 |
آنتن دو مخروطی
معرفی
آنتن دو مخروطی یک آنتن پهن باند با الگوی تابش همه جهته است. این مثال چنین آنتنی را از جمله ساختار تغذیه کواکسیال آن مدل می کند.
شکل 1: آنتن دو مخروطی تغذیه شده توسط یک پورت توده ای کواکسیال. ناحیه فضای آزاد اطراف آنتن توسط یک لایه کاملاً منطبق (PML) کوتاه شده است.
تعریف مدل
آنتن دو مخروطی، که در شکل 1 نشان داده شده است ، از دو عنصر مخروطی، فلزی و تابشی تشکیل شده است. شکل 2جزئیات ساختار خوراک در مرکز را نشان می دهد. بخش کوتاهی از کابل کواکسیال پر شده با دی الکتریک از یک حوزه استوانه ای کوچک حاوی منبع تغذیه شروع می شود که بخشی از دامنه مدل نیست. درعوض، شما منبع را با اعمال یک شرط پورت توده‌ای کواکسیال در مرز رو به کابل کواکسیال مدل‌سازی می‌کنید، که موجی را به سمت پایین کواکسیال پرتاب می‌کند. هادی های داخلی و خارجی کواکس از طریق سیم هایی به رادیاتورهای مخروطی شکل متصل می شوند که شما آنها را به عنوان هادی های الکتریکی کامل مدل می کنید. یک بریدگی متقارن کوچک در هر مخروط فضای کافی برای نصب و مونتاژ را فراهم می کند. فاصله بین رادیاتورها و سطح نوک انتهای مخروط، واکنش درگاه ورودی آنتن را کنترل می کند و می تواند برای تغییر عملکرد آنتن تنظیم شود.
شکل 2: نمای بزرگنمایی شده پورت انباشته شده کواکسیال. کابل کواکسیال از یک حوزه استوانه‌ای کوچک شروع می‌شود که خارج از حوزه مدل است، همانطور که فضای داخلی سیم نیز وجود دارد.
نتایج و بحث
نتایج شبیه سازی شده در شکل 3 نشان می دهد که S 11 کمتر از – 10 دسی بل از 1.5 گیگاهرتز تا 3.5 گیگاهرتز است. این پهنای باند بسیار گسترده تر از پهنای باند آنتن دوقطبی معمولی است. الگوی تابش در صفحه E و صفحه H شبیه آنتن دوقطبی است. آنتن دو مخروطی در کاربردهایی که نیاز به الگوی تابش همه جهته و پهنای باند وسیع دارند به خوبی کار می کند.
شکل 3: پاسخ فرکانسی آنتن دو مخروطی تطبیق امپدانس باند پهن را نشان می دهد.
شکل 4: الگوی تابش میدان دور در صفحه E (آبی) و صفحه H (سبز) در 1.9 گیگاهرتز. شبیه الگوی تشعشعی آنتن دوقطبی است.
منابع
1. DM Pozar، مهندسی مایکروویو ، جان وایلی و پسران، 1998.
2. CA Balanis، نظریه آنتن ، جان وایلی و پسران، 1997.
3. RE Collin، آنتن ها و انتشار امواج رادیویی ، McGraw-Hill، 1985.
مسیر کتابخانه برنامه: RF_Module/Antennas/biconical_antenna
دستورالعمل های مدل سازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی 
Model Wizard کلیک کنید .
Model Wizard کلیک کنید .مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard ، روی  3D کلیک کنید . |
2 | در درخت انتخاب فیزیک ، فرکانس رادیویی > امواج الکترومغناطیسی، دامنه فرکانس (emw) را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 |  روی مطالعه کلیک کنید . |
5 | در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Frequency Domain را انتخاب کنید . |
6 |  روی Done کلیک کنید . |
مطالعه 1
مرحله 1: دامنه فرکانس
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش مطالعه 1 ، روی مرحله 1: دامنه فرکانس کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات دامنه فرکانس ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن فرکانس ، محدوده (1.5[GHz],0.2[GHz],3.5[GHz]) را تایپ کنید . |
هندسه 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Geometry 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات هندسه ، بخش Units را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد طول ، میلی متر را انتخاب کنید . |
ابتدا یک سیلندر برای هادی داخلی اضافه کنید.
