CST天线阵模块讲解
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导入文本文件:用户自定义的任意阵元位置及端口幅相分布 设置仿真结果名称:
设置仿真结果名称,可以通过勾选 Automatic labeling 来自动命名,也可以自定义名称。 Special 中的设置——量化误差设置:
Number of Phase bits:移相器位数;
Number of Amplitude bits:衰减器位数;
设置单元数: Number of Row:平行于 X 轴的行数
Number of Columns:平行于 Y 周的列数 S1(x) S2(y’)
设置单元间距: S1(x),S2(y’)及 Grid Angle 的含义如下图: 设置波束指向角:
Scan Theta:波束指向角的 Theta 角度; Scan Phi:波束指向角的 Phi 角度; Load phase distribution:载入端口的相位信息。
当仿真大型阵列天线(如 30*50 阵元)时,创建模型并对每一个端口赋予指定的幅值和相位,将会是非常繁琐的工作, 针对此种情 况,CST 微波工作室(CST MWS)中加入了 Array Wizard 宏命令,可以方便快速的建立天线阵,并预设所有端口的幅值及相位:
在这里,我们一方面会遍历 Array Wizard 宏的所有设置,对其功能进行说明; 另一方面会通过实际案例进一步说明 Array Wizard 的具体用法。
Array Wizard 功能简介
选择宏功能的类型: Construct Finite Array from Single Element 从单元创建整个阵列 Simultaneous Excitation:Update Am / Ph Distribution 对已有阵列的所有端口赋幅度和相位值 Perform Combine Results:Setup Am / Ph Distribution and Excitation 分配端口幅度和相位 Setup and Plot Farfield Array 设置并画出远场阵列 勾选 Apply to Farfield Source 选项,可以将 远场源作为一个阵元进行组阵操作。
幅度加权
Amplitude weight 在下拉菜单中选择一种幅度分布函数: Uniform(均匀分布) 、Binomial(二项式分布) 、Cosine(余弦分 布)、 Cosine^2(余弦平方分布) 、Chebyshev(切比雪夫分布) 、Taylor(泰勒分布) 、User Defined(自定义分布) 、Relative sidelobe level(dB)设置副瓣电平、Frequency 设置参考频率。
运行 Array Wizard 宏命令 点击菜单 Marcos->Wizard->Array Wizard 并进行如下设置: • 对已有的阵列赋以新的幅相分布 • 波束偏角为 0°,幅度加权为切比雪夫分布,副瓣电平-25dB,频率为 0.79GHz
端口幅相赋有新值,使用时域求解器,点击 Start 开始仿真: 原来幅度是泰勒加权
仿真分析结果
现在幅度变为切比雪夫加权
Least Significant Bit(dB):衰减量的最小步进;
Maximum Attenuation(dB):最大衰减量 (不需要设置,当衰减器位数及衰减量最小步进设置完成后,此项会自动显示)。 注:移相器和衰减器位数设置为 0 时为理 想情况,位数无穷大(精度无穷高)。
Special 中的设置——阵元端口间的相移: 此设置仅适用于天线阵中每个阵元均为多端口馈电的情况,当阵元的多个端口间存在相位差时,使用此项进行设置。
使用时域求解器,点击 Start 开始仿真。
所有端口的幅度和相位均已经自动设置完成(因扫描角 Scan Phi 和 Scan Theta 均为 0,故所有端口的 Phase shift 均为 0) 。
天线阵方向图分析结果如下:
对已有阵列的各个端口进行幅度相位的设置 使用此选项的前提是天线阵和端口已存在。(.注:端口序号必须按照下图排列,该宏才能正确地配置端口的幅度和相位)
Special 中的设置——最小值设置: 此设置仅适用于分布函数为二项式分布、 余弦分布或余弦平方分布,用来设置幅度的最小值。
Special 中的设置:溢出阵元处理 移除溢出的单元,并可以设置第一个阵元的偏置位置。当 Grid Angle=90 度时,无此选项。
不论是自动生成的阵列,还是使用宏分配阵列端口的幅值 和相位,均需按照下图所示的方式对端口进行排列:
案例展示 以一个偶极子天线为例,从单元创建整个天线阵。点击菜单 Marcos->Wizard->Array Wizard 并进行如下设置:
• 10×5 的阵列,阵元间距 150mm x 200mm • 波束偏角为 0 度,双向幅度加权为泰勒分布,副瓣电平-25dB,频率为 0.79GHz
得到天线阵模型如下: