CST微波工作室在高增益平...反射阵天线实验教学中的应用_张盼盼.pdf
《CST微波工作室在高增益平...反射阵天线实验教学中的应用_张盼盼.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《CST微波工作室在高增益平...反射阵天线实验教学中的应用_张盼盼.pdf(5页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、ISSN 1006 7167CN 31 1707/TESEACH AND EXPLOATION IN LABOATOY第 42 卷 第 2 期Vol42 No22023 年 2 月Feb 2023DOI:10 19927/j cnki syyt 2023 02 042CST 微波工作室在高增益平面反射阵天线实验教学中的应用张盼盼1,陶正壮2,郭艳艳1,肖凌峰2,朱熙铖2(1 南京邮电大学 电子与光学工程、柔性电子(未来技术)学院,南京 210003;2 南京信息工程大学 电子与信息工程学院,南京 210044)摘要:在天线理论与技术课程教学中,天线的基本概念和工作原理较为复杂抽象,且天线的实验
2、验证及性能测试依赖价格昂贵的微波测试仪器及微波暗室等条件,尤其是高增益天线由于其电尺寸较大、仿真难度也较大。针对课程现存的这些教学难点,介绍了 CST 微波工作室在高增益天线设计实验教学中的应用。以一个24 GHz 高增益反射阵天线为教学案例,通过软件的应用使学生掌握天线手动建模、VB 宏语言自动化建模、2D/3D 天线方向图查看、天线辐射效率计算等教学内容。同理论教学相比,基于 CST 微波工作室的实验教学环节可有效地将天线设计过程形象化、案例化,使得“天线理论与技术”课程教学更具说服力,提高课程的教学效果和专业水平。关键词:高增益天线;反射阵天线;电磁仿真;实验课程中图分类号:TN 95文
3、献标志码:A文章编号:1006 7167(2023)02 0204 05收稿日期:2022-06-28基金项目:国家自然科学基金项目(61701249,62071238);江苏省自然科学基金项目(BK20160959,BK20191399);教育部产学合作协同育人项目(201701013005)作者简介:张盼盼(1985 ),女,江苏徐州人,博士,讲师,主要从事天线技术、射频前端和雷达系统的教学和研究。Tel:15150580954;E-mail:zhangpp njupt edu cnApplication of CST Electromagnetic Simulation Technolo
4、gy inthe Experimental Teaching of High-Gain eflectarray Antenna DesignZHANG Panpan1,TAO Zhengzhuang2,GUO Yanyan1,XIAO Lingfeng2,ZHU Xicheng2(1 College of Electronic and Optical Engineering College of Flexible Electronics;Nanjing University of Posts andTelecommunications,Nanjing 210003,China;2 Colleg
5、e of Electronic and Information Engineering,NanjingUniversity of Information Science Technology,Nanjing 210044,China)Abstract:The basic concept and working principle of the antenna are usually very complexMeanwhile,theperformance measurement and experimental verification of the antenna need expensiv
6、e microwave measurementinstruments and microwave anechoic chambers In particular,the simulation of the high-gain antenna is difficult due toits large electrical size In view of these difficulties in the course of antenna theory and techniques,this paper describesthe application of CST Microwave Stud
7、io in the experimental course of high-gain reflective array antenna design Throughtaking the design of a 24 GHz high-gain reflective array antenna as an experimental case,the students could have a goodgrasp of manual antenna modeling,automatic antenna modeling using VB macro language,and vividly vie
8、w antennapattern and master antenna radiation efficiency calculation Compared with the theoretical teaching,the experimentalcourse based on the CST Microwave Studio can effectively makes the teaching more convincing It could improve theteaching efficiency and professional level of the course of ante
9、nna theory and techniquesKey words:high-gain antenna;reflectarray antenna;electromagnetic simulation;experiment course第 2 期张盼盼,等:CST 微波工作室在高增益平面反射阵天线实验教学中的应用0引言天线通常是无线通信、雷达探测等应用领域不可或缺的射频前端重要组成部分之一,其主要功能是将传输线上的导引电磁波和自由空间中传播的平面电磁波进行相互转换1-2。由于应用领域和性能要求的不同,天线形式不尽相同,譬如有:波导喇叭、微带贴片、透镜、透射阵、反射面和反射阵等形式的天线。在远距
10、离无线通信、雷达探测、气象监测、射电天文等应用领域,通常要求天线具有较高的增益(譬如天线增益大于25 dBi)1-2。平面反射阵天线作为高增益天线的一个重要形式,自 20 世纪 90 年代被提出以来一直被学术界和工业界广泛关注3,平面反射阵天线通过利用一组平面相移单元对馈源发出的球面电磁波进行相位补偿,使其转化为平面电磁波。平面反射阵天线有效地结合了传统抛物面反射天线和阵列天线的优点,具有高增益、高效率和低成本等特点。CST(Computer Simulation Technology,CST)微波工作室作为一款常见的商用全波电磁仿真软件,采用先进的电磁场全波电磁仿真算法如:有限积分法(Fin
11、ite Integral Technology),对麦克斯韦积分方程进行离散化及迭代求解4。相比于矩量法和有限元法等在同等网格数量情况下有限积分法所需的计算量和内存空间较少。目前,CST 微波工作室已被广泛应用于大尺寸天线及目标雷达反射截面等的仿真和设计。针对目前天线理论与技术 课程教学中涉及高增益天线的仿真设计及相关实验较少的情况5-11,本文应用 CST 微波工作室实现高增益反射阵天线的设计与仿真,构建了包括天线手动建模、VB(VisualBasic,VB)宏语言自动化建模、2D/3D 天线方向图的查看、天线辐射效率计算等内容的实验教学,探索天线理论与技术 的实验教学新途径。1CST 微波
12、工作室CST 微波工作室是专用于微波无源器件及天线设计与分析的软件包,是一种以麦克斯韦方程组为框架,结合计算机技术为电磁仿真开发的通用计算平台软件。它集成了多个时域和频域全波电磁算法,主要包括时域有限积分、频域有限积分、频域有限元等。CST微波工作室广泛应用于通用高频无源器件仿真,非常适用于天线、滤波器、传输线等器件的设计和分析。在 天线理论与技术 课程的实验教学中,通过应用商用电磁仿真软件 CST 微波工作室对平面反射阵天线进行建模和仿真,以 2D/3D 的图形直观形象地展示出天线的结构形式和工作特性,为理解和掌握高增益天线的理论知识和设计方法提供了有力的帮助。2平面反射阵天线的工作原理平面
13、反射阵天线的整体结构如图 1 所示。图 1平面反射阵天线结构与电磁波传播路线示意图平面反射阵天线主要由馈源天线和反射面所构成12-14。馈源天线可采用喇叭等形式天线,通常置于反射面的上方。反射面由一组二维平面相位补偿单元所组成,结构可选用金属贴片形式。平面反射阵天线采用空间馈电形式,由馈源天线发出的球面电磁波传至平面反射阵天线的反射面。馈源天线到各相位补偿单元有着不同的波程,即传播至各补偿单元的电磁波存在一定的相位差。通过调节反射面单元贴片的结构参数,使得平面反射阵天线的相位补偿单元具有合适的相位补偿功能,将入射波转换为平面电磁波,即将馈源辐射的球面波转换为具有高定向性的辐射波束。由阵列天线理
14、论可知,为使天线波束指向(r,r),平面反射阵上的相位 分布需满足(xi,yi)=k0 xisin rcos r k0yisin rsin r(1)式中:k0为自由空间的传播常数;(xi,yi)为第 i 个相位补偿单元的坐标位置。与此同时,由馈源天线辐射的电磁波到达平面反射阵天线相位补偿单元 i 的相位分布s(xi,yi)=k0di(2)式中,di为馈源天线到相位补偿单元 i 的距离。因而,平面反射阵单元所需的补偿相位 i应满足i=k0 di(xicos r+yisin r)sin r(3)通常,馈源天线位于反射面主轴焦点位置,且天线出射波束指向沿着正 z 轴,此时相应的相位补偿 i可简化为:
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- CST 微波 工作室 增益 反射 天线 实验教学 中的 应用 盼盼
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。