案例應(yīng)用 | ACEM在天線行業(yè)的應(yīng)用：雙圓極化耦合饋電貼片天線仿真

PART1  適配行業(yè)

ACEM是由芯瑞微(上海)電子科技有限公司，基于自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)開發(fā)的三維電磁仿真軟件。

作為任意三維結(jié)構(gòu)全波電磁仿真工具，ACEM依托強(qiáng)大的3D編輯、自動(dòng)參數(shù)化和極低的內(nèi)存占用特性，搭載imesh智能加密和網(wǎng)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(dǎo)體、計(jì)算機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)、車用電子等多個(gè)行業(yè)的設(shè)計(jì)和仿真。

本次案例為ACEM在天線行業(yè)的應(yīng)用，使用戶在天線產(chǎn)品實(shí)體化之前進(jìn)行有效仿真，規(guī)避潛在設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期

PART2  場景描述

在雙圓極化耦合饋電貼片天線設(shè)計(jì)中，天線陣元和饋電網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)都是重要部分，該設(shè)計(jì)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(hào)強(qiáng)度變?nèi)酢⑼ㄓ嵕嚯x下降、覆蓋范圍變小等問題，若饋電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)不合理，將增加整體的鏈路損耗和相位偏差，導(dǎo)致部分信息丟失，地面站接收的信號(hào)強(qiáng)度減弱。所以天線陣元的饋電網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化是性能提升的關(guān)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(wǎng)絡(luò)層，復(fù)雜的層疊設(shè)計(jì)容易造成鏈路損耗增大、天線增益降低。通過PhySim ACEM來確認(rèn)此設(shè)計(jì)的S參數(shù)、遠(yuǎn)場輻射方向圖和極化增益。

天線疊層示意圖

PART4  仿真設(shè)置

4.1 創(chuàng)建模型

在坐標(biāo)系中創(chuàng)建一個(gè)立方體，并在Properties中修改名稱、材質(zhì)、顏色、透明度和尺寸。

采用同樣的方法步驟對(duì)所有疊層進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置完成后的模型如下。

4.2 設(shè)置激勵(lì)

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

4.3 設(shè)置Order Adjust

Order Adjust功能用于調(diào)整不同材質(zhì)物體仿真的優(yōu)先級(jí)，在ACEM中非金屬材料需要置頂，仿真優(yōu)先級(jí)低于金屬材料，Order Adjust功能用于調(diào)整不同材質(zhì)物體仿真的優(yōu)先級(jí)，在ACEM中非金屬材料需要置頂，仿真優(yōu)先級(jí)低于金屬材料。

4.4 設(shè)置輻射邊界

系統(tǒng)會(huì)根據(jù)模型尺寸自動(dòng)生成輻射邊界。

4.5 設(shè)置網(wǎng)格

XY方向最小網(wǎng)格尺寸設(shè)置一般遵循此方向最小線寬值的一半，Z方向最小網(wǎng)格尺寸和最薄介質(zhì)尺寸一致，保證物體邊緣都卡在網(wǎng)格線上，設(shè)置完最小網(wǎng)格尺寸后點(diǎn)擊Mesh，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算總的網(wǎng)格數(shù)。

ACEM

4.6 設(shè)置監(jiān)視器

選中需要觀測(cè)表面電流的物體，點(diǎn)擊Surf-current，設(shè)置需要觀測(cè)的頻點(diǎn);點(diǎn)擊Output中的Far-field，設(shè)置需要觀測(cè)遠(yuǎn)場的頻點(diǎn)和2D/3D。

ACEM

PART5 仿真效果

5.1 S參數(shù)分析

諧振點(diǎn)在9.5GHz附近，滿足設(shè)計(jì)要求。

5.2 表面電流分析

選擇需要觀測(cè)表面電流的物體和頻點(diǎn)，查看電流分布和電流強(qiáng)度。

5.3 天線增益分析

1/2端口天線遠(yuǎn)場輻射方向圖，10GHz時(shí)的天線增益為3.7dBi，與理論計(jì)算結(jié)果差異不大(單貼片天線增益7dBi左右，減去饋電網(wǎng)絡(luò)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(duì)應(yīng)的是左旋圓極化還是右旋圓極化，查看1端口在10GHz時(shí)的左旋圓極化增益為3dBi，右旋圓極化增益為0.8dBi，因?yàn)樽笮龍A極化增益大于右旋圓極化增益，所以可以判定端口1導(dǎo)通時(shí)天線為左旋圓極化。

PART6  ACEM在此案中的價(jià)值點(diǎn)

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(shù)和遠(yuǎn)場方向圖，仿真結(jié)果準(zhǔn)確可信，仿真耗費(fèi)資源極少，耗費(fèi)時(shí)間一共20min。