سیلندر 1 (cyl1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Cylinder کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات سیلندر ، بخش اندازه و شکل را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Radius ، 0.635 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 7.95 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن x ، -10 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن z ، 1.2 را تایپ کنید . |
7 | قسمت Axis را پیدا کنید . از لیست نوع محور ، x-axis را انتخاب کنید . |
8 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
9 |  روی دکمه Wireframe Rendering در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
یک استوانه متحدالمرکز اضافه کنید تا هادی بیرونی را در بر گیرد.
سیلندر 2 (cyl2)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Cylinder کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات سیلندر ، بخش اندازه و شکل را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Radius ، 2.05 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 6 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن x ، -10 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن z ، 1.2 را تایپ کنید . |
7 | قسمت Axis را پیدا کنید . از لیست نوع محور ، x-axis را انتخاب کنید . |
8 | برای گسترش بخش لایه ها کلیک کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام لایه | ضخامت (میلی متر) |
لایه 1 | 1 |
9 | تیک Layers on side را پاک کنید . |
10 | تیک Layers on bottom را انتخاب کنید . |
11 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
12 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
بعد، ساختاری ایجاد کنید که کابل کواکسیال و رادیاتور را به هم متصل می کند.
لوله 1 (tor1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Torus کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات Torus ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Major radius ، 2.05 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متنی Minor radius ، 0.635 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت نوشتار زاویه انقلاب ، 90 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن x ، -2.05 را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متن z ، 2.25+1 را تایپ کنید . |
8 | قسمت Axis را پیدا کنید . از لیست نوع محور ، دکارتی را انتخاب کنید . |
9 | در قسمت متن y ، 1 را تایپ کنید . |
10 | در قسمت متن z ، 0 را تایپ کنید . |
11 | قسمت Rotation Angle را پیدا کنید . در قسمت متن چرخش ، 270 را تایپ کنید . |
12 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
یک دامنه پشتیبان پورت یکپارچه ایجاد کنید. این قسمت بعداً از فضای مدل حذف می شود.
سیلندر 3 (cyl3)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Cylinder کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات سیلندر ، بخش اندازه و شکل را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Radius ، 0.635 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 4.95 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن x ، -7 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن z ، -1.2 را تایپ کنید . |
7 | قسمت Axis را پیدا کنید . از لیست نوع محور ، دکارتی را انتخاب کنید . |
8 | در قسمت متن x ، 1 را تایپ کنید . |
9 | در قسمت متن z ، 0 را تایپ کنید . |
10 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
در ادامه یک مخروط رادیاتور اضافه کنید.
مخروط 1 (مخروط 1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Cone کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مخروط ، بخش اندازه و شکل را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن شعاع پایین ، 51 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 51 را تایپ کنید . |
5 | از لیست Specify top size using ، Angle را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت متن Semingle ، 40 را تایپ کنید . |
7 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن z ، 54.25 را تایپ کنید . |
8 | قسمت Axis را پیدا کنید . از لیست نوع محور ، دکارتی را انتخاب کنید . |
9 | در قسمت متن z ، -1 را تایپ کنید . |
10 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
یک بلوک که نمایانگر بریدگی مونتاژ و نصب از رادیاتور بالایی است، اضافه کنید.
بلوک 1 (blk1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Block کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Block ، قسمت Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width عدد 8 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت Depth text عدد 9 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن ارتفاع ، 3 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن x ، -10 را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متن y ، -4.5 را تایپ کنید . |
8 | در قسمت متن z ، 2 را تایپ کنید . |
9 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
تفاوت 1 (dif1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Booleans and Partitions کلیک کنید و Difference را انتخاب کنید . |
2 | فقط شیء مخروط 1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای تفاوت ، بخش تفاوت را پیدا کنید . |
4 | زیربخش اشیاء را برای تفریق پیدا کنید . برای انتخاب دکمه ضامن  فعال کردن انتخاب کلیک کنید . |
5 | فقط شی blk1 را انتخاب کنید. |
6 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
رادیاتور دوم را با آینه کردن رادیاتور اول تولید کنید.
