 |
آنتن ویوالدی
معرفی
یک آنتن شیار مخروطی که به آنتن ویوالدی نیز معروف است، برای کاربردهای باند پهن مفید است. در اینجا، یک تابع نمایی برای پروفایل مخروطی استفاده می شود. هدف این مثال محاسبه الگوی میدان دور و محاسبه امپدانس سازه است. تطابق خوبی در یک باند فرکانس وسیع مشاهده می شود.
شکل 1: آنتن ویوالدی بر روی یک بستر نازک دی الکتریک ساخته شده است. کل دامنه توسط یک لایه کاملاً منطبق محدود شده است.
تعریف مدل
در این مدل آنتن ویوالدی، شکاف مخروطی در بالای بستر دی الکتریک طرح ریزی شده است. یک هادی الکتریکی کامل (PEC) برای صفحه زمین استفاده می شود. یک تابع نمایی ساده، e 0.044 x برای ایجاد منحنی های شکاف مخروطی استفاده می شود. یک سر شکاف به هوا باز است و انتهای دیگر با یک شکاف دایره ای به پایان رسیده است. در پایین بستر، خط تغذیه ریز نوار کوتاه 50 Ω به عنوان سطوح PEC مدل‌سازی می‌شود. کل حوزه مدل‌سازی توسط یک لایه کاملاً منطبق (PML) محدود می‌شود که مانند یک محفظه anechoic عمل می‌کند که تمام انرژی تابشی را جذب می‌کند. برای تحریک آنتن، از یک پورت توده ای استفاده می شود. این مدل با استفاده از یک شبکه چهار وجهی با تقریباً پنج عنصر در هر طول موج در هر ماده و فرکانس شبیه سازی مش بندی شده است.
نتایج و بحث
نمودار SWR شبیه سازی شده، شکل 2 ، خواص تطبیق پهنای باند خوب را نشان می دهد. یک آنتن ویوالدی از امواج سیار استفاده می کند که یک الگوی تابش مستقیم به سمت انتهای باز شکاف مخروطی ایجاد می کند. الگوی میدان دور سه بعدی در شکل 3 یک الگوی تابش مستقیم را نشان می دهد.
شکل 2: پاسخ فرکانس SWR آنتن ویوالدی تطبیق امپدانس پهنای باند را نشان می دهد که در بیشتر محدوده فرکانس شبیه سازی شده بهتر از 2:1 است.
شکل 3: الگوی میدان دور سه بعدی در 5.5 گیگاهرتز یک الگوی تابش جهت دار را نشان می دهد.
مسیر کتابخانه برنامه: RF_Module/Antennas/vivaldi_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 (2[GHz],0.5[GHz],6.5[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 . |
تعاریف جهانی
پارامترهای 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions روی Parameters 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | ارزش | شرح |
ضخامت | 60 [میلی] | 0.001524 متر | ضخامت بستر |
w_slot | 0.5[mm] | 5E-4m | اسلات با |
در اینجا mil به واحد میلی اینچ اشاره دارد.
هندسه 1
یک بلوک برای بستر آنتن ایجاد کنید.
لایه
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Block کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Block ، Substrate را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Size and Shape را پیدا کنید . در قسمت متن Width عدد 110 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت Depth text عدد 80 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن ارتفاع ، ضخامت را تایپ کنید . |
6 | قسمت Position را پیدا کنید . از لیست پایه ، مرکز را انتخاب کنید . |
در مرحله بعد، یک بلوک برای خط تغذیه میکرواستریپ 50 Ω اضافه کنید .
خط خوراک
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Block کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Block ، خط خوراک را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Size and Shape را پیدا کنید . در قسمت متن Width ، 3.2 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن عمق ، 40+w_slot/2 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن ارتفاع ، ضخامت را تایپ کنید . |
6 | قسمت Position را پیدا کنید . از لیست پایه ، مرکز را انتخاب کنید . |
7 | در قسمت متن x ، -26 را تایپ کنید . |
8 | در قسمت متن y ، -20+w_slot/4 را تایپ کنید . |
بعد، یک صفحه کاری ایجاد کنید که در آن الگوی آنتن ویوالدی را بکشید. از دو منحنی پارامتریک برای شکاف مخروطی استفاده کنید.
صفحه کار 1 (wp1)
1 | در نوار ابزار هندسه ، روی صفحه  کار کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای صفحه کار ، قسمت تعریف هواپیما را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن مختصات z ، thickness/2 را تایپ کنید . |
4 |  روی Show Work Plane کلیک کنید . |
صفحه کار 1 (wp1)> هندسه صفحه
روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید .یک منحنی پارامتریک با استفاده از نمایه نمایی اضافه کنید.
