In diesem Beispiel wird der Antennengewinn in der Fernzone einer 0,125 m hohen Monopolantenne betrachtet, die auf einem Metallkasten steht.
In diesem Beispiel werden die Antennengewinndiagramme einer 0,125 m hohen Monopolantenne auf einem Metallkasten betrachtet. Die Ergebnisse von XGtd werden mit Berechnungen im Finite-Differenzen-Zeitbereich (FDTD) verglichen. Abbildung 1 zeigt die XGtd-Darstellung der Problemgeometrie.
Tabelle 1 fasst die Abmessungen der Box und die Position des Senders zusammen, die in den XGtd- und FDTD-Simulationen verwendet wurden. Die Abmessungen der Boxen unterscheiden sich, da die FDTD-Methode versetzte Gitter für die Berechnung der elektrischen und magnetischen Felder verwendet. Dieser Versatz vergrößert das zu modellierende Objekt effektiv. Um dies zu berücksichtigen, wurden die Abmessungen der Metallbox in XGtd um die Hälfte der FDTD-Zellengröße erhöht. Der Versatz wirkt sich auch auf die Position des Senders auf der Oberseite des Metallkastens aus. Bei der FDTD-Berechnung betrug der Zellenabstand 25 mm (20 Zellen pro Wellenlänge bei 600 MHz). Die Materialeigenschaften des Kastens wurden in beiden Simulationen auf einen perfekten elektrischen Leiter eingestellt, und als Sendesignal wurde eine 600-MHz-Sinuskurve verwendet.
Tabelle 1: Abmessungen des Metallkastens
Fernbereich Antennengewinnmuster
Sowohl XGtd als auch FDTD sind in der Lage, Antennengewinndiagramme für Kreise mit konstantem Polar- (theta) oder Azimutwinkel (phi) zu berechnen, wobei die Winkel theta und phi durch das konventionelle sphärische Koordinatensystem (siehe Abbildung 2) definiert sind.
Die FDTD-Ergebnisse für die Fernzone wurden mit einem Zellenabstand von 25 mm und insgesamt 1500 Zeitschritten erzeugt. Die XGtd-Ergebnisse wurden unter Verwendung des vollständigen 3D-Modells mit 1 Reflexion und 2 Beugungen berechnet. Tabelle 2 vergleicht die Laufzeiten für jede Methode auf einem 2,6 GHz Intel Xeon Prozessor.
Tabelle 2: Vergleich der XGtd- und FDTD-Laufzeit
Abbildung 3, Abbildung 4 und Abbildung 5 vergleichen die Fernzonenmuster für konstante Azimutwinkel phi = 0° und phi = 90° und einen konstanten Polarwinkel theta = 90°.
Die XGtd-Ergebnisse zeigen im Allgemeinen eine gute Übereinstimmung mit der FDTD-Lösung. Im Bereich der Sichtlinie für die phi-Schnittebenen (Abbildung 3 und Abbildung 4) stimmen die Ergebnisse der Methoden überein. Das XGtd-Ergebnis weicht in Abbildung 3 in der Nähe von theta = 135° geringfügig von der FDTD-Lösung ab, aber insgesamt stimmen die Größenordnung der Verstärkung und die Positionen der Spitzen und Nullstellen überein. Das Fernzonenmuster für die Schnittebene phi = 90° zeigt eine besonders gute Übereinstimmung zwischen den einzelnen Methoden im Schattenbereich. Für die Schnittebene theta = 90° ergeben sowohl die XGtd- als auch die FDTD-Ergebnisse ein omnidirektionales Muster.
