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cst软件如何计算天线系数antenna factor-和记娱乐怡情博娱188

来源: | 作者:thinks | 发布时间: 2023-09-27 | 86 次浏览 | 分享到:

天线系数(antenna factor)也称天线因子,是指天线附近接收的电场强度与天线端口生成的电压比值,简单讲就是天线接收电磁波,然后转化成电信号的能力;或者反过来,激励电信号之后,天线转化成电磁波的能力。由于电场单位是v/m,所以天线系数(简称af)的单位就是每米“/m”,如果用db表示的话,就是dbm^-1.

 

首先一个问题就是,天线系数和增益有什么区别呢?直接上公式吧,对于50欧姆的天线:


 

或者:

 


可见af是跟增益有关,而且每个频率不一样。等下我们会解释公式推导,并证明两个公式等效。

 

演示模型我们用天线库里面的一个喇叭天线,因为在x-方向有个同轴馈电端口。


 

 

方法1:平面波和transient co-simulation计算

打一个平面波给天线,场强设为1v/m便于计算,电场方向为phi=0的平面(x轴方向):


 


注意该方法需要在电路中获取端口的电压,但是由于是平面波,所以要勾选superimpose plane wave excitation,使平面波用于时域电路仿真,点击apply就行。


 

然后电路中加端口1:

 

新建transient任务,选transient co-simulation,tmax足够长就行:


 

激励选项中把端口阻抗定为50ohm:

 

运行transient任务,查看端口1的频域电压:

 


接下来使后处理,因为电场强度为1v/m, 所以这里1除以电压:


 

 

方法2:远场增益提取

如果不用平面波模拟接收信号,我们可以从天线远场的增益来计算af。因为要得到af在不同频率的值,所以需要多个频点的远场结果,需要多个远场监视器,计算相对方法1较慢:

 

 

 

根据一开始的公式,要想计算af,除了增益之外,还有频率属性,所以需要后处理,然后两个公式选一个用就可以了,两个公式都有频率信息,所以先把频率从x轴调去y轴:

 

 

 

如果用第一个公式:

 

 

先拿到增益:

 

然后直接写公式:

 

如果用另一个公式:

 

 

增益就需要线性了:

 

还需要波长, 所以多一步频率波长转换:

 

然后写公式:

 

可以看到两种方法,包括两个公式的结果基本都一样:

 

 

 

最后总结:

1)本文其实给了三个方法,可用于天线系数的计算和互相验证。

2)实际天线的af获取也是两种方法,一种是直接从供应商得到宽频的曲线,另一种方法就是测量,将天线放在已知场强中,然后扫频的到af,类似我们的方法1平面波。

3)天线系数在emc仿真中比较常见,因为它可以把场强e和电压v联系起来;这个值往往是天线生产厂提供,但是它把哪些路径、损耗或匹配考虑进去,就是工程师要注意的东西,也就是说,实际中要考虑是场强和哪里的电压比的问题。

4)下面进行公式推导:

从天线基本公式开始,就是功率密度等于接收功率除以天线增益和球面:

 

空间功率密度是电场平方除阻抗(120pi):

 

天线接收功率是电压平方除阻抗(50ohm):

 

 

带入得到场强和电压的平方比:

 

两边都取10log(),所以左边就是af的db形式:

 

另外用到:

 

所以开头的两个公式就都推导完了。

 

(内容、图片来源:cst仿真专家之路公众号,侵删)

 

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