مدل سازی آنتن دو مخروطی برای تست EMI/EMC
معرفی
آنتنهای دو مخروطی برای اندازهگیری فرکانس بسیار بالا (VHF) محبوب هستند زیرا محدوده فرکانس وسیعی را پشتیبانی میکنند. آنها همچنین برای آزمایش سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) مفید هستند که در آن آنتن می تواند به عنوان منبع RF در تست حساسیت یا ایمنی استفاده شود. این مثال یک آنتن دو مخروطی ساخته شده از قاب های شش ضلعی سبک را شبیه سازی می کند که برای ساخت بر مخروط های جامد ترجیح داده می شود. شبیهسازی شامل محاسبه الگوی تابش میدان دور و نسبت موج ایستاده ولتاژ (VSWR) است.

شکل 1: قاب های یک آنتن دو مخروطی به صورت مرزی مدل سازی شده اند. حوزه هوای اطراف و لایههای کاملاً منطبق که برای شبیهسازی مورد نیاز هستند، در این شکل گنجانده نشدهاند.
توجه: این مثال به ماژول RF و ماژول طراحی نیاز دارد.
تعریف مدل
فرکانس کاری این مثال در محدوده فرکانسی VHF معمولی از 60 مگاهرتز تا 240 مگاهرتز است. برای سادهسازی مراحل مدلسازی و کاهش منابع محاسباتی مورد نیاز، ابتدا فرض کنید که ساختار قاب آنتن از نظر هندسی صاف و بسیار نازک است. با این حال، ضخامت بیشتر از عمق پوست در محدوده فرکانس داده شده است، بنابراین منطقی است که آن را به عنوان یک رسانای الکتریکی کامل مدل کنیم.
یک پورت توده ای با امپدانس مرجع 50 Ω به شکاف واقع در مرکز دو ساختار متشکل از قاب های شش ضلعی اختصاص داده می شود. پورت های توده ای باید بین دو مرز رسانا اعمال شوند.
آنتن توسط یک حوزه هوای کروی محصور شده است. بیرونیترین لایههای حوزه هوا بهعنوان لایههای کاملاً منطبق (PML) پیکربندی شدهاند که تمام تشعشعات خروجی از آنتن را جذب میکنند و در طول شبیهسازی بهعنوان یک محفظه آنکویک کار میکنند.
نتایج و بحث
شکل 2 توزیع میدان الکتریکی را بر حسب دسی بل و همچنین نمودار فلشی نشان می دهد که خواص جهت میدان را در 70 مگاهرتز نشان می دهد. مشاهده می شود که وقتی فرکانس در محدوده پایین تر است میدان الکتریکی به کل ساختار محدود می شود و با افزایش فرکانس ناحیه واکنش به تدریج تغییر می کند.
نمودار قطبی میدان دور دو بعدی در شکل 3 نشان داده شده است . آنتن در امتداد محور z قرار دارد و الگوی تابش در صفحه xy همه جهته است . الگوی تابش میدان دور سه بعدی در شکل 4 همان ویژگی های همه جهتی را در جهت ازیموتال نشان می دهد. VSWR محاسبه شده ( شکل 5 ) به طور متوسط تقریباً 3:1 است.

شکل 2: توزیع میدان الکتریکی در صفحه yz بر حسب دسی بل در 70 مگاهرتز. میدان الکتریکی در کل ساختار آنتن تشدید می شود.

شکل 3: نمودار میدان دور قطبی روی صفحه xy. بهره کلی آنتن حدود 0 dBi است.

شکل 4: الگوی میدان دور سه بعدی در 70 مگاهرتز. این الگو شبیه آنتن دوقطبی نیمه موج معمولی است.

شکل 5: نسبت موج ایستاده ولتاژ (VSWR) با مقیاس log بر روی محور y رسم می شود. به طور متوسط تقریباً یک VSWR 3:1 ارائه می دهد.
مسیر کتابخانه برنامه: RF_Module/Antennas/biconical_frame_antenna
دستورالعمل های مدل سازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی
Model Wizard کلیک کنید .

مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard ، روی ![]() |
2 | در درخت انتخاب فیزیک ، فرکانس رادیویی > امواج الکترومغناطیسی، دامنه فرکانس (emw) را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 | ![]() |
5 | در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Frequency Domain را انتخاب کنید . |
6 | ![]() |
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 (60[MHz],10[MHz],240[MHz]) 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 ، قسمت Advanced را پیدا کنید . |
3 | از لیست نمایش هندسه ، هسته CAD را انتخاب کنید . |
صفحه کار 1 (wp1)
1 | در نوار ابزار هندسه ، روی صفحه ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای صفحه کار ، قسمت تعریف هواپیما را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن مختصات z ، 2[cm] را تایپ کنید . |
صفحه کار 1 (wp1)> هندسه صفحه
در پنجره Model Builder ، روی صفحه هندسه کلیک کنید .
صفحه کار 1 (wp1)> مستطیل 1 (r1)
1 | در نوار ابزار Work Plane ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، 2[cm] را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 2[cm]/2*sqrt(3) را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت نوشتار xw ، -1[cm] را تایپ کنید . |
6 | ![]() |
صفحه کار 2 (wp2)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Geometry 1 کلیک راست کرده و Work Plane را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای صفحه کار ، قسمت تعریف هواپیما را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن مختصات z ، 50[cm] را تایپ کنید . |
4 | ![]() |
صفحه کار 2 (wp2)> مستطیل 1 (r1)
1 | در نوار ابزار Work Plane ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، 2[cm] را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 40[cm] را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت نوشتار xw ، -1[cm] را تایپ کنید . |
6 | ![]() |
کپی 1 (کپی1)
1 | روی Geometry 1 کلیک راست کرده و Transforms>Copy را انتخاب کنید . |
2 | فقط شیء wp1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای کپی ، بخش Displacement را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متن z ، 0.65 را تایپ کنید . |
5 | ![]() |
6 | ![]() ![]() |
Loft 1 (Loft1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی ![]() |
2 | فقط اشیاء wp1 و wp2 را انتخاب کنید. |
Loft 2 (Loft2)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای Loft ، برای گسترش بخش Start Profile کلیک کنید . |
3 | زیربخش نمایه شروع را پیدا کنید . برای انتخاب دکمه ضامن فعال کردن انتخاب کلیک کنید . ![]() |
4 | در شی loft1 ، فقط مرز 4 را انتخاب کنید. |
با استفاده از پنجره Selection List ممکن است انتخاب مرز صحیح آسان تر باشد . برای باز کردن این پنجره، در نوار ابزار Home روی Windows کلیک کرده و Selection List را انتخاب کنید . (اگر از دسکتاپ کراس پلتفرم استفاده می کنید، ویندوز را در منوی اصلی پیدا می کنید.)

5 | برای گسترش بخش پایان نمایه کلیک کنید . قسمت پایان مشخصات را پیدا کنید . برای انتخاب دکمه ضامن ![]() |
6 | در شیء copy1 ، فقط مرز 1 را انتخاب کنید. |
7 | ![]() |
حذف نهادهای 1 (del1)
1 | روی Geometry 1 کلیک راست کرده و Delete Entities را انتخاب کنید . ![]() |
2 | در شی loft2 ، فقط مرزهای 1، 2، 4–6، 10 و 11 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای حذف نهادها ، روی ![]() |
چرخش 1 (rot1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی ![]() |
2 | فقط شی del1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای چرخش ، قسمت چرخش را پیدا کنید . |
4 | در قسمت نوشتار Angle ، 0 60 120 180 240 300 را تایپ کنید . |
5 | ![]() ![]() |
سیلندر 1 (cyl1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات سیلندر ، بخش اندازه و شکل را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Radius ، 5[mm] را تایپ کنید . |
4 | در فیلد نوشتار ارتفاع ، 17.5[mm] را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن z ، 2.5[mm] را تایپ کنید . |
چرخش 2 (rot2)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی ![]() |
2 | ![]() |
3 | در پنجره تنظیمات برای چرخش ، قسمت چرخش را پیدا کنید . |
4 | در قسمت Angle text عدد 0 180 را تایپ کنید . |
5 | از لیست نوع محور ، x-axis را انتخاب کنید . |
6 | قسمت Selections of Resulting Entities را پیدا کنید . زیربخش انتخاب تجمعی را پیدا کنید . روی New کلیک کنید . |
7 | در کادر محاورهای New Cumulative Selection ، با ایجاد مجموعهای از موجودیتهای حاصل، میتوانید به راحتی تمام سطوح رادیاتور آنتن را هنگام تنظیم فیزیک بعداً انتخاب کنید. |
8 | آنتن فریم را در قسمت متن نام تایپ کنید . |
9 | روی OK کلیک کنید . |
10 | در پنجره تنظیمات برای چرخش ، روی ![]() |
11 | ![]() ![]() |
صفحه کار 3 (wp3)
1 | در نوار ابزار هندسه ، روی صفحه ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای صفحه کار ، قسمت تعریف هواپیما را پیدا کنید . |
3 | از لیست Plane ، zx-plane را انتخاب کنید . |
4 | ![]() |
صفحه کار 3 (wp3)> هندسه صفحه

صفحه کار 3 (wp3)> مستطیل 1 (r1)
1 | در نوار ابزار Work Plane ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، 5[mm] را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 10[mm] را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت نوشتار xw ، -2.5[mm] را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن yw ، -5[mm] را تایپ کنید . |
7 | ![]() ![]() |
کره 1 (sph1)
1 | روی Geometry 1 کلیک راست کرده و Sphere را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Sphere ، بخش Size را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Radius ، 1.2 را تایپ کنید . |
4 | برای گسترش بخش لایه ها کلیک کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام لایه | ضخامت (متر) |
لایه 1 | 0.3 |
5 | در نوار ابزار Geometry ، روی ![]() ![]() |
تعاریف
کاملاً منطبق بر لایه 1 (pml1)
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی لایه ![]() |
2 | فقط دامنه های 1-4 و 8-11 را انتخاب کنید. |
اینها همه از بیرونی ترین حوزه های کره هستند.

3 | در پنجره تنظیمات برای لایه کاملاً منطبق ، قسمت هندسه را پیدا کنید . |
4 | از لیست Type ، Spherical را انتخاب کنید . |
هنگام تنظیم مواد، فیزیک و مش، برخی از مرزها را سرکوب کنید تا دید بهتری 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 | 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 1، 5، 6، 9، 10 و 90–96 را انتخاب کنید. |
مواد را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی ![]() |
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 ![]() |
امواج الکترومغناطیسی، دامنه فرکانس (EMW)
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 | در پنجره Settings for Perfect Electric Conductor ، قسمت Boundary Selection را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، قاب آنتن را انتخاب کنید . ![]() |
پورت انجماد 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | ![]() |
3 | فقط Boundary 73 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 .

مش 1
در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Mesh 1 کلیک راست کرده و Build All را انتخاب کنید .

مطالعه 1
مرحله 1: دامنه فرکانس
در نوار ابزار صفحه اصلی ،
روی محاسبه کلیک کنید .

نتایج
میدان الکتریکی (emw)
توزیع میدان الکتریکی در داخل PML ها جالب نیست، بنابراین دامنه های PML را از تجسم حذف کنید.
مطالعه 1/راه حل 1 (sol1)
در پنجره Model Builder ، گره Results>Datasets را گسترش دهید ، سپس روی Study 1/Solution 1 (sol1) کلیک کنید .
انتخاب
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | فقط دامنه 5 را انتخاب کنید. |
5 | ![]() |
چند برش
نمودار پیش فرض هنجار فیلد E را چند برش تنظیم کنید.
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 متن Expression ، 20*log10(emw.normE) را تایپ کنید . |
4 | بخش Multiplane Data را پیدا کنید . زیربخش Y-planes را پیدا کنید . در قسمت متن Planes عدد 0 را تایپ کنید . |
5 | زیربخش Z-planes را پیدا کنید . در قسمت متن Planes عدد 0 را تایپ کنید . |
6 | در نوار ابزار Electric Field (emw) ، روی ![]() |
میدان الکتریکی (emw)
یک نمودار فلش اضافه کنید.
فلش جلد 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Electric Field (emw) کلیک راست کرده و Arrow Volume را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای حجم پیکان ، بخش موقعیت یابی پیکان را پیدا کنید . |
3 | زیربخش X grid points را پیدا کنید . در قسمت متنی Points ، 1 را تایپ کنید . |
4 | زیربخش نقاط شبکه Y را پیدا کنید . در قسمت متنی Points ، 21 را تایپ کنید . |
5 | زیربخش نقاط شبکه Z را پیدا کنید . در قسمت متنی Points ، 21 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . از لیست نوع پیکان ، مخروط را انتخاب کنید . |
7 | از لیست طول پیکان ، Normalized را انتخاب کنید . |
8 | چک باکس Scale factor را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، 2e-4 را تایپ کنید . |
بیان رنگ 1
1 | روی فلش جلد 1 کلیک راست کرده و Color Expression را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Color Expression ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، 20*log10(emw.normE) را تایپ کنید . |
4 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . تیک Color legend را پاک کنید . |
5 | برای گسترش بخش Range کلیک کنید . تیک گزینه Manual color range را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت Maximum text عدد 5 را تایپ کنید . |
میدان الکتریکی (emw)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Results روی Electric Field (emw) کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 3D Plot Group ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست مقدار پارامتر (فرکانس (گیگاهرتز)) ، 0.07 را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار Electric Field (emw) ، روی ![]() |
5 | ![]() |
برای نمودار بازتولید شده به شکل 2 مراجعه کنید .
پارامتر S (emw)

طرح اسمیت (emw)

میدان دور دو بعدی (EMW)
1 | در پنجره Model Builder ، روی 2D Far Field (emw) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Polar Plot Group ، بخش Axis را پیدا کنید . |
3 | تیک گزینه Manual axis limits را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت حداقل متن r ، -20 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت حداکثر متن r ، 2 را تایپ کنید . |
الگوی تشعشع 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره 2D Far Field (emw) را گسترش دهید ، سپس روی Radiation Pattern 1 کلیک 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.gaindBEfar – Far-field gain، dBi را انتخاب کنید . |
3 | در نوار ابزار 2D Far Field (emw) ، روی ![]() |
شکل 3 نمودار قطبی افزایش میدان دور 2 بعدی را نشان می دهد.
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)) ، 0.07 را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار 3D Far Field، Gain (emw) ، روی ![]() |
شکل 4 الگوی تابش میدان دور سه بعدی را نشان می دهد.
VSWR
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، VSWR را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
جهانی 1
1 | روی VSWR 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 Coloring and Style کلیک کنید . زیربخش نشانگرهای خط را پیدا کنید . از لیست نشانگر ، نقطه را انتخاب کنید . |
VSWR
1 | در پنجره Model Builder ، روی VSWR کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 1D Plot Group ، بخش Axis را پیدا کنید . |
3 | کادر بررسی مقیاس گزارش محور y را انتخاب کنید . |
4 | تیک گزینه Manual axis limits را انتخاب کنید . |
5 | در فیلد متن حداقل y ، 1 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن حداکثر y ، 100 را تایپ کنید . |
7 | در نوار ابزار VSWR ، روی ![]() |
نمودار VSWR را با شکل 5 مقایسه کنید .
گروه طرح سه بعدی 7
در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی
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 . |
فیلتر 1
1 | روی Isosurface 1 کلیک راست 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، x>0 را تایپ کنید . |
4 | در نوار ابزار 3D Plot Group 7 ، روی ![]() |
5 | ![]() |
6 | ![]() ![]() |