Antennenkopplungssimulation für kreisförmige Patch-Antennen von Flugzeugen

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Dieses Beispiel analysiert die Kopplung zwischen vier kreisförmigen Patch-Antennen, die an den Seiten einer Boeing 757 montiert sind. Die Antennen senden und empfangen mit einer Frequenz von 2,4 GHz. Die Kopplung zwischen den einzelnen Antennen wird durch den S-Parameter-Ausgang von XGtd charakterisiert, der in der Benutzeroberfläche angezeigt oder in eine v1.1 Touchstone Datei exportiert werden kann.

Abbildung 1: Boeing 757 Geometrie.

 

Die Boeing 757-Geometrie besteht aus 1.096 Flächen, denen perfekte Materialeigenschaften für elektrische Leiter zugeordnet sind. Abbildung 1 zeigt die Flugzeuggeometrie mit vier blau gefärbten Facetten, um zu identifizieren, wo die Antennen montiert werden.

Die Simulationen verwenden das Full-3D-Modell, mit einer Reflexion, ohne Transmission, zwei Keilbeugungen und 16 Oberflächenbeugungen. Die Betriebsfrequenz der Antennen beträgt 2,4 GHz und wird mit der Basisoption Sinusoid modelliert.

Das Antennenverstärkungsmuster an jeder der vier durch die eingebaute kreisförmige Patch-Antenne definierten Sender-Empfänger-Positionen weist eine relative Dielektrizitätskonstante von 2,2, Radius von 0,0226 m, Höhe von 0,0032 m und Frequenz von 2,4 GHz auf (Abbildung 2).

Abbildung 2: Kreisförmige Patch-Antenne.

 

Die kreisförmigen Patch-Antennen sind an vier Stellen am Rumpf des Flugzeugs montiert. Sie fungieren sowohl als Sende- als auch als Empfangsantenne, so dass sie bequem mit einem Sender-Empfänger-Punkt modelliert werden können. Transceiver sind auf jeder beliebigen Facette der Geometrie montiert und werden automatisch nach der Norm der Facette ausgerichtet. Der Sende-Empfänger-Punkt kann grafisch auf der ausgewählten Facette platziert werden oder aus dem Eigenschaftsfenster des Sende-Empfängers können genaue Koordinaten eingegeben werden, um den Sende-Empfänger zu lokalisieren.

Abbildung 3 zeigt alle vier im Flugzeug platzierten Patch-Antennen, wobei die 3D-Antennenmuster und Steuervektoren sichtbar sind.

Abbildung 3: Transceiver am 757 mit sichtbaren Antennenmustern und Steuervektoren.

 

Die Ausgabe von S-Parametern ist auf drei Arten zugänglich: als farbkodierte Ausgabe, die in der Projektansicht (Abbildung 4), numerisch über das Eigenschaftenfenster der Ausgabedatei (Abbildung 5) oder durch den Export der zugehörigen Touchstone-Datei (Abbildung 6).

Abbildung 4: Farbcodierte S-Parameteranzeige in der Projektansicht.

Abbildung 5: S-Parameter S21 - Zahlenwert, der im Fenster Eigenschaften der Ausgabedatei angezeigt wird.

 

Abbildung 6: S-Parameter, der in eine Touchstone-Datei exportiert wurde.

 

Die Betrachtung der Strahlengänge aus der Berechnung gibt detaillierte Informationen über die Kopplung zwischen zwei beliebigen am Flugzeug montierten Antennen und kann aufzeigen, welche Strukturen zur Kopplung beitragen. So streuen beispielsweise die beiden Hauptbeteiligten an der Kopplung zwischen Transceiver 1 und Transceiver 2 vom rechten Triebwerk und dem Kriechwellenbeitrag, der sich entlang der Oberfläche des Flugzeugrumpfes bewegt, wie in Abbildung 7 dargestellt. Es gibt einen ähnlichen Satz von Pfaden auf der linken Seite des Flugzeugs, die die Sender-Empfänger 3 und 4 koppeln. Die S-Parameter für diese Standorte sind in Tabelle 1 aufgeführt:

Tabelle 1: S-Parameter-Ausgabe zwischen Transceivern auf der gleichen Seite des Flugzeugs.

Abbildung 7: Strahlengänge zwischen den Sendern 1 und 2 (S12 & S21).

 

Die Kopplung zwischen den Sendern 1 (unten rechts) und 4 (unten links) mit S14 = -104,62 dB und S41 = -104,61 dB erfolgt hauptsächlich über die Kriechwelle am Boden des Flugzeugs, wie in Abbildung 8 dargestellt.

Abbildung 8: Strahlengänge zwischen den Sendern 1 und 4 (S14 & S41).

 

Ebenso ist die Kopplung zwischen den Sende-Empfängern 2 (oben rechts) und 3 (oben links), mit S23 = S32 =-87,45 dB, auf die Kriechwelle zurückzuführen, die wie in Abbildung 9 dargestellt über das Flugzeug fließt.

Abbildung 9: Strahlengänge zwischen den Sendern 2 und 3 (S23 & S32).

 

Die Kopplung zwischen der unteren Antenne und der oberen Antenne auf der gegenüberliegenden Seite des Flugzeugs ist auch auf den Kriechwellenanteil zurückzuführen, wie in Abbildung 10 dargestellt, wobei die S-Parameter S13, S31, S24, S42 alle etwa -104,56 dB betragen.

Abbildung 10: Strahlengänge zwischen den Sendern 1 und 3 (S13 & S31).