 |
آنتن موج نشتی یکپارچه موجبر
معرفی
موجبرهای یکپارچه زیرلایه (SIW) را می توان در برنامه های کاربردی آنتن استفاده کرد. امواج نشتی از یک آرایه شکاف در سطح بالایی SIW در این مثال، پرتویی را در جهت خاصی تولید می‌کنند که می‌تواند با انتخاب فرکانس کاری متفاوت هدایت شود.
شکل 1: یک SIW با استفاده از بستر مایکروویو 60 میل ساخته شده است. دیوارهای جانبی با سوراخ هایی متالیز شده خاتمه می یابند. خطوط میکرواستریپ ورودی و خروجی از طریق خطوط مخروطی به SIW متصل می شوند.
تعریف مدل
موجبرهای یکپارچه زیرلایه (SIW) به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند زیرا ساخت آنها آسان است و الگوهای شکاف دار با هر شکلی می توانند روی سطح بالایی رسم شوند. آنتن موج نشتی در این مثال از یک SIW استفاده می‌کند که به سادگی با استفاده از یک ساختار نوع خط میکرواستریپ مشخص می‌شود. در SIW، یک خط ریز نوار 50 Ω در ورودی و خروجی به صورت خطی به یک خط عریض تر در وسط یک بستر 60 میل با ε r = 3.38 مخروطی می شود ( شکل 1).). خط میکرو نوار و صفحه زمین به عنوان دیواره های بالا و پایین یک موجبر عمل می کنند و دیواره های جانبی با افزودن گذرگاه های فلزی بین قسمت وسیع تر یک خط میکرو نوار و صفحه زمین ساخته می شوند. تمام قطعات فلزی با استفاده از هادی الکتریکی کامل (PEC) مدل سازی شده اند. روی هر خط مخروطی یک شکاف دایره ای برای تطبیق امپدانس با 50 Ω وجود دارد . شش شکاف در سطح بالایی خط میکرواستریپ برای تابش موج نشتی قرار داده شده است. آنتن در یک حوزه هوای کروی مدل سازی شده است. دامنه هوا با لایه های کاملاً منطبق (PML) کوتاه شده است که تمام تشعشعات خروجی را جذب می کند.
فرکانس قطع SIW با استفاده از معادله موجبر مستطیلی که با
که در آن a و b ابعاد دیافراگم موجبر هستند. در اینجا، a و b به ترتیب با عرض خط گسترده تر و ضخامت بستر جایگزین می شوند. فرکانس قطع محاسبه شده SIW 7.765 گیگاهرتز با a = 10.5 میلی متر در حالت TE 10 است . فرکانس کاری آنتن موج نشتی باید بیشتر از فرکانس قطع SIW باشد.
همه حوزه ها به جز PML ها توسط یک شبکه چهار وجهی با حداکثر اندازه عنصر پنج عنصر در هر طول موج مش بندی می شوند تا موج به خوبی تفکیک شود. PML ها در مجموع با پنج عنصر در جهت جذب جارو می شوند.
نتایج و بحث
شکل 2 نمودار هنجار میدان الکتریکی پیش فرض را در صفحه xy نشان می دهد . شدت میدان های الکتریکی متصل به هر شکاف از جهت ورودی به سمت خروجی ضعیف تر می شود. فاز میدان های الکتریکی جفت شده به هر شکاف از نظر حسابی در حال تغییر است زیرا موج در داخل SIW حرکت می کند.
ترکیب این دو، مقدار و خواص فاز تابع وزن را برای آنتن آرایه‌ای اسلات تعریف می‌کند. جهت حداکثر تابش آنتن موج نشتی SIW را می توان با کنترل فرکانس کاری که عملکرد وزن را تغییر می دهد هدایت کرد.
نمای جانبی الگوی تابش در قالب قطبی در شکل 3 نشان داده شده است . الگوی تابش میدان دور سه بعدی در شکل 4 نشان داده شده است . اگرچه شیارها به سمت بالا باز هستند، الگوی تشعشع به سمت خروجی با فرکانس 12.25 گیگاهرتز متمایل می‌شود، زیرا موج نشتی در بین شکاف‌ها با قدر و فازهای مختلف جفت می‌شود.
شکل 2: نمودار نرمال میدان الکتریکی در صفحه xy انرژی نشت شده از طریق شکاف ها را نشان می دهد.
شکل 3: نمودار قطبی برش محور x الگوی تابش میدان دور.
شکل 4: الگوی تابش میدان دور سه بعدی به سمت محور y مثبت متمایل شده است.
مسیر کتابخانه برنامه: RF_Module/Antenna_Arrays/siw_leaky_wave_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 ، 12.25[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 . |
صفحه کار 1 (wp1)
در نوار ابزار هندسه ، روی صفحه کار کلیک کنید .
کار کلیک کنید .صفحه کار 1 (wp1)> هندسه صفحه
در پنجره Model Builder ، روی صفحه هندسه کلیک کنید .
Work Plane 1 (wp1)>Import 1 (imp1)
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  واردات کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای واردات ، بخش واردات را پیدا کنید . |
3 |  روی Browse کلیک کنید . |
4 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل siw_leaky_wave_antenna.mphbin دوبار کلیک کنید . |
5 |  روی Import کلیک کنید . |
بلوک 1 (blk1)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Geometry 1 کلیک راست کرده و Block را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Block ، قسمت Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width عدد 21 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت Depth text عدد 83 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن ارتفاع ، 1.524 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Position را پیدا کنید . از لیست پایه ، مرکز را انتخاب کنید . |
7 | در قسمت متن z ، -1.524/2 را تایپ کنید . |
8 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
9 |  روی دکمه Wireframe Rendering در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
اکسترود 1 (ext1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Extrude کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Extrude ، بخش Distances را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
فاصله ها (میلی متر) |
-1.524 |
4 |  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 65 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 | 20 |
5 |  روی Build All Objects کلیک کنید . |
6 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
7 |  روی دکمه Zoom In در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
هندسه تمام شده باید شبیه این باشد.
تعاریف
کاملاً منطبق بر لایه 1 (pml1)
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی لایه  کاملاً منطبق کلیک کنید . |
2 | فقط دامنه های 1-4 و 59-62 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای لایه کاملاً منطبق ، قسمت هندسه را پیدا کنید . |
4 | از لیست Type ، Spherical را انتخاب کنید .  |
امواج الکترومغناطیسی، دامنه فرکانس (EMW)
vias را از دامنه مدل حذف کنید. سپس، شرط مرزی PEC به طور پیش فرض بر روی مرزهای vias اعمال می شود.
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 |  روی Clear Selection کلیک کنید . |
4 | فقط دامنه های 1-7 و 51-63 را انتخاب کنید.  |
هادی الکتریکی کامل 2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Perfect Electric Conductor را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 15، 20، 21، 283، 289، 295، 301، 307، 313، 332، 336 و 365 را انتخاب کنید.  |
پورت انجماد 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Lumped Port را انتخاب کنید . |
2 | فقط Boundary 340 را انتخاب کنید. |
برای پورت اول، تحریک موج به طور پیش فرض روشن است .
پورت 2 جمع شده
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Lumped Port را انتخاب کنید . |
2 | فقط Boundary 342 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 .مواد
مواد 1 (mat1)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Materials راست کلیک کرده و Blank Material را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Material ، قسمت Material Contents را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
مجوز نسبی | epsilonr_iso ; epsilonrii = epsilonr_iso، epsilonrij = 0 | 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 |
مواد 2 (mat2)
1 | روی Materials کلیک راست کرده و Blank Material را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه های 6، 7، 51-58 و 63 را انتخاب کنید.  |
3 | در پنجره تنظیمات برای Material ، قسمت Material Contents را پیدا کنید . |
4 | 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 |
5 | قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . روی ایجاد انتخاب کلیک کنید .  |
6 | در کادر محاوره ای Create Selection ، Substrate را در قسمت متن Selection name تایپ کنید . |
7 | روی OK کلیک کنید . |
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 . |
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 2 و 4 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 12 را انتخاب کنید.  |
مش 1
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 متن Expression ، 20*log10(emw.normE) را تایپ کنید . |
تنظیمات را تغییر دهید تا نمودار فقط در xy -plane نشان داده شود.
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 ، 0 را تایپ کنید . |
انتخاب 1
1 | روی Multislice کلیک راست کرده و Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Substrate را انتخاب کنید . |
4 |  روی دکمه Zoom to Selection در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
تغییر شکل 1
1 | روی Multislice کلیک راست کرده و Deformation را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای تغییر شکل ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن X-component عدد 0 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن Y-component عدد 0 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متنی Z-component ، 20*log10(emw.normE) را تایپ کنید . |
6 | در نوار ابزار Electric Field (emw) ، روی  Plot کلیک کنید . |
شکل 2 را ببینید ).
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 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 2D Far Field (emw) ، روی  Plot کلیک 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 . |
این نمودار الگوی تابش میدان دور سه بعدی را نشان می دهد ( شکل 3 ).
نتایج
مطابقت ورودی (S 11 ) را در فرکانس شبیه سازی شده بررسی کنید.
