Улучшение Конструкции Биконических Антенн с помощью Моделирования

В задачах обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств, защиты информации, а также предельно допустимых уровней электромагнитных полей, множество изделий (устройств) проходят тестирование, основанное на применении биконических антенн. Для этого крайне важно, чтобы эти антенны обладали широкополосными характеристиками. Мы изучим, как моделирование может помочь вам быть уверенным в этом.

Биконическая антенна является широкополосной антенной, состоящей из двух токопроводящих элементов, имеющих конусообразную форму. Эти широкополосные дипольные антенны обычно обладают полосой пропускания частот в три и более октав. Что позволяет антенне достигать такой чрезвычайно широкой полосы пропускания частот? Это обусловлено ее конструкцией. В частности, ее двумя симметричными излучающими конусами.

Биконические антенны особо выделяются из-за их использования в проведении тестирования на электромагнитную совместимость (electromagnetic compatibility — EMC). Это тестирование гарантирует, что устройства удовлетворяют нормативным актам по электромагнитной совместимости, предписанными руководящими организациями. В связи с этим очень важно, чтобы эти антенны обладали широкополосными характеристиками, необходимыми для проверки изделий на соответствие таким нормативным актам.

Чтобы быть уверенным в том, что параметры антенн соответствует этим требованиям, можно обратить свое внимание на мощь процесса моделирования.

Модель Биконической Антенны в нашей Галлереи Приложений представляет собой конструкцию из двух конических, металлических, излучающих элементов с заполненным диэлектриком коаксиальным кабелем питания в ее центре. Эта структура вмещает небольшую цилиндрическую область, содержащую источник питания антенны, которая не входит в область моделирования.

В качестве альтернативы, этот источник может быть смоделирован посредством применения граничного условия для сосредоточенного коаксиального двухполюсника, расположенного на поверхности сразу перед коаксиальным кабелем. Это приводит к возникновению волны, которая распространяется вниз от коаксиала. Граничные условия идеально сочетающегося слоя — слоя, на котором полностью отсутствует отражение и рассеяние — используются для ограничения (отсечения) области свободного пространства, окружающего антенну, в которой выполняется моделирование.

Модель биконической антенны.

Соединительные провода моделируются как идеальные электрические проводники и используются для соединения внутреннего и внешнего провода коаксиала с коническими излучателями. Внутри каждого конуса, имеется небольшой симметричный вырез, который предоставляет просторный зазор в целях монтажа и сборки. Расстояние между излучателями и участком поверхности на конце вершин конусов отвечает за реактивное сопротивление входного порта антенны. Изменяя это расстояние, можно таким образом менять характеристики антенны.

Первый график демонстрирует частотную характеристику биконической антенны. Результаты показывают, что полоса пропускания значительно шире, чем у стандартной дипольной антенны, так как S11 имеет значение менее -10 дБ в диапазоне частот от 1,5 ГГц до 3,5 ГГц. В этом вводном примере моделируется полоса частот только одной октавы.

Теперь мы можем сосредоточиться на диаграмме направленности излучения антенны. Результаты моделирования показывают диаграмму направленности излучения в дальней зоне на частоте 1.9 ГГц в E-плоскости (показано синим цветом) и H-плоскости (показано зеленым). Результирующая диаграмма направленности напоминает диаграмму направленности излучения дипольной антенны.

Диаграмма направленности излучения в дальней зоне.

Обсуждаемая здесь модель демонстрирует (свидетельствует о том), что биконические антенны хорошо подходят для приложений, требующих всенаправленной диаграммы направленности излучения, равно как и широкой полосы рабочих частот. В следующий выпуск среды COMSOL Multiphysics — версию 5.1 — мы включим новый коммерческий вариант модели антенны, похожей на ту, чтопредставлена на картинке ниже. Следите за обновлениями!