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cst软件如何理解远场的坐标、分量和极化-和记娱乐怡情博娱188

来源: | 作者:thinks | 发布时间: 2023-09-27 | 98 次浏览 | 分享到:

为天线仿真的一个结果,也可以说是最重要的结果,远场的查看和理解就很关键。cst帮助文档中关于远场的解释的很详细,但可能因为详细,很多人总是缕不清楚这些英文名词:theta, phi, ludwig 2, ludwig 3, left, right, horizontal, vertical, copolar,crosspolar…

 

下面我就用最简单的语言(打脸),最短的篇幅(又打脸),给大家讲清楚。如标题所说,这里强调的是三个东东:坐标,(电场)分量,和极化。所以一定要分清楚这三个量。

 

话不多说,先上表1

                            

 

 

四大坐标系,球坐标和三个ludwig坐标。都是两个角度angle)能够指明球上任意位置,就像地图的经纬线。

 

这里最需要注意的是,sphericalludwig 3,都是用的thetaphi!那ludwig2的四个单词是什么呢?简单来讲其实就是不想叫thetaphi了,太土了,烂大街了,叫“海拔“和”方位角“多高大上,或者换个希腊远房亲戚的名字alphaepsilon~ 多年以后,发现还是thetaphi最接地气,流行最广。

 

再上表2

 

 

 

坐标定义好空间位置后,该位置有个天线远场的电场,闲不住,多动症。那怎么定义他的动作呢?那就看他往component1方向上动的多,还是component2方向上动的多,这就是向量的两个分量e1e2。这里最困惑的恐怕就是球坐标的两个分量,名字还是thetaphi

 

好吧,因为thetaphi太流行,允许球坐标这么任性吧。这里只有ludwig 3很叛逆啊,他非叫电场的“水平“分量和”竖直“分量,和坐标名字最不同,显得很有生活的样子。

 

分量极化什么关系呢?其实他们两个很类似。

由于两个分量正交,把电场的动作横平竖直分解的很干净,以致不能很好表示其连贯性,比如空中转体动作,最后脚出界了也给金牌。所以我们需要更完整的定义“极化“。

 

再上表3

 

 

所以,表2中四大分量都是线极化。这里多出两个极化,一个是圆极化,另一个是倾斜极化圆极化是两个正交分量差90度相位交替运动,所以分左右手旋转方向;倾斜极化就是将两个正交分量强行扭转到某个主方向,主方向的极化就是主极化,是我们想要的;垂直方向为次要的交叉极化,是我们不想要的。

 

话太多了,上案例:

长方形喇叭天线,向z 方向传播,近场电场可看出,极化方向基本就是上下,也就是y轴方向:

 

 

 

 

直接点击远场,这里就看不到电场的多动症了,初学者就有点难判断病情。那么这个常见的红色为主的远场辐射图是什么坐标?什么分量为主?什么极化呢?


 

 

先说坐标吧,仔细看远场图,z 轴附近有个thetax 轴附近有个phi,这个就是坐标轴的定义。由之前的表1可知,这个坐标系不是spherical就是ludwig 3,对吧?

 

再说分量,默认是不显示分量的,显示的是绝对值abs

 

 

 

当然下拉就可以看分量,一看又是thetaphi分量,这就明白了,就是用的最迷惑人的球坐标!

 

 

 

猜的没错,看远场属性,坐标栏,查看坐标系的确是spherical

 

 

 

如果这里我们改成ludwig3 呢?

 

 

 

点击ok或apply,可见远场分量就成了可查看的水平分量,竖直分量

 

 

 

同理,如果我们改成ludwig 2aeludwig 2ea,就可以看到不同的分量定义了。

 

 

 

 

 

注意,以上我们只是展示怎么查看不同坐标系,和不同坐标系下,远场电场使用的是不同的分量。以上我们使用的极化一直是线极化(linear)。

 

下面我们看主极化copolar和交叉极化crosspolar,极化需要从linear改成slant

 

 

 

当使用倾斜极化slant时,无论什么坐标系,我们的远场分量都是copolarcrosspolar,这个和表3一致。

 

这里推荐将坐标种类(axes type)改成polarization dependent,然后明确一下主极化方向和传播方向。由于喇叭天线本身是线极化,且有方向性,所以我们选linear-directional。主极化方向为y轴,y轴上出现了e-vector“作为主极化方向。传播方向是z ,这就和三维的喇叭方向一致。可见此时坐标是自动,由于是倾斜极化,坐标系的选择不会影响分量的定义。

 

 

 

 

 

 

 

可见,定义y为主极化之后,喇叭的极化方向(y轴)确实和主极化一致,所有主极化的场很强。而交叉极化(蓝绿色)虽然很弱,但也有一些值,这是因为这种方形的喇叭在边边角角有极化转换的效果,就是少量的y轴极化神奇的变成了x轴极化,叛变了。所以更高级的喇叭天线是可以通过优化结构使交叉极化最小的哦!

 

假如我们想把这个天线安装方向改变,得到不同的远场方向,是不是要三维调整重新仿真呢?当然不用,远场调坐标轴即可。选择user defined坐标类型,和需要的极化类型(分量),比如这里我们还用主极化和交叉极化(slant):

 

 

 

比如我们调整远场的z‘,这样主瓣方向在全局坐标中还是z ,但远场坐标中,就为theta=45, phi=180了。如果这时我们用后处理将远场数据导出,这样就可以看到,前两列是球坐标系,后面几列是主极化和交叉极化的值。最大值在theta=45, phi=180

 

 

 

 

 

 

 

如果到这里还不清楚的话,下面我们看一个更复杂的情况,两个天线,方向不同,极化方向也不同,如果同时激励的远场,应该如何观察。

 

 

 

天线1和刚才一样:

 

 

 

天线2是天线1位置转90度,极化也转90度。

 

 

 

这样简单合并出来的远场,就是主要覆盖两个方向,合理合法合家欢。

 

 

 

如果这时,我们选择linear directional, 就是主极化自动定义为y轴,然后看主极化图,可见天线1还是为主,因为这时的主极化方向对于天线2来说,是交叉极化。如果我们看交叉极化,这就变成了天线2为主。所以,copolarcrosspolar都是人定的,不要混淆。

 

 

 

 

 

小结:

以后再看到这些词,可以先问问自己这些问题:

 

theta/phi: 是坐标?还是线极化分量?是坐标的话,是球还是ludwig3

ludwig:这个是坐标,具体ludwig啥?

elevation/azimuth/alpha/epsilon: 这肯定是ludwig2坐标了。

lhcp/rhcp: 这是指圆极化,可这里没讲啊,差评~

copolar/crosspolar:这是倾斜极化,要人为定义主次。

horizontal/vertical:这是分量,ludwig3坐标的。

 

本文没有讨论的问题:这些分量具体什么方向,远场具体分类等等。

 

最后出个考题,下面3个导出的远场数据,分别都是什么坐标?什么分量?什么极化?

感谢阅读,如果觉得本篇文章有点用,请回复考题答案,虽然没奖品,但回答正确的将被精选展示哦。

 

farfield data 1:

 

 

farfield data 2:

 

 

farfield data 3:

 

 

(内容、图片来源:cst仿真专家之路公众号,侵删)

 

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