CST微波工作室 微带天线与相控阵快速建模与仿真验证④

阵列天线设计

阵列设计当中，因为耦合的原因，天线性能会发生变化。接下来我们会用到一个工具叫做array。一般来说array很大，需要付出很大的计算代价去计算每个阵列中每个单元的方向图，再有正因子进行加权，这样的过程很复杂。

那么有个简化的工具叫做array task，在右上方的search栏里输入array，再选择array task即可进入界面。我们使用其中的unit cell，使用周期边界条件对一个单元的有源阻抗进行分析。

点击array task后，会弹出下图所示的界面。假设要做一个一维的阵列，在x方向H面做6个elements，Y方向只要一个，spacing则是半个波长。在Shape下拉菜单处还可选择不同形状的阵列，红色部分就是有源单元，灰色则表示该区域无单元，我们此时选择custom形状。

点击ok就进入到阵列原理图view里。这时，我们希望用左右两个单元作为哑源，也就是说他们不会变，也就是接了一个匹配负载，点击菜单的set passive就设置完毕了。

然后查看2d/3d results-port modes-port1-e1，看该单元的端口阻抗。运气很好，端口阻抗刚好是49.2971Ω这样。实际购买的SMA接头都是有标准的，我们在这里也只是进行一个估计。

目前我们要对正中方向图进行一个计算，尤其是看它扫描的时候会出现什么样的问题。点击右上方的create unit cell simulation project后，会弹出下图所示的对话框，改一下名字为unit cell，其他的不作改变。

那么这时，CST就在后台创建了一个关联的unit cell，这个unit cell和之前的patch antenna是关联的，如果我改变patch antenna的任意参数，后面的unit cell也会进行一个同步的修改。

此时我们用unit cell边界条件模拟我们扫描的角度，因为天线是对称的，我们只需要看Zo也就是phi=0的平面，也就是xoz上的一个扫描，那么我们的phi只有一个，意味着只有一维的扫描。那么在theta方向，z方向是0°到x。如果场是对称的，那么左右都是一样的，会计算到6个角度。最后设置如下图所示。

点击ok后会弹出一个界面，由于我们之前没有设置farfield monitor，所以现在加上一个2.6GHz的监视器，其实现在就是移相的参考频率。
目前的工作就是对阵列环境中的单元进行优化。

这个时候可以观察在边界条件，xy都变成了unit cell来模拟这样一个阵列，上下不变。

此时不急于扫参，先进行仿真。还是使用频域求解器，根据默认条件直接开始，也就是不附加任何相位条件也没有扫描来看这个阵列天线的性能，去看跟单元单独存在的时候有什么区别。我们最好是在阵列中对天线进行优化而不是在一开始的单元当中，在最开始的单元当中得到一个差不多的性能足矣。重要的是优化的方向。

计算完毕，我们在导航树的farfields查看它的远场方向图。

接着再查看S参数，S参数里只看S11（其他的先不管）。从图里得知该天线的工作频率可能下移了。

此时修改一下仿真的频率，打开频域求解器设置的界面，放上3个samples，from 2 to 2.8 GHz，apply后start。

弹出这个界面的话选择disable。

计算完毕来查看S11，谐振频点大概在2.65GHz处，但是匹配情况更差了。

此时需要优化天线，需要增大patch的尺寸以及调整馈电位置，馈电位置通常会影响匹配的好坏。

该文章内容参考的是B站的【零基础电磁仿真：CST中微带天线与相控阵快速建模与仿真验证】 https://www.bilibili.com/video/BV19V411z7Gp/?share_source=copy_web&vd_source=e54e77bc97dc1df3ae808570c08d34f7。
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