天線相位中心(二)- 如何檢查計算的天線相位中心是否正確?

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本系列文章(一)介紹了如何在CST中計算天線的相位中心。由於天線相位中心的準確性對衛星導航系統的高精度定位至關重要,因此本文將進一步探討如何檢查計算的相位中心是否正確。

相位中心準確性的衡量標準

實際情況中,絕大多數天線在整個波束範圍內不存在唯一的相位中心,僅在主瓣的某一範圍內保持相位的相對恆定。如果天線的輻射方向圖在主瓣一定範圍內(一般3dB波束寬度內即可)相位保持恆定,則可以判斷該天線的相位中心是正確的。

模擬設定與基本流程

我們沿用上一篇文章中模擬的圓形貼片天線,該天線採用了同軸饋電,諧振頻率為2.4GHz。

士盟科技-部落格-技術通報-圖1.CST圖案

  • 設定方向圖的座標系

在Farfield Plot > Axes 中,將Axes Type設為「Main Lobe Alignment」(主瓣對齊),座標系設定為Ludwig 3,並檢查方向圖座標系已設定為x' y' z',並且天線以垂直極化(Vertical)為主。

  • 確認3dB波束寬度

透過查看一維E面遠場方向圖(y'oz '平面,Phi = 90°),確認該天線的3dB波束寬度為84°。

士盟科技-部落格-技術通報-圖2.CST圖案

驗證相位中心是否正確

  • 選擇相位參數

由於該天線以垂直極化為主,因此選擇垂直極化的相位(Vert. Phase)進行驗證。

士盟科技-部落格-技術通報-圖3.CST圖案

接著,在Farfield Plot對話框中切換至General選項卡,將Plot Type設為1D Cartesian。我們要驗證E面(y'oz '平面)的相位,因此在Vary / Angle Step Width中選擇Theta,並將Phi設為90°。

  • 設定相位檢查範圍

勾選「Plot Range for Polar Angles 360 Degree」和「Plot Range - 180..+180 Degree」這兩個選項。

士盟科技-部落格-技術通報-圖4.CST圖案

接下來切換到Origin選項卡,將原點設為「Center of Bounding Box」(計算域中心),進行初步檢查。

士盟科技-部落格-技術通報-圖5.CST圖案

  • 初步檢查結果

在此情況下,我們查看3dB波束寬度範圍內主瓣的相位是否恆定。E面3dB波束寬度為84°,也就是Theta觀察範圍為-42°~+42°,可以看到,當以計算域中心為參考原點時,主瓣在3dB波束寬度範圍內相位不是恆定的,需進一步調整。

士盟科技-部落格-技術通報-圖6.CST圖案

調整遠場參考原點

正確的相位檢查需要將文章(一)計算得到的相位中心座標作為遠場原點,這是確保結果正確的關鍵步驟!

士盟科技-部落格-技術通報-圖7.CST圖案

  • 設定正確的相位中心座標

回到Farfield Plot對話框,切換到Origin標籤。並輸入計算得到的E面相位中心座標,點選OK按鈕。

士盟科技-部落格-技術通報-圖8.CST圖案

  • 重新驗證相位恆定

當以計算的相位中心座標作為遠場參考原點時,我們可以看到輻射方向圖主瓣範圍內的相位保持恆定;這也驗證了計算的相位中心是正確的。

士盟科技-部落格-技術通報-圖9.CST圖案

系列文章:

資料來源:  Danner Dan - 天線相位中心(二)——如何檢查計算的天線相位中心是否正確?

關鍵字:天線相位中心、遠場、3dB波束、輻射