CST电磁仿真之天线仿真方向的应用
天线是无线通讯领域中传递信息的载体,是系统中负责通讯的关键部件,提高其性能可有效提高整个系统的稳定性。
CST电磁仿真支持共形贴敷功能,内置基于ACIS内核的实体建模前端和强大的导入导出接口,能够满足对复杂天线结构的建模。CST电磁仿真包含多种全波数值算法和高频算法,如常见的时域有限积分、有限元、矩量法、多层快速多极子、弹跳射线法等,能够实现对电小、电中以及电大,甚至超电大天线问题的准确仿真。另外,CST具有HPC高性能计算模块,支持GPU加速和CPU并行。用户购买软件后,可以快速、准确和灵活地进行天线结构设计、天线性能仿真、天线布局等。CST具有混合求解功能,通过多种算法的组合,可以将不同算法的优势发挥出来,在精度、速度上达到定性、定量,不同设计阶段各类需求的统一。
1、性能指标
天线仿真设计主要实现天线的设计和仿真分析,与载体平台为一体,考虑天线布局及天线罩对天线性能影响。主要包括以下功能:
天线设计:完成单天线的选型及天线阵的设计;
天线仿真:对天线进行性能仿真和优化;
天线布局:研究天线布局及天线互耦分析;
天线罩:研究天线罩对天线性能的影响;
天线一体化设计:考虑天线单元、天线组阵、T/R组件、馈线等放在一起进行统筹设计。
2、技术方案
得益于CST完整的软件模块和完备的技术能力,CST能够完成从天线设计到天线仿真优化的全过程,包括单天线设计仿真、阵列天线仿真优化、天线罩及天线布局等。
下图给出了CST在天线、天线阵以及天线布局设计仿真的流程图,基于前文所述的强大而丰富的电磁算法,适用于各个级别各个层次的天线仿真,为天线仿真提供了更准确、全面、有效的一站式方案。
CST天线仿真流程图
▲天线设计
CST内置基于ACIS内核的实体建模前端,支持多种模型变换功能,支持共形贴敷功能,能够完成对复杂结构天线的建模。对于阵列天线的仿真,CST具有阵列任务向导,一键完成单一天线到阵列天线的转换。下图所示为利用CST创建的微带天线单元及利用阵列任务生成的微带天线阵。
微带天线模型
▲天线仿真
CST微波工作室中包含多种全波数值和高频算法,其中适用于天线仿真应用的求解器分别是时域求解器、频域求解器、积分方程求解器和高频求解器,包含的算法包括FITD、TLM、FEM、MoM、ACA、MLFMM、PO、SBR等,能够完成不同电尺寸天线的求解。
通过CST仿真计算,可以得到天线的性能指标包括:
●S参数(带宽、隔离度)
●方向图(二维、三维,支持相控阵波束扫描)
●增益
●效率
●输入阻抗
●VSWR
●表面电流分布
下图所示为前一节所述微带天线的部分仿真结果。
S参数曲线
三维方向图
CST也可以仿真天线罩对天线性能的影响。
天线罩对天线性能的影响
CST能够进行天线布局。下图所示的相控阵在自身性能仿真完成后,加载到载体平台上进行更进一步的仿真和优化。
天线装载
天线布局仿真
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