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Ejemplos de aplicación

Comparación de resultados de ganancia de antena con reflector angular

 

Este ejemplo consiste en un dipolo vertical de media onda a 300 MHz dentro de un reflector de esquina como se muestra en las Figuras 1 y 2. El reflector de esquina está formado por tres placas ortogonales de cinco metros (cinco longitudes de onda a 300 MHz) de lado. El centro del dipolo vertical está por encima de los puntos centrales de las tres placas. Esto sitúa la alimentación del dipolo a 2,5 longitudes de onda de cada placa. Se han modelado tres variaciones de este caso de prueba.

  1. Placas metálicas finas perfectamente conductoras
  2. Placas metálicas perfectamente conductoras cubiertas con un revestimiento dieléctrico con pérdidas de 14 cm de espesor (permitividad relativa = 4, conductividad = 0,1 S/m) en ambas caras.
  3. Placas dieléctricas de 28 cm de espesor (permitividad relativa = 4, conductividad = 0,05 S/m).

La capacidad de zona lejana del XGtd permite calcular la ganancia de la antena en dBi en círculos de ángulo polar constante theta, o ángulo acimutal constante phi, donde los ángulos theta y phi se definen utilizando el sistema de coordenadas esféricas convencional (véase la Figura 3). La ganancia polarizada theta se compara en siete círculos, cuatro círculos de phi constante = 0, 45, 90, 135 grados, y tres círculos de theta constante = 45, 90, 135 grados. Los resultados de la ganancia en la zona lejana del XGtd se comparan con los cálculos FDTD realizados utilizando un tamaño de celda de 5,556 cm (18 celdas/longitud de onda a 300 MHz).

La figura 1 muestra la geometría del reflector de esquina. Cada placa mide cinco longitudes de onda de lado a 300 MHz. El dipolo (no se muestra) está situado a 2,5 longitudes de onda por encima de los puntos centrales de las placas. El dipolo mide media longitud de onda a 300 MHz.

En la figura 2, el recuadro verde indica la posición del centro del dipolo. La línea blanca vertical sólo se incluye como referencia y no forma parte del modelo.

La figura 3 muestra el sistema de coordenadas esféricas utilizado en XGtd.

Resultados de ganancia de antena de zona lejana para placas metálicas

Los resultados de la zona lejana y la potencia recibida para el reflector de esquina hecho de placas metálicas conductoras eléctricas perfectas se calcularon utilizando el modelo Full 3D de XGtd con un máximo de 2 reflexiones y 1 difracción. En la figura 4 se muestra la potencia recibida para un arco horizontal de receptores junto con las trayectorias de propagación hasta un receptor situado en el arco. Los resultados de la zona lejana se comparan con los resultados FDTD de onda completa en la Figura 5, Figura 6, Figura 7, Figura 8, Figura 9, Figura 10 y Figura 11.

Resultados de ganancia de antena de zona lejana para placas metálicas con revestimiento con pérdidas

XGtd implementa una versión modificada de UTD que amplía la aplicabilidad de UTD más allá de las superficies metálicas perfectamente conductoras. Esta parte del ejemplo muestra la capacidad de XGtd para modelar reflexiones y difracciones para placas recubiertas con una capa dieléctrica con pérdidas. La zona lejana y los resultados de potencia recibida para el reflector de esquina se calcularon utilizando el modelo Full 3D de XGtd con un máximo de 2 reflexiones y 1 difracción. En la figura 4 se muestra la potencia recibida para un arco horizontal de receptores junto con las trayectorias de propagación hasta uno de los receptores del arco. Los resultados de la zona lejana se comparan con los resultados FDTD de onda completa en la Figura 13, Figura 14, Figura 15, Figura 16, Figura 17, Figura 18 y Figura 19.

Resultados de ganancia de antena de zona lejana para placas dieléctricas con pérdidas

El modelado de un reflector de esquina compuesto por placas dieléctricas con pérdidas aumenta la complejidad de este ejemplo. Además de modelar las reflexiones y difracciones con un material con pérdidas, es necesario modelar con precisión las transmisiones a través de las placas dieléctricas para obtener los resultados correctos de la zona lejana. La ganancia de la antena en la zona lejana y la potencia recibida se calcularon utilizando el modelo de propagación Full 3D de XGtd con 2 reflexiones, 1 transmisión y 1 difracción. En la Figura 20 se muestra la potencia recibida para un arco horizontal y los trayectos de los rayos hacia un único receptor a lo largo del arco. En esta figura se aprecia claramente la transmisión de energía a través de la placa dieléctrica con pérdidas. Los resultados de la zona lejana se comparan con los resultados FDTD en las figuras 21, 22, 23, 24, 25, 26 y 27.

Conclusión

En los tres casos, los resultados de ganancia de antena en zona lejana del XGtd muestran una buena concordancia con los resultados FDTD de onda completa. La solución XGtd capta la forma y magnitud generales del diagrama. Las diferencias entre los patrones se deben a que XGtd sólo incluye los efectos de las trayectorias que sufren un máximo de 2 reflexiones, 1 difracción y 1 transmisión (para el caso de la placa dieléctrica). FDTD resuelve directamente las ecuaciones de Maxwell y, por tanto, incluye todas las interacciones relevantes siempre que la geometría esté representada por una malla con suficiente resolución. Incluso considerando únicamente trayectorias con un máximo de 2 reflexiones y 1 difracción, XGtd se acerca mucho a los resultados de FDTD, lo que indica que estas trayectorias son las que más contribuyen a los campos de la zona lejana.