案例應用 | ACEM在天線行業的應用：雙圓極化耦合饋電貼片天線仿真

PART1  適配行業

ACEM是由芯瑞微(上海)電子科技有限公司，基于自主知識產權技術開發的三維電磁仿真軟件。

作為任意三維結構全波電磁仿真工具，ACEM依托強大的3D編輯、自動參數化和極低的內存占用特性，搭載imesh智能加密和網格后處理引擎，高性能的GPU加速，可并行加速的HPC特性，適配于半導體、計算機、通信網絡、車用電子等多個行業的設計和仿真。

本次案例為ACEM在天線行業的應用，使用戶在天線產品實體化之前進行有效仿真，規避潛在設計風險，縮短產品設計周期

PART2  場景描述

在雙圓極化耦合饋電貼片天線設計中，天線陣元和饋電網絡的設計都是重要部分，該設計將直接影響天線的增益和左旋/右旋極化切換，若天線增益過小，將造成組陣后信號強度變弱、通訊距離下降、覆蓋范圍變小等問題，若饋電網絡設計不合理，將增加整體的鏈路損耗和相位偏差，導致部分信息丟失，地面站接收的信號強度減弱。所以天線陣元的饋電網絡優化是性能提升的關鍵所在。

PART3  案例簡介

本案例為8層壓合板，層與層之間通過PP層粘連，疊層如下圖所示，主要包括天線貼片層、空氣腔層、縫隙層、微帶線層和饋電網絡層，復雜的層疊設計容易造成鏈路損耗增大、天線增益降低。通過PhySim ACEM來確認此設計的S參數、遠場輻射方向圖和極化增益。

天線疊層示意圖

PART4  仿真設置

4.1 創建模型

在坐標系中創建一個立方體，并在Properties中修改名稱、材質、顏色、透明度和尺寸。

采用同樣的方法步驟對所有疊層進行設置，設置完成后的模型如下。

4.2 設置激勵

選擇設置好的矩形，設置端口ID、電壓方向(低電勢箭頭指向天線)、起止頻率和掃頻步進，以同樣的方法設置另一饋電。

4.3 設置Order Adjust

Order Adjust功能用于調整不同材質物體仿真的優先級，在ACEM中非金屬材料需要置頂，仿真優先級低于金屬材料，Order Adjust功能用于調整不同材質物體仿真的優先級，在ACEM中非金屬材料需要置頂，仿真優先級低于金屬材料。

4.4 設置輻射邊界

系統會根據模型尺寸自動生成輻射邊界。

4.5 設置網格

XY方向最小網格尺寸設置一般遵循此方向最小線寬值的一半，Z方向最小網格尺寸和最薄介質尺寸一致，保證物體邊緣都卡在網格線上，設置完最小網格尺寸后點擊Mesh，系統自動計算總的網格數。

ACEM

4.6 設置監視器

選中需要觀測表面電流的物體，點擊Surf-current，設置需要觀測的頻點;點擊Output中的Far-field，設置需要觀測遠場的頻點和2D/3D。

ACEM

PART5 仿真效果

5.1 S參數分析

諧振點在9.5GHz附近，滿足設計要求。

5.2 表面電流分析

選擇需要觀測表面電流的物體和頻點，查看電流分布和電流強度。

5.3 天線增益分析

1/2端口天線遠場輻射方向圖，10GHz時的天線增益為3.7dBi，與理論計算結果差異不大(單貼片天線增益7dBi左右，減去饋電網絡的插損3.5dB，包括3dB電橋與微帶線、過孔，得到理論增益值3.5dBi)。

ACEM

極化增益判斷饋電1/2對應的是左旋圓極化還是右旋圓極化，查看1端口在10GHz時的左旋圓極化增益為3dBi，右旋圓極化增益為0.8dBi，因為左旋圓極化增益大于右旋圓極化增益，所以可以判定端口1導通時天線為左旋圓極化。

PART6  ACEM在此案中的價值點

以上使用ACEM仿真雙圓極化耦合饋電貼片天線的表面電流、S參數和遠場方向圖，仿真結果準確可信，仿真耗費資源極少，耗費時間一共20min。