Dieses Beispiel zeigt eine komplexe Antenne, die aus einem zusammengesetzten rechts-/linkshändigen (CRLH) Hohlleiter und ungleichmäßig verteilten Schlitzen besteht [1]. Die Antenne wird von einem WR-90-Hohlleiter gespeist, der an der Unterseite des Geräts eintritt. Nach dem Eingangsport modifiziert ein passender Übergangsbereich die Felder für die Ausbreitung in den CRLH-Hohlleiter. Der CRLH-Hohlleiter hat zahlreiche gleichmäßig verteilte Einheitszellen, die jeweils kleine Öffnungen für die Feldausbreitung enthalten. Die Abstrahlung erfolgt durch sechs geneigte Schlitze in der oberen Platte des Hohlleiters. Der Abstand zwischen den Schlitzen und der Neigungswinkel jedes Schlitzes sind unterschiedlich.
Die CAD-basierte Geometrie in XFdtd ist in Abbildung 1 dargestellt, wobei sich der Eingangsanschluss links und unten befindet und der CRLH-Hohlleiter sich nach rechts erstreckt. Die Schlitze sind im oberen Teil der Struktur in Abbildung 1 sichtbar. Eine detailliertere Ansicht der Schlitze ist in Abbildung 2 zu sehen, wo auch das XFdtd-Netz zu sehen ist. Aufgrund der komplexen Beschaffenheit der Schlitze, die nicht am FDTD-Gitter ausgerichtet sind, wird die XACT Accurate Cell Technology-Vernetzungsfunktion verwendet, um die Abmessungen und die Ausrichtung der Schlitze präzise zu vernetzen. In Abbildung 3 ist die Eingangsöffnung am unteren Ende des Hohlleiters mit dem angewandten TE10-Modus dargestellt. Abbildung 4 zeigt einen Ausschnitt aus dem Inneren des Hohlleiters.
Abbildung 1: CAD-Ansicht der in XFdtd konstruierten Geometrie, die den CRLH-Hohlleiter und die abstrahlenden Schlitze zeigt.
Abbildung 2: Detaillierte Ansicht der mit XACT vermaschten gedrehten Schlitze des Geräts.
Abbildung 3: Ansicht des Geräts von unten, die den Eingangsanschluss mit der Hohlleiteranregung zeigt.
Abbildung 4: Querschnittsansicht des Geräts mit den inneren CRLH-Zellen.
Die Geometrie ist zur besseren Darstellung von Farbfeldbildern mit großen Grenzen um die Struktur herum vernetzt. Im vernetzten Zustand benötigt die Geometrie etwa 268 MB Speicher für die Simulation und läuft in etwas mehr als 6 Minuten auf einer NVIDIA C1060 Tesla GPU-Karte.
Von primärem Interesse in diesem Beispiel ist das resultierende Strahlungsdiagramm des Geräts. Das dreidimensionale Gewinndiagramm der Antenne bei der Mittenfrequenz von 10 GHz ist in Abbildung 5 dargestellt, wobei sich das Gerät in der Mitte des Diagramms befindet. Der Gewinn in der H- und E-Ebene ist in den Abbildungen 6 und 7 dargestellt. Die Leitungsströme entlang der oberen Platte der Antenne sind in Abbildung 8 dargestellt. In Abbildung 9 ist das transiente elektrische Feld, das aus dem Hohlleiter strahlt, zu einem bestimmten Zeitpunkt dargestellt.
Abbildung 5: Das dreidimensionale Strahlungsdiagramm der Antenne bei 10 GHz.
Abbildung 6: Das Strahlungsdiagramm der H-Ebene bei 10 GHz.
Abbildung 7: Strahlungsdiagramm der E-Ebene bei 10 GHz.
Abbildung 8: Vektordarstellung der Leitungsströme auf der Oberseite des Hohlleiters bei 10GHz.
Abbildung 9: Bild des transienten elektrischen Feldes in einem Querschnitt der Vorrichtung.
Referenzen
S. Liao, J. Wang, Y. Chen, W. Tang, J. Wei, J. Xu, and Z. Zhao, "Synthesis, Simulation and Experiment of Unequally Spaced Resonant Slotted-Waveguide Antenna Arrays Based on the Infinite Wavelength Propagation Property of Composite Right/Left-Handed Waveguide," IEEE Trans. Antenna Propag., Vol. 60, July 2012, pp. 3182-3194.