آینه 1 (mir1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Transforms کلیک کرده و Mirror را انتخاب کنید . |
2 | فقط اشیاء dif1 و tor1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Mirror ، بخش ورودی را پیدا کنید . |
4 | چک باکس Keep input objects را انتخاب کنید . |
5 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
کره 1 (sph1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Sphere کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Sphere ، بخش Size را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Radius عدد 150 را تایپ کنید . |
4 | برای گسترش بخش لایه ها کلیک کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام لایه | ضخامت (میلی متر) |
لایه 1 | 40 |
5 |  روی Build All Objects کلیک کنید . |
6 |  روی دکمه Go to Default View در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
تعاریف
دامنه های خارجی
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
در مرحله بعد، مجموعه ای از انتخاب ها را برای استفاده در هنگام تنظیم فیزیک ایجاد کنید.
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، External Domains را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | فقط دامنه های 8، 9، 11، 12 و 14-16 را انتخاب کنید. |
با کپی کردن متن ‘8، 9، 11، 12، و 14-16’، کلیک کردن در کادر انتخاب، و سپس فشار دادن Ctrl+V یا با استفاده از کادر محاوره ای Paste Selection ، می توانید این کار را به راحتی انجام دهید.
4 |  روی دکمه Go to Default View در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
دامنه های مدل
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Complement کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Complement ، مدل Domains را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . در قسمت Selections to invert ، روی  Add کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، External Domains را در لیست Selections to invert انتخاب کنید . |
5 | روی OK کلیک کنید .  |
مرزهای داخلی PEC
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Internal PEC Boundaries را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | فقط مرزهای 13، 14، 16، 17، 29، 30، 32، 33، 37، 40–44، 55، 56، 74، 75، 85، 86، 95، و 96 را انتخاب کنید. |
5 |  روی دکمه Zoom In در نوار ابزار Graphics ، چند بار کلیک کنید تا مرزهای انتخاب شده را به وضوح ببینید. |
کاملاً منطبق بر لایه 1 (pml1)
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی لایه  کاملاً منطبق کلیک کنید . |
2 | فقط دامنه های 1-4 و 17-20 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای لایه کاملاً منطبق ، قسمت هندسه را پیدا کنید . |
4 | از لیست Type ، Spherical را انتخاب کنید . |
برخی از دامنه ها را مخفی کنید تا دید بهتری از قسمت های داخلی داشته باشید.
تعاریف
پنهان کردن برای فیزیک 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی View 1 کلیک راست کرده و Hide for Physics را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه های 1، 2، 5، 17 و 18 را انتخاب کنید. |
امواج الکترومغناطیسی، دامنه فرکانس (EMW)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی امواج الکترومغناطیسی ، دامنه فرکانس (emw) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای امواج الکترومغناطیسی ، دامنه فرکانس ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست Selection ، Model Domains را انتخاب کنید . |
هادی الکتریکی کامل 2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Perfect Electric Conductor را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Settings for Perfect Electric Conductor ، قسمت Boundary Selection را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، مرزهای داخلی PEC را انتخاب کنید . |
در حالی که رسانای الکتریکی کامل شرط مرزی پیش فرض برای مرزهای بیرونی است، شما باید این شرط را به صراحت برای مرزهای داخلی اعمال کنید.
پورت انجماد 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Lumped Port را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 31 را انتخاب کنید.  |
3 | در پنجره تنظیمات برای پورت توده ای ، قسمت ویژگی های پورت توده ای را پیدا کنید . |
4 | از لیست نوع پورت یکپارچه ، Coaxial را انتخاب کنید . |
برای پورت اول، تحریک موج به طور پیش فرض روشن است .
دامنه میدان دور 1
در نوار ابزار Physics ، روی Domains کلیک کنید و دامنه Far-Field Domain را انتخاب کنید .
Domains کلیک کنید و دامنه Far-Field Domain را انتخاب کنید .مواد را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material باز شود . |
2 | به پنجره Add Material بروید . |
3 | در درخت، Built-in>Air را انتخاب کنید . |
4 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود . |
مواد
آب (مت1)
این ماده را برای حوزه کابل کواکسیال نادیده بگیرید.
PTFE
1 | در پنجره Model Builder ، روی Materials کلیک راست کرده و Blank Material را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مواد ، PTFE را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | فقط دامنه 10 را انتخاب کنید. |
4 | قسمت محتوای مواد را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
مجوز نسبی | epsilonr_iso ; epsilonrii = epsilonr_iso، epsilonrij = 0 | 2.1 | 1 | پایه ای |
نفوذپذیری نسبی | mur_eye ; murii = mur_iso، murij = 0 | 1 | 1 | پایه ای |
رسانایی الکتریکی | sigma_iso ; sigmaii = sigma_iso، sigmaij = 0 | 0 | S/m | پایه ای |
مش 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Mesh 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مش ، قسمت Physics-Controlled Mesh را پیدا کنید . |
3 | از لیست اندازه عنصر ، Fine را انتخاب کنید . |
4 |  روی ساخت همه کلیک کنید . |
5 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
6 |  روی دکمه Zoom In در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
7 |  بر روی دکمه Reset Hiding در نوار ابزار Graphics کلیک کنید تا وضعیت نمایان شدن دامنه های پنهان در آماده سازی پردازش نتایج بازنشانی شود. |
مطالعه 1
در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی محاسبه کلیک کنید .
روی محاسبه کلیک کنید .نتایج
میدان الکتریکی (emw)
تجزیه و تحلیل و تجسم نتایج را با اصلاح اولین نمودار پیش فرض برای نشان دادن هنجار میدان E در صفحه xz آغاز کنید .
چند برش
1 | در پنجره Model Builder ، گره Electric Field (emw) را گسترش دهید ، سپس روی Multislice کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Multislice ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، 20*log10(emw.normE) را تایپ کنید . |
4 | چک باکس Description را انتخاب کنید . در فیلد متن مرتبط، هنجار میدان الکتریکی (dB) را تایپ کنید . |
5 | بخش Multiplane Data را پیدا کنید . زیربخش Z-planes را پیدا کنید . در قسمت متن Planes عدد 0 را تایپ کنید . |
6 | زیربخش X-planes را پیدا کنید . در قسمت متن Planes عدد 0 را تایپ کنید . |
7 | برای گسترش بخش Range کلیک کنید . تیک گزینه Manual color range را انتخاب کنید . |
8 | در قسمت حداقل متن، -60 را تایپ کنید . |
9 | در قسمت Maximum text عدد 60 را تایپ کنید . |
10 | در نوار ابزار Electric Field (emw) ، روی  Plot کلیک کنید . |
از کنترل های بزرگنمایی در نوار ابزار Graphics برای بررسی بیشتر طرح استفاده کنید.
دستورالعمل های زیر نمودار پاسخ فرکانسی نشان داده شده در شکل 3 را بازتولید می کند .
طرح اسمیت (emw)
افزایش سه بعدی میدان دور (emw)
1 | در پنجره Model Builder ، روی 3D Far Field، Gain (emw) کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 3D Plot Group ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست مقدار پارامتر (فرکانس (گیگاهرتز)) ، 1.5 را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار 3D Far Field، Gain (emw) ، روی  Plot کلیک کنید . |
الگوی میدان دور سه بعدی در صفحه xy همسانگرد است .
در نهایت، طرح قطبی میدان دور را در صفحه E و H بازتولید کنید.
پلات قطبی گروه 6
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و Polar Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه پلات قطبی ، بخش داده را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب پارامتر (فرکانس) ، از لیست را انتخاب کنید . |
4 | در لیست مقادیر پارامتر (فرکانس (گیگاهرتز)) ، 1.9 را انتخاب کنید . |
الگوی تشعشع 1
1 | در نوار ابزار Polar Plot Group 6 ، روی  More Plots کلیک کنید و Radiation Pattern را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای الگوی تشعشع ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Electromagnetic Waves، Frequency Domain>Far field>emw.normdBEfar – Far-field norm، dB – dB را انتخاب کنید . |
3 | بخش ارزیابی را پیدا کنید . زیربخش Angles را پیدا کنید . در قسمت متنی Number of angles عدد 100 را تایپ کنید . |
الگوی تشعشع 2
1 | روی Radiation Pattern 1 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای الگوی تشعشع ، بخش ارزیابی را پیدا کنید . |
3 | زیربخش جهت مرجع را پیدا کنید . در قسمت متن x ، 0 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن y ، 1 را تایپ کنید . |
5 | زیربخش Normal vector را پیدا کنید . در قسمت متن x ، 1 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن z ، 0 را تایپ کنید . |
7 | در نوار ابزار Polar Plot Group 6 ، روی  Plot کلیک کنید . |
نمودار حاصل را با نمودار نشان داده شده در شکل 4 مقایسه کنید .
