एंटीना चरण केंद्र (एफसीए) और Ansys HFSS में इसकी खोज

दर्पण को प्रतिबिंबित करने वाली प्रणालियों (परवलयिक दर्पण) का उपयोग करते हुए उच्च आवृत्ति तकनीक में गणना करते समय, हमेशा एंटीना चरण केंद्र (एफसीए) की खोज करने का कार्य हमेशा उठता है, क्योंकि दर्पण का सही संचालन केवल तभी संभव है जब एंटीना (फ़ीड, फीडर, फीडहॉर्न कहा जाता है) फोकस में है और एक गोले के रूप में लहर के सामने एक चरण है, और इस क्षेत्र का केंद्र दर्पण के फोकस में है। किसी भी विचलन के साथ, दोनों क्षेत्र के सामने का आकार गोलाकार और दर्पण के फोकस से पीसीए के विस्थापन से दर्पण प्रणाली की दक्षता कम हो जाती है, क्योंकि इसका विकिरण पैटर्न विकृत है।

यद्यपि एफसीए खोज का विषय रोजमर्रा की जिंदगी में भी काफी प्रासंगिक है, क्योंकि पारंपरिक उपग्रह टीवी एंटेना के अलावा, वाईफाई, वाईमैक्स और सेलुलर संचार (यूएमटीएस / 3 जी, एलटीई / 4 जी) के लिए पैराबोलिक एंटेना भी व्यापक हैं - फिर भी, इस तरह के विषय साहित्य और उपयोगकर्ताओं में अक्सर खराब होते हैं। सामान्य विकिरण पैटर्न के साथ चरण पैटर्न को भ्रमित करें।

कंप्यूटर सिमुलेशन कार्यक्रमों के बारे में वीडियो में, आप कभी-कभी एफसीए की तलाश करने के बारे में व्यावहारिक निर्देश पा सकते हैं, लेकिन आमतौर पर हम जो भी खोज रहे हैं और जो हमें मिलता है, उसका न्यूनतम विवरण भी नहीं है।

इसलिए, अंतर को भरने के लिए, हम व्यावहारिक उदाहरणों के साथ एक छोटा लेख लिखेंगे।
चरण विकिरण पैटर्न कोणीय निर्देशांक पर एंटीना द्वारा उत्सर्जित विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के चरण की निर्भरता है।
(ए.पी. पुडोवकिन, यू.एन. पनासियुक, ए.ए. इवानकोव - एंटीना सिद्धांत के मूल सिद्धांत )

चूंकि क्षेत्र E और H के वैक्टर एंटीना के सुदूर क्षेत्र में चरण में हैं, इसलिए चरण किरण एंटीना द्वारा उत्सर्जित विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के विद्युत और चुंबकीय घटक से समान रूप से संबंधित है।
चरण पैटर्न ग्रीक अक्षर Psi द्वारा नामित किया गया है:

R = const के लिए θ = for (θ, Ψ) ।

यदि If (Ψ, φ) = r = कांस्ट में const है, तो इसका मतलब है कि एंटीना एक गोले के रूप में लहर के सामने एक चरण बनाता है।

इस क्षेत्र का केंद्र, जिसमें समन्वय प्रणाली की उत्पत्ति स्थित है, एंटीना (FCA) का चरण केंद्र कहा जाता है।

ऐन्टेना का चरण केंद्र वह बिंदु है जिस पर आप गोलाकार तरंग के एकल उत्सर्जक को बना सकते हैं, जो निर्मित क्षेत्र के चरण के संबंध में प्रश्न में एंटीना प्रणाली के बराबर है।
(ड्रैकिन ए.एल., ज़ुज़ेंको वी.एल. एंटीना-फीडर डिवाइस )

FCA में सभी एंटेना नहीं होते हैं। एंटेना के लिए एक चरण केंद्र और उनके बीच अलग शून्य के साथ एक मल्टी-लोब आयाम बीम है, पड़ोसी लोब में क्षेत्र का चरण π (180 °) से भिन्न होता है।

एक ही एंटीना के आयाम और चरण विकिरण पैटर्न के बीच का संबंध सचित्र है



वास्तविक एंटेना में, चरण केंद्र को आमतौर पर विकिरण पैटर्न के मुख्य लोब के सीमित कोण के भीतर माना जाता है। चरण केंद्र की स्थिति का उपयोग सिग्नल की आवृत्ति, एंटीना की विकिरण / रिसेप्शन की दिशा, इसके ध्रुवीकरण और अन्य कारकों पर निर्भर करता है। कुछ एंटेना पारंपरिक अर्थों में एक चरण केंद्र नहीं है।

सरलतम मामलों में, उदाहरण के लिए, एक परवलयिक एंटीना के लिए, चरण केंद्र परवलंबी के फोकस के साथ मेल खाता है और इसे ज्यामितीय विचारों से निर्धारित किया जा सकता है। अधिक जटिल मामलों में, जैसे कि हॉर्न एंटेना, चरण केंद्र की स्थिति स्पष्ट नहीं है और उचित माप की आवश्यकता होती है।

चरण केंद्र के पूर्ण पैमाने पर माप बहुत समय लेने वाले होते हैं (विशेषकर एक विस्तृत आवृत्ति बैंड में)।
विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों के सीएडी-सिमुलेटरों में, एफसीए की गणना एक बहुत ही सरल कार्य है, लेकिन इसके लिए अभी भी कई मैनुअल जोड़तोड़ की आवश्यकता होती है, क्योंकि यह जानवर बल द्वारा किया जाता है और फ़ंक्शन के एक छोटे प्रारंभिक सेटअप की आवश्यकता होती है जिसे हम जानवर बल पर जा रहे हैं।

व्यावहारिक गणना के लिए, हम इनवर्टो निर्माता, ब्लैक अल्ट्रा श्रृंखला से केयू-बैंड रेंज - एलएनबी के लिए एक वास्तविक पेराबोला विकिरणक लेते हैं।

इस फीडर का यह रूप है (अनुभाग में)



एक गेंद एक मटर के आकार का - यह एफसीए होगा, लेकिन हम अभी भी यह नहीं जानते हैं और हमारा काम इसकी स्थिति का पता लगाना है।

उदाहरण में, हम निम्नलिखित इनपुट का उपयोग करेंगे:

- गणना आवृत्ति 11538.5 मेगाहर्ट्ज (तरंग दैर्ध्य 25.982 मिमी)
- रैखिक क्षैतिज ध्रुवीकरण (Y अक्ष में)
- एंटीना स्वयं एक्स अक्ष के साथ निर्देशित होता है, अर्थात। मुख्य विकिरण दिशा radiation = 90, φ = 0

Ansys HFSS में पारंपरिक सुदूर क्षेत्र मापदंडों की गणना इस तरह के विकिरण पैटर्न को 3 डी और 2 डी में देती है





चरण के आधार पर विद्युत क्षेत्र की ताकत (वोल्ट / मीटर) (ई-फील्ड) के तात्कालिक मूल्य



इंटीग्रल ई-फील्ड ताकत (लहर की 1 क्रांति के लिए)



दूर के क्षेत्र (सुदूर-क्षेत्र) के ऐसे सभी मापदंडों को पूर्ण-माप दोनों में और सीएडी सिमुलेशन में एक अनंत क्षेत्र - अनंत क्षेत्र पर गणना की जाती है। परीक्षण एंटीना या इसके कंप्यूटर मॉडल को इस तरह के गोले के केंद्र में रखा जाता है, और मापने की जांच ऐसे क्षेत्र की परिधि के साथ चलती है और आयाम, ध्रुवीकरण (घटकों में से एक का आयाम) और ईएम लहर के चरण को मापती है। जांच स्थिर हो सकती है और परीक्षण के तहत एंटीना को घुमा सकता है।

मुख्य बात यह है:

