基于AMDS的螺旋天線仿真

螺旋天線由于具有體積小，定向型高的特點(diǎn)，在電話、電視和數(shù)據(jù)空間通信中廣為應(yīng)用。

但是，目前的仿真技術(shù)對螺旋天線的仿真存在一定的困難。采用有限元法(FEM)的仿真軟件，如安捷倫的EMDS，對于螺旋天線的網(wǎng)格剖分存在網(wǎng)格數(shù)量過多，導(dǎo)致超出內(nèi)存限制的問題。對于螺旋天線陣列的仿真，更是心有余而力不足。

安捷倫使用有限時(shí)域差分算法(FDTD)的AMDS(Antenna Modeling Design System)則可以利用自適應(yīng)網(wǎng)格剖分來對螺旋天線及其陣列進(jìn)行寬帶頻響仿真。在使用硬件加速卡之后，更可以提高仿真速度10至20倍。

在AMDS中，可以快速的對螺旋天線進(jìn)行建模。

首先對螺旋天線模型進(jìn)行寬帶掃頻，觀察其反射比較好的頻率范圍：(見圖1)

如對于此螺旋天線，在18.5GHz附件反射系數(shù)低于-20dB，即此天線完全可以在18.5GHz使用。

利用惠普的Compaq nc8230筆記本計(jì)算機(jī)(Pentium CPU 2.0GHz，1.5GB內(nèi)存)進(jìn)行寬帶仿真，耗時(shí)11分10秒：(見圖2)

在18.5GHz處進(jìn)行單頻點(diǎn)計(jì)算，可以觀察單個(gè)螺旋天線的遠(yuǎn)場輻射圖、電

場分布、端口特性等參數(shù)，便于工程師對設(shè)計(jì)進(jìn)行修正。

單個(gè)螺旋天線的三維遠(yuǎn)場輻射圖及固定Theta=0，Phi從0至360掃頻結(jié)果如下所示：(見圖3)

單個(gè)螺旋天線YZ截面的電場分布圖如下圖所示：

對單個(gè)螺旋天線的端口進(jìn)行分析，可知其VSWR為1.31，阻抗為63.4-j*6.6。

再進(jìn)行更為復(fù)雜的2×2螺旋天線陣列仿真。

將原有的單個(gè)螺旋天線模型進(jìn)行復(fù)制、粘貼等命令，并修改反射接地面，得到下圖所示的螺旋天線陣列圖：(見圖4)

可以觀察網(wǎng)格劃分以后的螺旋線性陣列。用微小的正方體完全可以表征螺旋的物理特性，這便是得到精確仿真結(jié)果最起碼的要求。

耗時(shí)97分鐘后，可以得到螺旋天線陣列的單頻點(diǎn)特性。

下圖為螺旋天線陣列的三維遠(yuǎn)場輻射圖及Theta=0，Phi從0至360掃頻結(jié)果：(見圖5)

可見，相對于單個(gè)螺旋天線，天線陣列的方向性更好，但由于饋電位置不太正確，導(dǎo)致陣列的最大輻射方向不在其法向中心。

螺旋天線陣列仿真的例子可以說明：安捷倫三維全波電磁場仿真工具AMDS可以幫助工程師進(jìn)行復(fù)雜的天線陣列的建模、仿真，并得到多種參數(shù)供工程師進(jìn)行分析。