Dieses Beispiel dient als Validierungsübung für die XFdtd-Berechnungen von SAR und Impedanz und wurde ursprünglich von Mitarbeitern von Ericsson Radio Systems in den späten 1990er Jahren mit einer viel früheren Version der Software durchgeführt [1]. Der Prozess wird hier mit XFdtd mit einigen Änderungen wiederholt, einschließlich der Verwendung der XACT Accurate Cell Technology®-Vernetzung für den Dipol.
Die Geometrie besteht aus einer mit Flüssigkeit gefüllten kugelförmigen Schale, die der Strahlung einer Dipolantenne ausgesetzt ist, die sich direkt unter der Schale befindet und zu einer Seite der Schale versetzt ist. Die Konfiguration bei einem zentrierten Dipolabstand (Parameter "h") von 5 mm ist in Abbildung 1 dargestellt. Die Simulationen werden bei 835 MHz durchgeführt, wobei der Abstand des Dipols von der Schüssel von 5 mm auf 50 mm vergrößert wird und die Auswirkungen auf die SAR und die Impedanz beobachtet werden. Eine zweite Position, bei der der Dipol so versetzt ist, dass sich ein Ende des Dipols direkt unter der Schüssel befindet, wird ebenfalls simuliert und ist in Abbildung 2 dargestellt
Abbildung 1: Eine CAD-Darstellung der Geometrie mit dem Dipol in der Mitte und einem Abstand von 5 mm.
Abbildung 2: Eine CAD-Darstellung der Geometrie mit dem nach rechts versetzten Dipol und einem Abstand von 25 mm.
Die Antenne wird mit der XACT-Funktion vernetzt, die die Form der Geometrie genau wiedergibt. Eine detaillierte Ansicht der Antenneneinspeisung ist in Abbildung 3 dargestellt, wobei die Quellenanregung zwischen den Dipolarmen hervorgehoben ist. Die Grundmaschengröße der Geometrie beträgt 2,5 mm, was der in der Referenz verwendeten Größe entspricht. In diesem Beispiel wird das Netz so angepasst, dass eine Zelle direkt über der Mitte der Schale positioniert wird, um die SAR-Werte genauer zu erfassen. Durch diese Netzanpassung wird die Einspeisung des Dipols leicht außermittig positioniert, was sich geringfügig auf die Impedanzergebnisse auswirkt. Beachten Sie, dass in der Originalarbeit der Balun nicht in die Simulationen einbezogen wurde, in diesem Beispiel jedoch schon. Eine Querschnittsansicht des Netzes ist in Abbildung 4 dargestellt.
Abbildung 3: Detaillierte Ansicht des Speisebereichs des Dipols im XACT-Netz.
Abbildung 4: Ein Querschnitt durch das Netz.
Ein sinusförmiges 835-MHz-Signal wird zwischen den Dipolarmen angelegt, und die Simulation wird so lange durchgeführt, bis ein stabiler Zustand erreicht ist, bei dem die Variation der Feldenergie weniger als -40 dB vom Spitzenwert abweicht. Die Simulation wird auf einer NVIDIA C1060 Tesla GPU-Karte durchgeführt und jede Dipolposition dauert etwa eine Minute und hängt vom Abstand des Dipols von der Schüssel ab. Man beachte, dass die ursprünglichen Simulationen, die in der zitierten Arbeit durchgeführt wurden, mit den modernsten Geräten der 1990er Jahre über fünf Stunden dauerten.
Im Anschluss an die Simulation wird die Eingangsleistung des Dipols so angepasst, dass für alle Ergebnisse eine Leistung von 1 Watt an die Antenne abgegeben wird. Die resultierende SAR durch den Querschnitt der Schale ist in Abbildung 5 für den Fall dargestellt, dass der Dipol in der Mitte und 5 mm vom Boden der Schale entfernt ist. Liniendiagramme der SAR, die vom Boden in der Mitte der Schale ausgehen und sich zur Oberfläche der Flüssigkeit erstrecken, werden mit den gemessenen Ergebnissen verglichen und zeigen eine gute Übereinstimmung. In Abbildung 6 ist die SAR in Abhängigkeit von der Entfernung für drei Dipolabstände aufgetragen, wobei die Antenne unter der Schale zentriert ist.
Abbildung 5: Die SAR durch den Querschnitt der Kugel mit dem Dipol in der Mitte und einem Abstand von 5 mm.
Abbildung 6: Ein Vergleich der gemessenen und simulierten SAR-Ergebnisse als Funktion des Abstands entlang der Mittellinie der Kugel für drei Abstände des Dipols.
Die SAR-Werte werden in horizontalen Ebenen in 30 mm und 50 mm Höhe über dem Boden der Schüssel für den Fall eines zentrierten Dipols aufgetragen. Dies ist in den Abbildungen 7 und 8 dargestellt, wo die Verteilung und die SAR-Werte gut mit den gemessenen Daten im Bericht übereinstimmen.
Abbildung 7: Die SAR in einer horizontalen Ebene in einem Abstand von 30 mm über dem Boden der Schale für den zentrierten Dipol in einem Abstand von 5 mm.
Abbildung 8: Die SAR in einer horizontalen Ebene in einem Abstand von 50 mm über dem Boden der Schale für den zentrierten Dipol in einem Abstand von 5 mm.
Die Impedanz wird auch für die verschiedenen Dipolpositionen abgetastet. Tabelle 1 zeigt die Dipolimpedanz im Vergleich zu den gemessenen Werten für sieben verschiedene Testpositionen. In Abbildung 9 ist die Impedanz für den zentrierten Dipol als Funktion des Abstands vom Boden der Schale aufgetragen. Der Vergleich mit den gemessenen Daten ist gut.
Tabelle 1: Vergleich der gemessenen und simulierten Impedanzen für den Dipol in verschiedenen Positionen relativ zur Schüssel. Der Parameter h steht für den Abstand vom Boden der Schüssel. Bei der mittigen Position befindet sich der Einspeisepunkt des Dipols mittig unter der Schüssel, während bei der rechten Position ein Ende des Dipols direkt unter der Mitte der Schüssel liegt