- दूरी हमेशा समान थी (यानी यह ठीक मापने वाला क्षेत्र था)
- गोले की त्रिज्या काफी बड़ी थी ताकि अंतरिक्ष के केवल उस क्षेत्र में माप किए गए जहां बिजली के क्षेत्र ई और चुंबकीय एच के वैक्टर चरण में हैं, अर्थात्। घटकों में से कोई भी पूर्ववर्ती नहीं होता है और चार्ज वाहक के कारण एंटीना के धातु कंडक्टरों में या चार्ज किए गए ढांकता हुआ अणुओं के कारण चरण शिफ्ट नहीं होता है (कोई प्रतिक्रिया नहीं है)।

Ansys HFSS में, दूर क्षेत्र माप करने के लिए, आपको कम से कम एक अनंत क्षेत्र बनाना होगा: विकिरण -> सुदूर क्षेत्र सेटअप सम्मिलित करें -> अनंत क्षेत्र



always और φ को हमेशा 0 से 360 तक निर्दिष्ट किया जा सकता है, लेकिन गणनाओं पर समय बचाने के लिए यह कभी-कभी एक निश्चित क्षेत्र के अध्ययन के तहत कोण को सीमित करने के लिए तर्कसंगत है। चरण को 1 डिग्री पर सेट करते समय, पूर्ण क्षेत्र 360 * 360 = 129,600 डिज़ाइन बिंदुओं पर और 0.1 डिग्री के चरण पर लगभग 13 मिलियन पर कब्जा कर लेगा। 3D / 2D विकिरण पैटर्न रिपोर्ट बनाने के लिए, 2-3 डिग्री का एक चरण आमतौर पर पर्याप्त होता है (चरण में 14,400 डिज़ाइन बिंदु)। 3 डिग्री)। चरण 1 डिग्री या उससे कम, यह केवल स्लाइस के विश्लेषण के लिए उपयोग करने के लिए समझ में आता है



"समन्वय प्रणाली" टैब में, प्रत्येक क्षेत्र में आवश्यक रूप से अपना समन्वय केंद्र है। डिफ़ॉल्ट रूप से, हमेशा वैश्विक परियोजना समन्वय केंद्र [0, 0, 0] होता है। यदि वांछित है, तो आप किसी भी अन्य रिश्तेदार निर्देशांक को जोड़ सकते हैं। मॉडल के ज्यामिति के दोनों तत्व और उपयोगकर्ता-परिभाषित क्षेत्र "अनंत क्षेत्र" को वैश्विक समन्वय केंद्र के सापेक्ष या उपयोगकर्ता द्वारा परिभाषित व्यक्ति के सापेक्ष सौंपा जा सकता है। इसका प्रयोग हम नीचे करेंगे।

ऊपर ई-फ़ील्ड के एनीमेशन में लहर के डायवर्जिंग चरण सामने देखा गया था। EM तरंग एक परित्यक्त पत्थर से पानी पर हलकों के समान संकेंद्रित वृत्त बनाती है। चरण केंद्र वह बिंदु है जिस पर ऐसा पत्थर फेंका गया था। यह देखा जा सकता है कि उसकी स्थिति मुखपत्र के मुंह में कहीं है, लेकिन उसकी सटीक स्थिति स्पष्ट नहीं है।

पीसीए खोज विधि इस तथ्य पर आधारित है कि हम ई-क्षेत्र वेक्टर (इसकी चरण) की दिशा को असीम रूप से दूरस्थ क्षेत्र की सतह पर देखते हैं।

प्रदर्शन के लिए, हम एक क्षेत्र पर 4 लैम्ब्डा के त्रिज्या के साथ ई-फील्ड वैक्टर के साथ 2 एनिमेशन बनाएंगे (यह एक अनंत क्षेत्र नहीं है, लेकिन तस्वीर के बेहतर पैमाने के लिए, ऐसा त्रिज्या पर्याप्त है)।

पहले एनीमेशन पर, गोले का केंद्र एफसीए में बिल्कुल रखा गया है



दूसरे एनीमेशन में, केंद्र परियोजना बिंदु 0, 0, 0 पर स्थित है (आगे देखते हुए, मान लें कि यह पीसीए के पीछे 25.06 मिमी है)



पहली गोले की सतह पर (यह एक वक्र है, यह एक समतल नहीं है) यह देखा जा सकता है कि वैक्टर समकालिक रूप से चलते हैं। उनका आयाम (परिमाण) अलग है, क्योंकि केंद्र में एंटीना तल की अधिकतम (14.4 dBi तक) होती है, जो धीरे-धीरे ° 20 ° के कोण पर 2 बार (-3 dB) बाहर निकलती है।

हमें रंग / लंबाई में दिलचस्पी नहीं है, लेकिन वेक्टर की दिशा में। ताकि वे सभी तुल्यकालिक रूप से (चरण में) आगे बढ़ें।

पहले एनीमेशन में, सभी वैक्टर समकालिक रूप से चलते हैं, जैसे कि गेंद दाएं और बाएं घूमती है।

दूसरे एनीमेशन में, वैक्टर समकालिक नहीं हैं, कुछ ने पहले ही गति की दिशा बदल दी है, अन्य अभी तक नहीं हुए हैं। इस क्षेत्र की सतह लगातार सतह तनाव / विरूपण से गुजरती है।

पहला क्षेत्र एफसीए में स्थित है, दूसरा एफसीए में नहीं है।

इस पद्धति का उपयोग करते हुए पीसीए की खोज करने का कार्य एक छोटे से कदम के साथ अनंत स्फेयर को स्थानांतरित करना है (जब तक कि इस क्षेत्र में हमारे लिए रुचि के क्षेत्र में चरण फैल न जाए) (हम केवल मुख्य विकिरण लोब में रुचि रखते हैं) न्यूनतम (आदर्श, शून्य) है।

लेकिन ब्रूट फोर्स में जाने से पहले, हम पहले देखेंगे कि एचएफएस में एचएफ को किस चरण में प्रदर्शित किया जा सकता है।

सुदूर क्षेत्र की रिपोर्ट में "परिणाम -> क्रिएट फील्ड रिपोर्ट बनाएं", हम या तो एक पारंपरिक आयताकार ग्राफ (आयताकार भूखंड) या एक 2 डी परिपत्र ग्राफ (रेडिएशन पैटर्न) प्रदर्शित कर सकते हैं जहां एक अक्ष पर (उदाहरण के लिए एक्स) हम कोणीय समन्वय की निर्भरता प्राप्त करते हैं (उदाहरण के लिए far), और वाई अक्ष के साथ, इन कोणों पर चरण मान the।

हमें जिस रिपोर्ट की आवश्यकता है वह है आरई - "विकिरणित ई फ़ील्ड"।
प्रत्येक क्षेत्र के लिए [each, φ] अनंत क्षेत्र पर, विद्युत क्षेत्र की जटिल संख्या (वेक्टर) की गणना की जाती है।

साधारण आयाम रेखांकन (विकिरण पैटर्न, दिशा में विकिरण शक्ति वितरण) का निर्माण करते समय, हम इस क्षेत्र के आयाम (मैग) में रुचि रखते हैं, जिसे या तो मैग (आरई) के रूप में प्राप्त किया जा सकता है या तुरंत अधिक सुविधाजनक चर लाभ का उपयोग कर (शक्ति उत्तेजना बंदरगाह पर शक्ति के सापेक्ष दी जाती है और सापेक्ष होती है) आइसोट्रोपिक एमिटर)।

चरण डीएन का निर्माण करते समय, हम ध्रुवीय संकेतन (डिग्री में) में जटिल संख्या (वेक्टर चरण) के काल्पनिक भाग में रुचि रखते हैं। ऐसा करने के लिए, गणितीय फ़ंक्शन ang_deg (angle_in_ डिग्री) या cang_deg (संचित_ angle_in_degrees) का उपयोग करें

LNA इनवर्टो ब्लैक अल्ट्रा एंटीना के लिए, क्षैतिज उत्तेजना ध्रुवीकरण (rEY) के साथ XZ विमान (NA = 0) में चरण पैटर्न का यह रूप है



कोण थीटा = 90 विकिरण आगे है, थीटा = 0 ऊपर, थीटा = 180 नीचे।

Ang_deg का मान -180 से +180 तक भिन्न होता है, 181 ° का कोण -179 ° का कोण होता है, इसलिए अंक saw 180 ° से गुजरते समय ग्राफ में आरी का आकार होता है।

यदि चरण परिवर्तन की दिशा स्थिर है, तो cang_deg मान संचित हो जाते हैं । यदि चरण 3 पूर्ण क्रांतियों (180 ° 6 बार पार) तक बना है, तो संचित मूल्य 1070 ° तक पहुंच जाता है।

जैसा कि लेख की शुरुआत में लिखा गया था, आमतौर पर एंटेना के चरण और आयाम पैटर्न एक दूसरे से जुड़े होते हैं। आसन्न आयाम लोब (बीम) में, चरण 180 ° से भिन्न होते हैं।

हम चरण (लाल / हल्के हरे रंग) और आयाम (बैंगनी) DNs के एक और रेखांकन पर एक सुपरम्यूपोज करते हैं



आयाम डीएन पर कूबड़ स्पष्ट रूप से चरण फ्रैक्चर का पालन करते हैं, जैसा कि पुस्तकों में लिखा गया है।

हम केवल अंतरिक्ष के एक निश्चित क्षेत्र में, मुख्य विकिरण लोब (शेष लोब अभी भी पैराबोलिक दर्पण से चमकते हैं) के भीतर चरण के सामने रुचि रखते हैं।

इसलिए, हम केवल ग्राफ को सेक्टर 90 the 45 ° (45-135 °) तक सीमित करते हैं।



ग्राफ़ मार्करों MIN (m1) और MAX (m2) में जोड़ें जो अध्ययन क्षेत्र में फैले सबसे बड़े चरण को दर्शाते हैं।

इसके अलावा, हम गणितीय फ़ंक्शन pk2pk () जोड़ते हैं जो स्वचालित रूप से पूरे चार्ट पर न्यूनतम और अधिकतम की तलाश करता है और अंतर दिखाता है।

ऊपर दिए गए ग्राफ़ में, अंतर m2-m1 = pk2pk = 3.839 °

FCA को खोजने का कार्य एक छोटे से कदम के साथ अनंत क्षेत्र को स्थानांतरित करना है जब तक कि फ़ंक्शन pk2pk (cang_deg (rE)) का मूल्य कम से कम नहीं हो जाता है।

अनंत क्षेत्र को स्थानांतरित करने के लिए, आपको एक और अतिरिक्त समन्वय प्रणाली बनाने की आवश्यकता है: मॉडलर -> समन्वय प्रणाली -> निर्माण -> सापेक्ष सीएस -> ऑफसेट

चूंकि हम स्पष्ट रूप से जानते हैं कि एक सममित सींग के लिए पीसीए एक्स अक्ष (जेड = वाई = 0) पर होगा, फिर जेड और वाई के लिए हम 0 सेट करते हैं, और यह केवल एक्स अक्ष के साथ आगे बढ़ेगा, जिसके लिए हम चर स्थिति (प्रारंभिक मान 0 के साथ) असाइन करते हैं मिमी)



जानवर बल प्रक्रिया को स्वचालित करने के लिए, एक अनुकूलन कार्य बनाएं।
ऑप्टिमेट्रिक्स -> ऐड -> पैरामीट्रिक , और 0 से 100 मिमी की रेंज में पॉस वैरिएबल पिच को 1 मिमी में सेट करें।



टैब में " गणना -> सेटअप गणना " हम रिपोर्ट प्रकार "सुदूर क्षेत्र" और फ़ंक्शन pk2pk (cang_deg (rEY)) का चयन करते हैं। "रेंज फ़ंक्शंस" बटन में, -45 से +45 डिग्री (या किसी अन्य दिलचस्प) तक की सीमा निर्दिष्ट करें