صفحه کار 1 (wp1)> منحنی پارامتریک 1 (pc1)
1 | در نوار ابزار Work Plane ، روی  More Primitives کلیک کنید و گزینه Parametric Curve را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای منحنی پارامتری ، قسمت Parameter را پیدا کنید . |
3 | در قسمت Maximum text عدد 70 را تایپ کنید . |
4 | قسمت Expressions را پیدا کنید . در قسمت نوشتار xw ، s-15 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن yw exp(0.044*s)-1+w_slot/2 را تایپ کنید . |
منحنی پارامتری دیگر را با بازتاب منحنی اول ایجاد کنید.
صفحه کار 1 (wp1)> آینه 1 (mir1)
1 | در نوار ابزار Work Plane ، روی  Transforms کلیک کنید و Mirror را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Mirror ، بخش Normal Vector to Line of Reflection را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن yw ، 1 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت نوشتار xw ، عدد 0 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Input را پیدا کنید . چک باکس Keep input objects را انتخاب کنید . |
6 | فقط شیء pc1 را انتخاب کنید. |
7 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
یک مستطیل اضافه کنید که شکاف نازک متصل به شکاف مخروطی را توصیف کند.
صفحه کار 1 (wp1)> مستطیل 1 (r1)
1 | در نوار ابزار Work Plane ، روی  Rectangle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width عدد 20 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، w_slot را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت نوشتار xw ، -35 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن yw ، -w_slot/2 را تایپ کنید . |
یک دایره متصل به انتهای شکاف اضافه کنید.
صفحه کار 1 (wp1)> دایره 1 (c1)
1 | در نوار ابزار Work Plane ، روی  Circle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات دایره ، بخش اندازه و شکل را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Radius عدد 12 را تایپ کنید . |
4 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت نوشتار xw ، -40.5 را تایپ کنید . |
یک اتحاد دایره و مستطیل ایجاد کنید تا مرزهای غیر ضروری را حذف کنید.
صفحه کار 1 (wp1)> اتحادیه 1 (uni1)
1 | در نوار ابزار Work Plane ، روی  Booleans and Partitions کلیک کنید و Union را انتخاب کنید . |
2 | فقط اشیاء c1 و r1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Union ، بخش Union را پیدا کنید . |
4 | کادر تیک Keep interior borders را پاک کنید . |
5 | در نوار ابزار Work Plane ، روی  Build All کلیک کنید . |
یک کره برای PML ها اضافه کنید. از تعریف لایه برای ایجاد ساختاری از نوع پوسته استفاده کنید.
PML
1 | در پنجره Model Builder ، روی Geometry 1 کلیک راست کرده و Sphere را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Sphere ، PML را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Size را پیدا کنید . در قسمت متن Radius ، 110 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 | 30 |
5 |  روی Build All Objects کلیک کنید . |
6 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
رندر وایرفریم را انتخاب کنید تا دید بهتری از قسمت های داخلی داشته باشید.
7 |  روی دکمه Wireframe Rendering در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
تعاریف
یک لایه کاملا منطبق اضافه کنید.
کاملاً منطبق بر لایه 1 (pml1)
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی لایه  کاملاً منطبق کلیک کنید . |
2 | فقط دامنه های 1-4 و 8-11 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای لایه کاملاً منطبق ، قسمت هندسه را پیدا کنید . |
4 | از لیست Type ، Spherical را انتخاب کنید . |
تعاریف
مشاهده 1
هنگام تنظیم فیزیک و بررسی مش، برخی از دامنه ها را پنهان کنید تا دید بهتری از قسمت های داخلی داشته باشید.
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 2 و 9 را انتخاب کنید.  |
پنهان کردن برای فیزیک 2
1 | روی View 1 کلیک راست کرده و Hide for Physics را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پنهان کردن فیزیک ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | فقط مرزهای 10 و 36 را انتخاب کنید.  |
امواج الکترومغناطیسی، دامنه فرکانس (EMW)
حالا فیزیک را تنظیم کنید. هنگام تخصیص شرایط مرزی از انتخاب هایی که قبلاً تعریف شده اند استفاده کنید.
هادی الکتریکی کامل 2
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی امواج الکترومغناطیسی ، دامنه فرکانس (emw) کلیک راست کرده و شرایط مرزی Perfect Electric Conductor را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 16، 21، 22، 24 و 27 را انتخاب کنید. |
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 .پورت انجماد 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Lumped Port را انتخاب کنید . |
2 |  برای مشاهده بهتر، چند بار روی دکمه بزرگنمایی در نوار ابزار گرافیک کلیک کنید . |
3 | فقط مرز 20 را انتخاب کنید.  |
برای پورت اول، تحریک موج به طور پیش فرض روشن است .
مواد
ویژگی های مواد را برای مدل تعیین کنید. ابتدا از هوا برای همه دامنه ها استفاده 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)
زیرلایه را با ماده دی الکتریک ε r = 3.38 بپوشانید.
