超広帯域モノポールアンテナ

印刷されたアンテナは、薄型で製造が容易なため、ますます普及しています。ただし、非常に狭い帯域幅での動作に制限されています。この例では、アンテナは印刷された円形のモノポールです。シミュレートされたパフォーマンスを分析し、公開された結果と比較します。印刷されたモノポール アンテナは、本質的には、片面がグランド プレーンで裏打ちされ、もう片面がパッチで印刷された基板です。アンテナの周りのオープンエアが含まれており、放射境界で切り捨てられており、電波暗室をシミュレートしています。このスタディでは、モデルの対称性を利用してメッシュ要素の数を減らしたため、対称境界条件を使用したシミュレーションの時間となりました。

図 1 -円形ディスク モノポール アンテナ (3D SolidWorks ビュー)

シミュレーション

このアンテナの動作をシミュレートするために、アンテナ スタディを作成し、アンテナが動作する周波数範囲を指定します。ここでは、「高速スイープ」を使用します。高速スイープは、次数を減らしたモデルを使用することで、S パラメータ スタディのシミュレーション時間を大幅に短縮します。単一周波数の行列方程式を解くことにより、低次元モデルが生成されます。関心のある帯域内の他の周囲の周波数は、完全なマトリックス ソリューションの代わりに縮小モデルを使用して解決されます。 HFWorks では、高速スイープ オプションが適応型高速スイープにさらに発展しました。この HFWorks 専用の高度な機能は、縮小次数モデルのエラーが特定のしきい値を超えるたびに、新しい拡張ポイントを採用します。ユーザーが指定する必要があるのは、拡張ポイントの最大数だけです。

部材と材料

図 1 では、アンテナの離散化モデルを示しています。モデルの説明で述べたように、アンテナの基板には、その両側に 2 つのプリント面があります。グランドとパッチです。空気が含まれており、都合よく切り詰められています (最小距離は波長の 2 倍です。

図 2 -アンテナの境界条件

図では、さまざまな境界条件を見つけることができます。右から対称 PEM があります。ポートが強調表示され、2 つの面を指す赤い矢印でマークされます。黄色の矢印は、アンテナの 2 つのプリント導体である PEC 面を示しています。右側からの赤い矢印は、PMCS対称面を示しています。輻射境界は、残りのエア ボックス面に適用されます。

メッシング

ポートと PEC 面のメッシュはより細かくなっています。これらのサーフェスをメッシュ化することで、ソルバーは渦巻き部分の精度を改善し、形状を考慮することができます。

図 3 -ハーフ DR フィルターのメッシュ

精度と消費時間の間には常に妥協点があります。精度の高いメッシュ コントロールを適用すると、時間がかかり、シミュレーションに時間がかかる場合があります。

結果

タスクの性質やユーザーが関心を持っているパラメータに応じて、さまざまな 3D および 2D プロットを利用できます。アンテナ シミュレーションを扱っているので、最適な周波数での放射強度と反射係数をプロットします。直感的なタスクのように聞こえます。

HFWorks は、電気的パラメーターを 2D プロットとスミス チャートにプロットします。この例のアンテナは、5.5 GHz で最適に整合し、リターン ロスは 27 dB です。

図 4 -リターン ロスの変化 (S11)

アンテナ研究の 3D プロットは、幅広いパラメーターをカバーしています。電界分布、さまざまな座標系でのその成分、および放射や指向性などのアンテナ研究に固有のパラメーターを表示できます。

図 5 - 4 GHz および 6.5 GHz での放射パターン

この図では、放射電界 (放射パターン) は、両方の周波数の平面 Phi=90° にプロットされています。

参考文献

A Novel Disc Monopole Antenna for UWB Applications Mohamed Nabil Srifi, O.El-Mrabet, and Mohamed Essaaidi - Electronics                     and Microwaves Group, faculty of science, Abdelmalek Essaadi university, Tetuan 93000, Morocco