Dieses Beispiel besteht aus einem vertikalen Halbwellendipol bei 300 MHz innerhalb eines Eckreflektors, wie in den Abbildungen 1 und 2 dargestellt. Der Eckreflektor wird aus drei orthogonalen Platten gebildet, die jeweils fünf Meter (fünf Wellenlängen bei 300 MHz) voneinander entfernt sind. Der Mittelpunkt des vertikalen Dipols liegt über den Mittelpunkten aller drei Platten. Damit ist die Einspeisung des Dipols 2,5 Wellenlängen von jeder Platte entfernt. Es wurden drei Varianten dieses Testfalls modelliert.
- Perfekt leitende dünne Metallplatten
- Perfekt leitende Metallplatten, die beidseitig mit einer 14 cm dicken verlustbehafteten dielektrischen Beschichtung (relative Permittivität = 4, Leitfähigkeit = 0,1 S/m) bedeckt sind
- 28 cm dicke dielektrische Platten (relative Permittivität = 4, Leitfähigkeit = 0,05 S/m).
Die Fernbereichsfähigkeit von XGtd ermöglicht die Berechnung des Antennengewinns in dBi auf Kreisen mit konstantem Polarwinkel theta oder konstantem Azimutwinkel phi, wobei die Winkel theta und phi unter Verwendung des herkömmlichen sphärischen Koordinatensystems definiert sind (siehe Abbildung 3). Die theta-polarisierte Verstärkung wird auf sieben Kreisen verglichen, vier Kreisen mit konstantem phi = 0, 45, 90, 135 Grad und drei Kreisen mit konstantem theta = 45, 90, 135 Grad. Die Ergebnisse der XGtd-Fernzonenverstärkung werden mit FDTD-Berechnungen verglichen, die mit einer Zellengröße von 5,556 cm (18 Zellen/Wellenlänge bei 300 MHz) durchgeführt wurden.
Abbildung 1 zeigt die Geometrie des Eckreflektors. Jede Platte misst fünf Wellenlängen auf einer Seite bei 300 MHz. Der Dipol (nicht dargestellt) befindet sich 2,5 Wellenlängen über den Mittelpunkten der Platten. Der Dipol ist bei 300 MHz eine halbe Wellenlänge lang.
In Abbildung 2 zeigt der grüne Kasten die Position des Dipolzentrums an. Die vertikale weiße Linie dient nur als Referenz und ist nicht Teil des Modells.
Abbildung 3 zeigt das in XGtd verwendete sphärische Koordinatensystem.
Ergebnisse des Antennengewinns im Fernbereich für Metallplatten
Die Ergebnisse der Fernzone und der empfangenen Leistung für den Eckreflektor aus perfekt elektrisch leitenden Metallplatten wurden mit dem vollständigen 3D-Modell von XGtd mit maximal 2 Reflexionen und 1 Beugung berechnet. Die Empfangsleistung für einen horizontalen Bogen von Empfängern sowie die Ausbreitungswege zu einem Empfänger auf dem Bogen sind in Abbildung 4 dargestellt. Die Ergebnisse für die Fernzone werden in Abbildung 5, Abbildung 6, Abbildung 7, Abbildung 8, Abbildung 9, Abbildung 10 und Abbildung 11 mit den FDTD-Ergebnissen für Vollwellen verglichen.
Abbildung 5
Abbildung 8
Ergebnisse des Antennengewinns in der Fernzone für verlustbehaftete beschichtete Metallplatten
XGtd implementiert eine modifizierte Version von UTD, die den Anwendungsbereich von UTD über perfekt leitende Metalloberflächen hinaus erweitert. Dieser Teil des Beispiels zeigt die Fähigkeit von XGtd, Reflexionen und Beugungen für Platten zu modellieren, die mit einer verlustbehafteten dielektrischen Schicht beschichtet sind. Die Ergebnisse der Fernzone und der empfangenen Leistung für den Eckreflektor wurden mit dem vollständigen 3D-Modell von XGtd mit maximal 2 Reflexionen und 1 Beugung berechnet. Die empfangene Leistung für einen horizontalen Bogen von Empfängern zusammen mit den Ausbreitungspfaden zu einem der Empfänger auf dem Bogen ist in Abbildung 4 dargestellt. Die Ergebnisse für die Fernzone werden in Abbildung 13, Abbildung 14, Abbildung 15, Abbildung 16, Abbildung 17, Abbildung 18 und Abbildung 19 mit den FDTD-Ergebnissen für Vollwellen verglichen.
Ergebnisse des Antennengewinns in der Fernzone für verlustbehaftete dielektrische Platten
Die Modellierung eines Eckreflektors, der aus verlustbehafteten dielektrischen Platten besteht, erhöht die Komplexität dieses Beispiels. Zusätzlich zur Modellierung von Reflexionen und Beugungen mit einem verlustbehafteten Material ist eine genaue Modellierung der Übertragungen durch die dielektrischen Platten erforderlich, um die korrekten Fernzonenergebnisse zu erhalten. Antennengewinn und Empfangsleistung in der Fernzone wurden mit dem vollständigen 3D-Ausbreitungsmodell von XGtd mit 2 Reflexionen, 1 Transmission und 1 Beugung berechnet. Die empfangene Leistung für einen horizontalen Bogen und die Strahlenwege zu einem einzelnen Empfänger entlang des Bogens sind in Abbildung 20 dargestellt. Die Übertragung von Energie durch die verlustbehaftete dielektrische Platte ist in dieser Abbildung deutlich zu erkennen. Die Ergebnisse der Fernzone werden mit den FDTD-Ergebnissen in Abbildung 21, Abbildung 22, Abbildung 23, Abbildung 24, Abbildung 25, Abbildung 26 und Abbildung 27 verglichen.
Schlussfolgerung
Für alle drei Fälle zeigen die XGtd-Ergebnisse für den Antennengewinn in der Fernzone eine gute Übereinstimmung mit den FDTD-Ergebnissen für Vollwellen. Die allgemeine Form und Größe des Musters wird von der XGtd-Lösung erfasst. Die Unterschiede zwischen den Mustern sind darauf zurückzuführen, dass XGtd nur die Auswirkungen von Pfaden berücksichtigt, die maximal zwei Reflexionen, eine Beugung und eine Transmission (im Fall der dielektrischen Platte) erfahren. FDTD löst direkt die Maxwell-Gleichungen und berücksichtigt daher alle relevanten Wechselwirkungen, sofern die Geometrie durch ein Netz mit ausreichender Auflösung dargestellt wird. Selbst wenn nur Pfade mit maximal 2 Reflexionen und 1 Beugung berücksichtigt werden, stimmt XGtd sehr gut mit den FDTD-Ergebnissen überein, was darauf hindeutet, dass diese Pfade die Hauptverantwortlichen für die Felder in der Fernzone sind.