لایه
1 | در پنجره Model Builder ، روی Materials کلیک راست کرده و Blank Material را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مواد ، Substrate را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | فقط دامنه های 6 و 7 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 | 3.38 | 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 ، درشت را انتخاب کنید . |
4 |  روی ساخت همه کلیک کنید . |
مطالعه 1
در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی محاسبه کلیک کنید .
روی محاسبه کلیک کنید .نتایج
چند برش
1 | در پنجره Model Builder ، گره Results>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 Expression text emw.Ey را تایپ کنید . |
4 | بخش Multiplane Data را پیدا کنید . زیربخش X-planes را پیدا کنید . در قسمت متن Planes عدد 0 را تایپ کنید . |
5 | زیربخش Y-planes را پیدا کنید . در قسمت متن Planes عدد 0 را تایپ کنید . |
6 | زیربخش Z-planes را پیدا کنید . از لیست روش ورود ، Coordinates را انتخاب کنید . |
7 | در قسمت متن مختصات ، ضخامت/2 را تایپ کنید . |
8 | برای گسترش بخش Range کلیک کنید . تیک گزینه Manual color range را انتخاب کنید . |
9 | در قسمت حداقل متن، -400 را تایپ کنید . |
10 | در قسمت Maximum text عدد 400 را تایپ کنید . |
11 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید .  روی تغییر جدول رنگ کلیک کنید . |
12 | در کادر محاوره ای جدول رنگ ، Wave>Wave را در درخت انتخاب کنید. |
13 | روی OK کلیک کنید .  |
میدان های الکتریکی در امتداد شکاف مخروطی هدایت می شوند.
پارامتر S (emw)
طرح اسمیت (emw)
الگوی تشعشع 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Results>2D Far Field (emw) را گسترش دهید ، سپس روی Radiation Pattern 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای الگوی تشعشع ، بخش ارزیابی را پیدا کنید . |
3 | زیربخش Angles را پیدا کنید . در قسمت متنی Number of angles عدد 100 را تایپ کنید . |
4 | در نوار ابزار 2D Far Field (emw) ، روی  Plot کلیک کنید . |
الگوهای تابش میدان دور دوبعدی در صفحه xy برای همه فرکانس ها رسم شده است.
افزایش سه بعدی میدان دور (emw)
1 | در پنجره Model Builder ، در زیر Results 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)) ، 5.5 را انتخاب کنید . |
الگوی تشعشع 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره 3D Far Field، Gain (emw) را گسترش دهید ، سپس روی Radiation Pattern 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای الگوی تشعشع ، بخش ارزیابی را پیدا کنید . |
3 | زیربخش Angles را پیدا کنید . در قسمت متنی Number of elevation angles عدد 90 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متنی Number of azimuth angles عدد 90 را تایپ کنید . |
5 | در نوار ابزار 3D Far Field، Gain (emw) ، روی  Plot کلیک کنید . |
جدول
1 | به پنجره Table بروید . |
نمودار الگوی تابش سه بعدی حاصل را با شکل 3 مقایسه کنید .
نتایج
گروه طرح 1 بعدی 6
در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید .
Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید .جهانی 1
1 | روی 1D Plot Group 6 کلیک راست کرده و Global را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، روی Add Expression در گوشه سمت راست بالای بخش y-Axis Data کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Electromagnetic Waves، Frequency Domain>Ports>emw.VSWR_1 – Voltage Standing Wave Ratio را انتخاب کنید . |
3 | برای گسترش بخش Legends کلیک کنید . تیک Show legends را پاک کنید . |
4 | در نوار ابزار 1D Plot Group 6 ، روی  Plot کلیک کنید . |
این نمودار VSWR پاسخ فرکانس پهنای باند نشان داده شده در شکل 2 را تکرار می کند .
گروه طرح سه بعدی 7
در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی Add Plot Group کلیک کنید و 3D Plot Group را انتخاب کنید .
Add Plot Group کلیک کنید و 3D Plot Group را انتخاب کنید .ایزورفیس 1
1 | روی 3D Plot Group 7 کلیک راست کرده و Isosurface را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Isosurface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، 20*log10(emw.normE+0.1) را تایپ کنید . |
4 | قسمت Levels را پیدا کنید . در فیلد متنی مجموع سطوح ، 20 را تایپ کنید . |
انتخاب 1
1 | روی Isosurface 1 کلیک راست کرده و Selection را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه های 5 و 6 را انتخاب کنید. |
فیلتر 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Isosurface 1 راست کلیک کرده و Filter را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای فیلتر ، قسمت انتخاب عنصر را پیدا کنید . |
3 | در قسمت عبارت Logical for inclusion متن، y>0 &&z<0 را تایپ کنید . |
4 | در نوار ابزار 3D Plot Group 7 ، روی  Plot کلیک کنید . |
