Раніше ми писали про те, як ви можете заощадити час, використовуючи умови симетрії, антисиметрії, а також періодичні граничні умови в ваших електромагнітних моделях. Сьогодні ми продемонструємо модель, яка використовує переваги осьової симетрії - модель конічної рупорної антени.
Економте час, використовуючи двомірну осесиметричних модель
Незважаючи на те, що можна створити і вирішити тривимірну модель конічної рупорної антени, рішення такої моделі потребують порівняно багато обчислювальних ресурсів. Ми можемо знайти рішення для електромагнітного поля набагато швидше, використовуючи симетрію конструкції. Так як ми маємо справу з конусом, модель конструкції симетрична щодо своєї осі, тобто володіє осьовою симетрією.
З іншого боку, хоча конструкція і Осесиметрична, електромагнітні поля будуть змінюватися по азимуту осі, тобто буде мати місце азимутальная варіація цих полів. Модулі Радіочастоти і Хвильова оптика дозволяють моделювати осесиметричні конструкції з різними індексами азимутальних мод.
Ми можемо використовувати цей функціонал. Побудувавши двомірну осесиметричних модель і знайшовши рішення для різних індексів азимутальних мод, ми отримаємо модель, яка вирішується набагато швидше і менш вимоглива до пам'яті, ніж повна тривимірна модель. Звучить прекрасно, але спочатку розповімо дещо про рупорних антенах.
Загальні зауваження про рупорних антенах
Існують різні види рупорних антен, що відрізняються загальною формою і внутрішньою конструкцією. Ці властивості визначають розподіл інтенсивності в пучку, ширину смуги частот і крос-поляризацію антени.
Крос-поляризація означає, що електромагнітні поля поляризовані в напрямку, який не відповідає цільовому. Наприклад, ми б хотіли домогтися вертикальної поляризації полів, а отримали натомість горизонтальну поляризацію.
Раструб антени з'єднується з хвилеводом, по якому електромагнітні хвилі передаються до антени. Форма рупора визначає призначення антени. Наприклад, секторні рупори (b і c на малюнку нижче) зазвичай використовуються для антен РЛС.
Існують такі форми рупорів: а) пірамідальний, б) секторний в площині E, в) секторний в площині H, г) конічний, д) експонентний. Четворно (Chetvorno), "Horn antenna types" ( «Види рупорних антен»), власна робота. На умовах ліцензії Creative Commons CC0 1.0 Універсальної передачі в суспільне надбання, матеріал з Вікісховища.
Модель гофрованої конічної рупорної антени
У нашому випадку антена має форму конуса (d на малюнку вище) і внутрішню гофровану поверхню. Це гофрований конічна рупорна антена з круглим хвилеводом. Хвилевід передає збуджену поперечну електричну моду (ТІ) через гофрований розтруб, який, в свою чергу, створює поперечну магнітну моду (ТМ). Завдяки гофрованої поверхні конуса моди змішуються, що приводить до зменшення крос-поляризації на апертурі в порівнянні з вихідною збудженої електричної поперечної модою.
Конічна рупорна антена: Тривимірна візуалізація двомірної осесиметричної моделі. Хвилевід подає на антену моду TE1m (m = ± 1), яка при поширенні уздовж антени змішується з модою TM1m.
Вище ми згадували, що таке крос-поляризація, але чому ми хочемо її послабити? У разі високої крос-поляризації сигнал може интерферировать з іншими близькими каналами, якщо вони мають чергуються вертикальну і горизонтальну поляризацію. Така інтерференція небажана.
Вивчення крос-поляризації в рупорної антени
Ми можемо створити модель для вивчення крос-поляризації за допомогою COMSOL Multiphysics і модуля Радіочастоти. Як ми дізналися раніше, ми можемо заощадити час, вирішуючи це завдання як двомірну осесиметричних, а не тривимірну. Для цього ми використовуємо інтерфейс Electromagnetic Waves, Frequency Domain (Електромагнітні хвилі, частотна область).
Ми пропустимо покроково моделі і перейдемо до найцікавішого - результатами. Якщо ви хочете відтворити наведені тут графіки, скачайте документацію до моделі і mph-файл з Галереї моделей.
По-перше, ми можемо побачити діаграму спрямованості випромінювання антени:
Графік в дальній зоні: Діаграма спрямованості випромінювання антени.
Далі, ми можемо вивчити електричне поле на вході і виході з антени. Вирішуючи модель для m = +1 і для m = -1, ми можемо порівняти лінійну поляризацію в напрямках осей x і y на виході.
Електричне поле на вході і виході антени для лінійної суперпозиції m = +1 і m = -1.
На вході хвилеводу поле переважно спрямоване уздовж осі x. але не поляризоване лінійно. На апертурі, навпаки, поле практично повністю лінійно поляризоване. Щоб кількісно оцінити поляризацію в обох напрямках, ми можемо обчислити інтеграл абсолютного значення кожної складової поля по входу і виходу конічної рупорної антени. Таким чином ми встановлюємо, що ставлення поляризаций дорівнює приблизно 5: 1 на вході і приблизно 40: 1 на виході. Іншими словами, ми знизили крос-поляризацію приблизно у вісім разів.