Simulación de acoplamiento de antena para antenas de parche circulares de aeronaves

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Este ejemplo analiza el acoplamiento entre cuatro antenas circulares de remiendo montadas en los lados de un Boeing 757. Las antenas transmiten y reciben a una frecuencia de 2,4 GHz. el acoplamiento entre cada antena se caracteriza por el uso de la salida S-Parameter de XGtd, que se puede visualizar en la interfaz de usuario o exportarse a un archivo Touchstone v 1.1.

Figura 1: geometría Boeing 757.

 

La geometría de Boeing 757 consta de 1.096 caras, asignadas propiedades de material de conductor eléctrico perfecto. La figura 1 muestra la geometría del avión con cuatro facetas de color azul para identificar dónde se montarán las antenas.

Las simulaciones utilizan el modelo 3D completo, con una reflexión, sin transmisiones, dos difracciones de cuña y 16 difracciones de superficie. La frecuencia de funcionamiento de las antenas es de 2,4 GHz y se modela utilizando la opción básica de sinusoide.

El patrón de ganancia de antena en cada una de las cuatro ubicaciones de transceptor, definida por la antena de parche circular incorporada, tiene una constante dieléctrica relativa de 2,2, un radio de 0,0226 m, una altura de 0,0032 m y una frecuencia de 2,4 GHz (Figura 2).

Figura 2: Antena circular de parche.

 

Las antenas de parche circulares se montan en cuatro ubicaciones en el fuselaje de la aeronave. Actúan como antenas transmisoras y receptoras, por lo que pueden modelarse cómodamente utilizando un punto transceptor. Los transceptores se montan en cualquier faceta de la geometría y se orientan automáticamente mediante la normal de la faceta. El punto del transceptor se puede colocar gráficamente en la faceta seleccionada o, desde la ventana de propiedades del transceptor, se pueden introducir coordenadas exactas para ubicar el transceptor.

La figura 3 muestra las cuatro antenas de parche colocadas en la aeronave, con los patrones de antena 3-D y los vectores de control visibles.

Figura 3: transceptores en el 757 con patrones de antena y vectores de control visibles.

 

La salida del parámetro S es accesible de tres maneras: como la salida codificada por colores visible en la vista del proyecto (Figura 4), numéricamente a través de la ventana de propiedades del archivo de salida (Figura 5), o exportando el archivo Touchstone asociado (Figura 6).

Figura 4: visualización de parámetros S codificados por colores en la vista de proyecto.

Figura 5: parámetro S S21 – valor numérico que se muestra en la ventana de propiedades del archivo de salida.

 

Figura 6: parámetro S exportado a un archivo Touchstone.

 

La visualización de los trazados de rayos desde el cálculo proporciona información detallada sobre el acoplamiento entre dos antenas montadas en el avión y puede revelar qué estructuras contribuyen al acoplamiento. Por ejemplo, los dos principales contribuyentes al acoplamiento entre el transceptor 1 y el transceptor 2 son la dispersión del motor correcto y la contribución de la onda arrastrante que viaja a lo largo de la superficie del fuselaje del avión como se muestra en la figura 7. Existe un conjunto similar de trayectorias en el lado izquierdo de la aeronave, los transceptores de acoplamiento 3 y 4. Los parámetros S para estas ubicaciones se enumeran en la tabla 1:

Tabla 1: salida del parámetro S entre transceptores en el mismo lado de la aeronave.

Figura 7: trazados de rayos entre los transceptores 1 y 2 (S12 & S21).

 

El acoplamiento entre transceptores 1 (inferior derecha) y 4 (inferior izquierda), produciendo S14 =-104,62 dB y S41 =-104,61 dB, es principalmente a través de la onda arrastrante a lo largo de la parte inferior de la aeronave como se muestra en la figura 8.

Figura 8: trazados de rayos entre los transceptores 1 y 4 (S14 & S41).

 

Del mismo modo, el acoplamiento entre los transceptores 2 (superior derecha) y 3 (superior izquierda), con S23 = S32 =-87,45 dB, se debe a la onda arrastrante que viaja por la parte superior de la aeronave como se muestra en la figura 9.

Figura 9: trazados de rayos entre los transceptores 2 y 3 (S23 & S32).

 

El acoplamiento entre la antena inferior y la antena superior en el lado opuesto de la aeronave también se debe a la contribución de la onda rastrera como se muestra en la figura 10, donde S-Parameters S13, S31, S24, S42, son todos aproximadamente-104,56 dB.

Figura 10: trazados de rayos entre los transceptores 1 y 3 (S13 & S31).