CST微波工作室圆极化平板天线仿真实例2

本期继续完成一款圆极化Patch天线的仿真实例。读者可以完整的了解到怎么用CST微波工作室，完成对一款天线建模、设置到仿真分析的完整过程。

上面几期中我们介绍一些天线仿真相关的常见FAQ，也都是和这个仿真案例相关的。

FAQ 001：如何进行时域自适应网格设置

FAQ 002：如何进行参数化扫描

FAQ 003：如何分析天线的远场极化方向图

本期中，我们要设计的圆极化天线尺寸如下图所示：

本期内容是接着上期部分开始。

首先先完成仿真实例001：圆极化平板天线仿真01，如下图所示：

 

我们在该仿真基础上进行修改模型。最终的建模如下图所示：

 

修改材料

因为之前用的是copper铜，这里我们用的材料是Aluminium 铝,我们需要先在材料库中替换材料。

选中原来的材料Copper(pure)，点击Load from materail library并从材料库选择替换的材料Aluminium 铝,如下图所示：

这时候材料库里，多了一个Aluminum，如下图所示：

并将之前选中的三个部件feed\GND\patch都更改为了铝材。在实际操作中，用户也可以先Load需要用到的材料材料，然后将需要更改的Components直接拖拽至需要的材料里，就可以完成材料更改。

 

建模

点击Modeling选项卡下局部坐标系的Align WCS按钮，如下图所示：

在窗口内直接点击需要放置局部坐标系的一条边，双击鼠标，如下图所示：

点击brick，创建一个Vacuum材料的需要切除的9mm*9mm*1mm的小方块，坐标和相对关系如下图所示：

点击OK，再选择Cut away highlighted shape，如下图所示：

切除好的一边，如下图所示：

使用相同方法，切除另外一边，取消局部坐标系，完成后的模型，如下图所示：    

将Patch的长和宽都按上文中的尺寸，改成116.5mm，w和l是之前一篇文章中都设置好的参数，如下图所示：

更改了参数后，此时窗口内提示点击F7后更新模型，更新好的模型如下图所示：

点击Modeling选项卡下局部坐标系的Align WCS按钮，如下图所示：

在窗口内Patch上双击鼠标，创建局部坐标系。再点击圆柱Cylinder，创建Support模型，尺寸和材料，如下图所示：

再将局部坐标系改到圆柱support的顶端，如下图所示：

再点击Modeling选项卡下的Cylinder，创建圆盘Hat，如下图所示：

再将局部坐标系改到Patch的一个角上，如下图所示：

旋转局部坐标系，如下图所示：

我们要建模一段宽度2mm，厚度1mm，长度21mm的Trace，可用以下方法：

选中刚才创建的line，按下图设置line，如下图所示：

完成第一段21mm*2mm*1mm的传输线建模后，我们将局部坐标系移动到线段的头部位置，转

动局部坐标系(Shift+V)(Shift+U)，将u轴，v轴，沿着建模线段的方向，如下图所示:

复上述的方法，再创建2段线段，尺寸分别是10mm*18mm*1mm和39mm*2mm*1mm。

点击Local WCS，取消局部坐标系，此时模型如下图所示：

选中传输线的端点，如下图所示：

坐标为P1(X,Y,Z) 8.752525,-107.747475,11，我们将之前设置好的馈电处的参数，feedx和feedy改为8.752525和-107.747475。如下图所示：

改了参数后，此时窗口内提示点击F7后更新模型，更新好的模型如下图所示：

 

启动仿真

首先进入全局网格设置，点击六面体网格Hexahedral，如下图所示：

共40万网格，这里我们不对网格做更改，具体收敛性操作见FAQ 001：如何进行时域自适应网格设置。

点击Start Simulation，开始仿真，如下图所示：

我们看到这样一个1.1GHz的圆极化天线，40万网格，用时域求解器仿真的时间是155s。

 

分析结果

 

导航栏下点击1D Results\S-Paprmeters，如下图所示：

再Post-Processing下点击Caculate VSWR，也可以勾选Always Caculate，如下图所示：

导航栏下点击1D Results\VSWR，调整显示范围后，如下图所示：

导航栏下点击Farfields\farfiled(f=1.09)[1]，如下图所示：

天线远场方向图，如下图所示：

点击Farfield Plot 选项卡下的 Circular Directional，如下图所示：

再点击Farfields\farfiled(f=1.09)[1]\Left Polazation，此时左旋圆极化的方向图，如下图所示：

再点击Farfields\farfiled(f=1.09)[1]\Right Polazation，此时右旋圆极化的方向图，如下图所示：

除了远场方向图可以看出这次建模仿真的天线工作再右旋圆极化外，还可以看2D results\E-field\e-field(f=1.09)[1]，再点击Smart Scaling，如下图所示：

点击Animate Fields后，动态图如下图所示：

 

 

小结

本期完成了仿真001案例，圆极化天线完整的建模和仿真过程。