индуктивности не включают во входной импеданс. Например, входной импеданс антенны, рассчитанный с использованием ЕМРго, не должен меняться при изменениях компонентов активного порта (R/L/C), поскольку импеданс антенны зависит от геометрии антенны и используемых материалов, а не от того, как подается питание в антенну.

Результаты расчета могут быть отображены в виде Декартовых графиков, полярных графиков и диаграмм Смита. В зависимости от типа оси X, доступны следующие виды графиков:

  • 1. XY Plots - позволяет визуализировать данные в декартовой системе координат.
  • 2. Polar Plots - представляет данные в полярной системе координат.
  • 3. Smith Charts - отображает зависимость комплексных данных, например, s-параметров или коэффициента отражения, от частоты на диаграмме Смита.

На графиках можно отобразить такие компоненты, как Vector Magnitude - векторная амплитуда. Theta - ось 0, Phi - ось cp, Alpha, Epsilon, Elevation - угол места, Azimuth - азимут, Horizontal - горизонтальная ось, Vertical - вертикальная ось, Left-hand Circular Polarization - левая круговая поляризация, Right-hand Circular Polarization - правая круговая поляризация.

При необходимости отображения комплексных результатов можно создать графики для следующих величин: Magnitude - амплитуда. Phase - фаза, Real - действительная часть, Imaginary - мнимая часть.

Можно задать следующие оси: Frequency - частота, Theta - ось 0, Phi - ось ф.

Опция Target Graph позволяет просматривать и редактировать созданные ранее графики (по данным, выбранным в окне результатов). Для примера рассмотрим построение линейного графика поля Е в дальней зоне по результатам выполненной симуляции, сохраненным в проекте.

Для того чтобы создать двумерный график, выполните следующие действия:

Results ^

  • 1. Нажмите Results ( esu ), чтобы открыть рабочую область.
  • 2. Выберите проект из списка Project: Simulation.
  • 3. Выберите 3D Far Zone из списка датчиков Sensor.
  • 4. Выберите E-Field (Е) в списке Result Туре. Результаты

моделирования поля Е представлены в нижней панели.

5. Щелкните правой кнопкой мыши по строке на нижней панели и

выберите Create Line Graph, как показано на рис. 2.135.

Создание линейного графика

Рис. 2.135. Создание линейного графика

  • 6. В диалоговом окне создания графика выберите тип графика XY.
  • 7. Выберите Vector Magnitude из списка Component.
  • 8. Выберите Magnitude из списка Complex Part.
  • 9. Выберите Theta из списка Independent Axis.
  • 10. Нажмите View.

Для всех расчетов наиболее важными являются графики полей во временной области в пространстве задачи. Всегда быстро просматривайте эти значения, чтобы убедиться, что расчет сходится. В противном случае большинство других результатов будут бессмысленными, особенно графики, полученные преобразованием в частотную область, например, S- параметры или импеданс.

Можно настраивать свойства графики данных в окне графиков. Инструменты, доступные в окне, зависят от типа графика (XY Plots, Polar Plots или Smith Charts). Для настройки графиков можно использовать панель инструментов Properties, представленную на рис. 2.136.

Панель инструментов Properties

Рис. 2.136. Панель инструментов Properties

В этой панели инструментов доступны следующие опции:

1) Export Data ( ^ ): экспорт значений графических данных в текстовый файл в указанной папке;

2) Export Image Tool ( ^ ): сохранение графика в виде картинки в указанной папке;

л*

  • 3) Pan Tool ( 1—5-J ): инструмент, позволяющий просматривать объект вдоль выбранной оси;
  • 4) Zoom Tool (^): выберите этот инструмент, чтобы увеличить или уменьшить масштаб графика. С помощью колеса и кнопок мыши можно также выполнить операции масштабированиявыполнить различные операции масштабирования:
    • а) прокрутка колеса мыши вперед для уменьшения обоих осей,
    • б) прокрутка колеса мыши вперед при одновременно нажатой клавиши Ctrl для уменьшения независимой оси,
    • в) прокрутка колеса мыши вперед при одновременно нажатой клавиши Shift для уменьшения зависимой оси,
    • г) прокрутка колеса мыши назад для увеличения обоих осей,
    • д) прокрутка колеса мыши назад при одновременно нажатой клавиши Ctrl для увеличения независимой оси,
    • в) прокрутка колеса мыши назад при одновременно нажатой клавиши Shift для увеличения зависимой оси,
  • 5) Legend Visible ( ): позволяет включить или отключить отображение легенды на графике;
  • 6) Graph Properties Tool ( — ); позволяет задать имя графика, названия осей и свойства линий. При нажатии Graph Properties Tool отображаются опции настройки графика, как показано на рис. 2.137.
Выбор Graph Properties Tool

Рис. 2.137. Выбор Graph Properties Tool

Для редактирования свойств графика имеются следующие вкладки:

Graph Properties: позволяет задать имя графика, заголовок и цвет фона. Для включения или выключения легенды нужно нажать Legend Visible. Эта вкладка показана на рис. 2.138;

Axes properties: позволяет задать названия и пределы осей. Отметка Auto позволяет устанавливать пределы автоматически. Если график содержит только непрерывные данные, должна быть настроена ось X (автоматически это не произойдет). Можно выбрать единицы измерения из списка Units и при необходимости применить логарифмический масштаб. Для нескольких диаграмм Смита можно изменить величину Reference Impedance;

Plot properties: определяет свойства линий на графике. Для каждой переменной можно настроить цвет, ширину и стиль линии. Ненужные переменные можно удалить с графика;

Selection Tool ( ): инструмент для перемещения, удаления или изменения свойств маркера.

Чтобы изменить свойства маркера, необходимо выбрать нужный маркер и перейти в окно Marker Properties (рис. 2.138). Координаты положения маркера могут быть настроены вручную вводом требуемых значений в раздел Requested.

Свойства маркера

Рис. 2.138. Свойства маркера

Если поле ввода координат, которые требуется изменить, недоступно, нужно выбрать соответствующую опцию в меню Attached plot.

Маркер также можно прикрепить к определенному графику, выбрав его имя в меню Attached Plot и выбрав метод интерполяции (Interpolation Method), используемый, чтобы размещать точки. В зависимости от настроек маркер будет либо поставлен в ближайшую точку на графике функции, либо линейно интерполирован на основании независимой оси, заданной пользователем в диалоговом окне Requested Location. Наконец, тип маркера может быть переопределен в этом редакторе в списке Туре.

Кроме того, этот инструмент можно использовать, чтобы переместить или закрыть легенду графической области.

Point Marker Tool ( 1 ): этот инструмент позволяет отметить любую

точку на графике, нажав на нужное расположение маркера. Над точкой отобразится маркер с координатами местоположения, которые зависят от типа графика:

  • 1) XY Plot: положение X, положение Y;
  • 2) Polar Plot: радиус, угол;
  • 3) Smith Plot: действительная часть положения, мнимая часть положения, частота.

Crosshair Marker Tool ( ): этот инструмент позволяет отметить местоположение одной точки двумя пересекающимися линиями. Маркер расположен на правом краю графика. Действия привязки такие же, как и для маркера, описанного выше. На рис. 2.139 ниже показан XY-график с маркером перекрестия (1,8873е-08 s, -6,0381е-06 А) и маркером точки (1,4636е-08 s, 1,0573е-05 А).

График с двумя маркерами

Рис. 2.139. График с двумя маркерами

На рис. 2.140 показана диаграмма Смита с маркером перекрестия вдоль радиуса.

Диаграмма Смита с маркером

Рис. 2.140. Диаграмма Смита с маркером

Vertical Marker Tool ( ): этот инструмент позволяет поместить вертикальную линию, пересекающуюся с осью X. Маркер (Y - постоянная) будет располагаться вдоль верхнего края области графика.

Horizontal Marker Tool ('°-): этот инструмент позволяет поместить горизонтальную линию, которая пересекается с осью Y. Маркер (X - постоянный) будет помещен вдоль правого края области графика.

В ЕМРго существует возможность просмотра цветного изображения поля в 3D, сохранив значения поля на одной частоте или в полосе частот в геометрии. Можно просмотреть следующие типы полей:

  • 1) Time Domain Snapshots - доступны при любых вычислениях, поскольку они представляют собой просто снимки ближнего поля в определенные моменты времени;
  • 2) Complex Fields or Derived Quantities (такие как SAR) - доступны при заданных частотах;

3) Three Dimensional Far-Zone Fields - могут быть запрошены либо до расчета с помощью датчика дальней зоны, либо после расчета путем последующей обработки.

В табл. 2.10 представлены типы результатов, соответствующие различным типам индикаторов результатов расчета:

Таблица 2.10

Типы результатов, соответствующие различным тинам индикаторов

Тип датчика

Тип результата

Временная

область

Дискретная

частота

Широкая

полоса

частот

Point Sensor

E-Field (E)

X

X

H-Field (H)

X

X

В-field (B)

X

X

Poynting Vector (S)

X

X

Conduction Cuixent (Jc)

X

X

Scattered E

X

X

Scattered H

X

X

Scattered В

X

X

Average Power

X

Surface/Solid

Sensor

E-Field (E)

X

X

H-Field (H)

X

X

В-field (B)

X

X

Conduction Cuixent (Jc)

X

X

Scattered E

X

X

Scattered H

X

X

Scattered В

X

X

Poynting Vector (S)

X

Average Power

X

SAR Sensor

SAR (Specific Absoiption Rate)

X

НАС Sensor

E-Field (E)

X

H-Field (H)

X

НАС max E-Field (E)

X

НАС max H-Field (H)

X

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >