如何分析天線的遠場極化方向圖

在用CST進行仿真設計的過程中，經常需要對某一些參數(shù)進行參數(shù)化設置，并對這些參數(shù)進行仿真對比。這一期，我們介紹下如何分析天線遠場方向圖的垂直極化和水平極化。還是借用“CST圓極化平板天線仿真實例”。

設置監(jiān)視器

首先我們先確認一下是否添加了遠場監(jiān)視器，因為我們之前的應用模板已經設置好了幾個監(jiān)視器，在界面左側導航欄，如下圖所示：

其中那個farfield（f=1.09）就是已經設置的遠場監(jiān)視器，這里f=1.09是指1.09GHz頻率下的遠場監(jiān)視器。

用戶根據(jù)自己需要設置需要觀察頻點的監(jiān)視器，可以點擊simulation選項卡下的Field Monitor來添加，如下圖所示：

CST微波工作室下可以添加的監(jiān)視器種類很多，之前模板已經設置了f=1.09下的電場e-field、磁場h-field、遠場監(jiān)視器far-field，所以這里我們點Cancel，不需要重復設置。

分析遠場結果

在完成仿真后，我們在導航欄下可以看到farfileds文件夾下，有以下兩個文件夾Farfield Cuts 和farfiled(f=1.09)[1]，如下圖所示：

其中Farfield Cuts是為了方便用戶，幫助用戶選取記錄了幾個常用的切面遠場結果，例如Phi=0，就是下圖中XOZ平面下的theta在各個角度下的結果；Phi=90，就是下圖中YOZ平面下的theta在各個角度下的結果；Theta=90，就是下圖中XOY平面下的phi在各個角度下的結果。

例如，點擊phi=0,得到的遠場結果，并給出了最大方向性、3dB寬度、副瓣等常用的結果，如下圖所示：

我們點擊farfiled(f=1.09)[1]文件夾，并點擊Farfiled Plot選項卡下3D的圖標，如下圖所示：

這樣我們可以看到三維的遠場方向圖，如下圖所示：

左下角的數(shù)據(jù)顯示，天線的方向性系數(shù)9.908dBi，輻射效率-0.05839dB，總輻射效率-1.340dB。在本仿真中輻射效率是指的銅材料的損耗。總輻射效率是除了輻射效率外，還包括端口匹配的回波損耗的總效率。

點擊Farfiled Plot選項卡下Properties的圖標，彈出對話框如下圖所示：

很多時候我們需要將仿真和測試結果進行對比，通常測試得到的是Realized Gain，我們選擇Plot Mode選項卡將方向性系數(shù)Directivity改成Realized Gain，并點擊Apply，如下圖所示：

也可以直接在Farfield選項卡下直接修改，如下圖所示：

我們點擊farfiled(f=1.09)[1]文件夾，這時候如上圖顯示，天線的增益是8.568 dB。這是總的遠場結果，而默認的分量是球坐標下的theta和phi分量。下面我們通過設置來將垂直極化和水平極化結果顯示出來。

再回到Farfiled Plot界面下，選擇Axes選項卡，坐標系由原來的球坐標Spherical改成Ludwig3，這里將XOZ設置為水平面，YOZ設置為垂直面。

點擊OK，完成設置。這時候，導航欄farfiled(f=1.09)[1]文件夾下如下圖所示：

我們點擊Ludwig3 Horizontal，可見天線水平極化三維方向圖如下圖所示：

我們點擊Ludwig3 Vertical，可見天線垂直極化三維方向圖如下圖所示：

如果想得到二維的結果，我們可以進行設置，如下圖所示：

Phi=90切面下，分別點擊Ludwig3 Horizontal和Ludwig3 Vertical，得到主極化和交叉極化的2D方向圖，如下圖所示

Phi=0切面下，分別點擊Ludwig3 Horizontal和Ludwig3 Vertical，得到主極化和交叉極化的2D方向圖，如下圖所示

Farfiled Plot Properties有大量的可以設置的選項，后續(xù)根據(jù)需要會逐步講到，這里就不展開介紹了，讀者也可以點擊Help查看說明。

小結

本期主要介紹了如何分析遠場方向圖的水平極化和垂直極化的方法。這里只是其中很小一部分。如圓極化、軸比、相位中心，遠場源導出等都會在后續(xù)內容中介紹。