ParametricSetup1 चलाएं -> विश्लेषण करें ।

गणना काफी तेज है, क्योंकि सभी दूर-क्षेत्र गणना पोस्ट-प्रोसेसिंग हैं और मॉडल को फिर से हल करने की आवश्यकता नहीं है।

गणना पूरी होने के बाद, ParametricSetup1 -> विश्लेषण परिणाम देखें पर क्लिक करें।



हमें X = 25 मिमी की दूरी पर एक स्पष्ट न्यूनतम दिखाई देता है

उच्च सटीकता के लिए, हम 0.01 मिमी के एक चरण के साथ 25.0-25.1 मिमी की सीमा में पैरामीट्रिक विश्लेषण को संपादित करते हैं



हमें X = 25.06 मिमी पर न्यूनतम स्पष्ट मिलता है

नेत्रहीन मूल्यांकन करने के लिए जहां एफसीए मॉडल में निकला है, आप गोले (गैर-मॉडल) या अंक खींच सकते हैं।

यहां बिंदु पर X = 25.06 मिमी 2 गोले रखे गए हैं (2 और 4 लंबो के त्रिज्या के साथ)



यहाँ एनीमेशन में ऐसा ही है



यहाँ विमान का एक बड़ा क्लोजअप है और बिंदु X = 25.06 पर मटर है



यह एक आम गलतफहमी है कि एचएफएसएस (और अन्य कार्यक्रमों में, उदाहरण के लिए सीएसटी), जब ऐन्टेना ज्यामिति पर 3 डी प्लॉट प्लॉट लागू किया जाता है, तो ऐसा प्लॉट स्वचालित रूप से पीसीए में रखा जाता है।

दुर्भाग्य से ऐसा नहीं है। 3D ग्राफ को हमेशा उस समन्वय प्रणाली के केंद्र में रखा जाता है जिसका उपयोग इस ग्राफ़ के लिए "अनंत क्षेत्र" सेट करते समय किया गया था। यदि डिफ़ॉल्ट वैश्विक समन्वय प्रणाली [0, 0, 0] का उपयोग किया गया था, तो 3 डी प्लॉट को 0,0,0 पर रखा जाएगा (भले ही एंटीना खुद दूर हो)।

ग्राफ़ को संयोजित करने के लिए, 3 डी प्लॉट सेटिंग्स में आपको "अनंत क्षेत्र" (एक और एक बनाएं) का चयन करना होगा जिसके लिए पीसीए के बिंदु पर "सापेक्ष सीएस" सेट किया गया है जिसे हमने मैन्युअल रूप से पाया था।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि इस तरह का ओवरले केवल अध्ययन के तहत क्षेत्र के लिए सही होगा (उदाहरण के लिए, बीम का मुख्य बीम), एफसी के साइड और बैक लॉब्स में, यह किसी अन्य स्थान पर हो सकता है या निरर्थक हो सकता है।

यह भी ध्यान दें कि अनंत क्षेत्र सेटिंग्स का रेडिएशन सीमा सीमा के साथ कोई लेना-देना नहीं है। रेड परत को एक आयत, शंकु, सिलेंडर, गेंद, रोटेशन दीर्घवृत्त के रूप में परिभाषित किया जा सकता है, और अपनी स्थिति, आकार और घुमाव को अपनी इच्छानुसार घुमा सकते हैं। अनंत क्षेत्र की स्थिति और आकार नहीं बदलेगा। यह हमेशा एक गोला (गेंद) होगा जिसमें एक अनंत (पर्याप्त रूप से बड़ा) त्रिज्या होता है और एक दिए गए समन्वय प्रणाली में केंद्रित होता है।

अध्ययन के लिए मॉडल फ़ाइल LNB_InvertoBlackUltra.aedt पर उपलब्ध है: https://goo.gl/RzuWxW (Google ड्राइव)। Ansys इलेक्ट्रॉनिक्स डेस्कटॉप v19 या उच्चतर फ़ाइल को खोलने के लिए आवश्यक है (2018.1 से कम नहीं)