CST 电磁仿真教程:如何进行时域自适应网格设置
这个问题很多用户问,所以解答一下。
之前写过两个偏振片的案例,一个从 S 参数看轴比,另一个从远场结果中优化轴比。
下面我们分析一下电磁波的轴比。首先,轴比 AR 最普通的定义就是椭圆极化长短轴的比:
定义 1:AR=abs(Emajor)/abs(Eminor)
写成 dB 的形式是:
AR(dB)=20*log10(abs(Emajor)/abs(Eminor))
这个虽然好理解,但实际天线工程中由于无法测量长短轴,所以对天线工程师来讲,更容易理解和使用的是 IEEE 的定义式,因为测量 AR 是用的两个电场分量,也就是 CST 帮助文档中关于远场 AR 的:
定义 2:
而很多文献中用的是左右圆极化的定义式:
定义 3:
所以问题来了,这三个定义等效么?
答案当然是可以等效。下面给大家推一下后面这两个式子,就是当两个正交分量是长短轴时,看看是不是第一个普通 AR 长短轴的定义式。
首先看 IEEE 的计算式:
由 E1=|E1|e^jα, E2=|E2|e^[j(α+90)]
得:E1^2+E2^2 = |E1| ^2*e^ jα+|E2|^2*e^[j(α+90)*2]
则有:|E1^2+E2^2|= (|E1| ^2-|E2|^2) e^jα
所以:AR= Sqrt[(|E1|^2+|E2| ^2+|E1| ^2-|E2| ^2)/(|E1| ^2+|E2| ^2-|E1| ^2+|E2| ^2)]
= |E1|/|E2|
再看左右极化的 AR 计算式:
根据帮助:
E1-iE2 = |E1|cosα+i|E1|sinα-i|E2|cos(α+90)+|E2|sin(α+90) = |E1|cosα+i|E1|sinα-i|E2|cosα+|E2|sinα
所以: |EL|=1/sqrt(2)*sqrt[(|E1|+|E2|)^2+(|E1|+|E2|)^2]= |E1|+|E2|
同理:|ER|=1/sqrt(2)*sqrt[(|E1|-|E2|)^2+(|E1|-|E2|)^2] = |E1|-|E2|
所以: AR=|ER|+|EL|/(|ER|-|EL|)=|E1|/|E2|
看完不会脑瓜子嗡嗡的吧~
其实就是想说这些定义都一样,都是对的,放心用吧。要想推导就需要注意 E 是矢量,有相位要考虑,很容易推。
下面我们看看远场中的 AR 结果。在远场结果中选中 Axial Ratio 便是轴比 AR 了。
这时你会发现,无论选线极化还是圆极化,或者不同类型的远场,比如方向图或增益图,极化都一样,而且都是最大值 40dB, 比如下图:
这就是 AR 结果的特性,40dB 的地方是线性极化的意思,由于不能用无穷大表示线极化,所以限制在 40dB。其实可以在属性中改掉 40dB,但是一般没必要。其中蓝色的区域就比较有意思了,越蓝越接近圆极化 0dB。当然这个图只有某个角度有可能有点圆极化(那个洞洞里可能有乾坤)。
那为什么 AR 不受极化或类型的影响呢?原因很简单,由定义式可知,AR 是远场最基础的两个正交电场分量 E1 和 E2 算出来的。
再看几个 AR 图:
这个可能的圆极化的角度(蓝色)就较多了,离散的一些角度(红色)是线极化。
这个大概能看出是个主瓣向上的线极化天线。
这个在 Z 方向大部分角度都是蓝色,所以 Z 方向附近都差不多是圆极化。
小结:
1. AR 定义式很多,都是对的。
2. AR 的 dB 值要用 20 倍的 log,这个一定要小心。
3. CST 中的 AR 限制 0~40dB,或者反过来算 0~-40dB,就是那个 inverted IEEE Axial Ratio.
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