Dieses Beispiel liefert Validierungsdaten für XFdtd im Vergleich zu gemessenen Daten der Rückflussdämpfung für eine einfache planare invertierte F-Antenne (PIFA). Das Beispiel stammt aus einem Zeitschriftenartikel, der in IEEE Transactions on Antennas and Propagation [1] veröffentlicht wurde.
Der Aufbau der Antenne ist recht einfach: eine kleine, planare Antenne, die auf einen dielektrischen Block (FR-4) gedruckt ist, der über einer großen, leitenden Grundplatte angebracht ist. Die Antenne ist in Abbildung 1 im CAD-Format dargestellt, wobei die weißen Teile den Leiter und die orangefarbenen Teile das dielektrische Material darstellen. Bei der Antenne handelt es sich um ein herkömmliches invertiertes F mit einem Kurzschlussbein, einem Speisebein und einem horizontalen Antennenelement. In diesem Beispiel ist die Antenne so modifiziert, dass links und rechts von der Antenne Abschirmstreifen angebracht sind, um den Einfluss benachbarter Komponenten auf die Antennenleistung zu verringern. Die Parameter des FR-4-Materials wurden von den Autoren des Originalbeitrags nicht definiert, aber es wurden typische Werte wie eine relative Permittivität von 4,1 und ein Verlustfaktor von 0,018 gewählt, die den Messungen recht gut zu entsprechen scheinen. Der dielektrische Block, der die Antennenelemente trägt, wird mit einer Mittelungsschicht auf der Außenfläche modelliert, wie es bei Simulationen mit Dielektrika üblich ist.
Abbildung 1: CAD-Ansicht der Antennengeometrie in XF.
Zur Erstellung des FDTD-Netzes der Antenne wird ein automatisches Gitternetz-Skript verwendet. Dieses Skript ist bei Remcom erhältlich und ist für neue Benutzer der Software sehr nützlich, da es ihnen die Aufgabe abnimmt, geeignete Gitterbeschränkungen für die Geometrie festzulegen. Nach der Ausführung des Gitternetz-Skripts ist das dreidimensionale Netz der Antenne wie in Abbildung 2 dargestellt zu sehen. Das endgültige Netz hat FDTD-Zellen mit einer Größe von 0,25 bis 2,2 mm und benötigt für die Simulation nur 96 MB Speicherplatz. Die Simulation einer breitbandigen Spannungsquelle an der Einspeisung, die zu einem Pegel von -30 dB konvergiert, dauert etwa zwei Minuten auf einer Standard-GPU-Prozessor/Grafikkarte (NVIDIA Quadro 3000M).
Abbildung 2: Netzansicht der FDTD-Zellen in der Antenne nach Ausführung des automatischen Gitterskripts.
Die gemessene Rückflussdämpfung für die Antenne wird aus dem referenzierten Papier extrahiert und gegen die Ergebnisse von XFdtd aufgetragen. Der Vergleich in Abbildung 3 zeigt eine sehr gute Übereinstimmung zwischen den simulierten und gemessenen Ergebnissen.
Abbildung 3: Die von XFdtd berechnete Rückflussdämpfung, die eine gute Übereinstimmung mit den Messergebnissen aus der zitierten Arbeit zeigt.
Referenz
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K. Wong, C. Chang, and Y. Lin, "Printed PIFA EM Compatible with Nearby Conducting Elements," IEEE Trans. Antennas Propag., Vol. 55, pp. 2919-2922, Oct 2007.
