仿真改進了雙圓錐天線的設計

許多需要進行電磁兼容性合規測試的產品都采用了雙圓錐天線。這類天線具備重要的寬帶特性，有助于進行此類測試。我們將探討如何通過仿真來確保這一點。

雙圓錐天線簡介

雙圓錐天線是一種寬帶天線，由兩個圓錐形狀的導電物體構成。這些寬帶偶極天線具備一個典型特征，那就是擁有三個或更多的倍頻程帶寬。是什么使這類天線具備了如此寬的帶寬呢？這要歸因于天線的結構，具體地說，就是天線的兩個對稱輻射錐。

雙圓錐天線因其在電磁兼容性(EMC) 測試中的應用而知名。該項測試確保產品遵守了管理機構發布的電磁兼容性合規指南。因此，這些天線必須擁有寬帶特性，以滿足這些合規指南。

為了保證天線的設計能夠滿足這些要求，我們可以借助仿真的力量。

模擬電源

我們案例庫中的雙圓錐天線模型包括兩個圓錐形金屬輻射單元,以及位于中心處的電介質填充共軸饋源結構。天線電源位于結構中一個小圓柱形域中，不屬于模擬域。

作為替代，電源可通過在面向同軸電纜的邊界處設置同軸集總端口邊界條件進行模擬。這將帶來一個沿同軸電纜向下發射的波。完美匹配層用于截斷天線周圍的自由空間區域。

圖片顯示了雙圓錐天線模型的幾何。

雙圓錐天線模型

電線作為完美電導體模擬，用于將同軸內部和外部的導體連接至圓錐輻射體。每個圓錐內都有一個小的對稱切除空間，便于為后續的安裝與組裝預留足夠的空間。輻射體與圓錐尾端表面區域的距離決定了天線輸入端口的電抗。對這一距離的更改將改變天線的性能。

天線帶寬及輻射樣式

第一幅圖重點顯示了雙圓錐天線的頻率響應。結果表明由于S11 在1.5 GHz 到3.5 GHz 的范圍內小于-10 dB，其帶寬明顯寬于傳統偶極天線。該介紹性示例模型僅模擬了一個倍頻程的帶寬。

頻率響應圖。

頻率響應

我們隨即將關注點轉向了天線的輻射模式。仿真結果顯示了1.9 GHz 下E 平面（藍色顯示）和H 平面（綠色顯示）中的遠場輻射模式。所得模式等同于偶極天線的輻射模式。

輻射模式與偶極天線相同。

遠場輻射模式

結束語

這里介紹的模型顯示，雙圓錐天線非常適合需要兼具全向輻射模式和較高帶寬的應用。在即將發布的COMSOL Multiphysics 5.1 版本中，我們會收入本模型的商用外觀。請繼續保持關注!