CST仿真,如何計算有匹配的多天線效率
先上圖:
Pstimulated 是激勵功率,就是CST中的端口,默認是0.5W RMS,峰值是1W。
Preflected是反射功率,只跟S11反射系數(shù)有關。
總效率=Tot. Efficiency=Power accepted/Power stimulated=(1-Preflected)/0.5。
Pradiated是輻射功率,天線真正輻射出去的,也就是邊界吸收到的功率。要想得到這個值需要遠場監(jiān)視器。
輻射效率= Rad. Efficiency=Power radiated/Power accepted
今天我們解釋一下場路結合之后,也就是考慮匹配電路之后,怎么理解結果中出現(xiàn)的更多效率值:
以兩個macro自帶展示天線為例:
情況1:兩邊都匹配電路,port1是激勵,port2是負載
因為要看具有匹配電路的天線效率,所以需要AC Task。很多同學不知道CST哪里改激勵功率,其實就是這里AC Task來改,不需要在三維里面設置,因為三維那邊用0.5W歸一化,然后電路里研究不同的激勵功率,好處就是三維那邊只跑一次就可以。
并且需要combine result:
運行AC Task 之后,回到三維:
這時Efficiencies和Power就多了AC1后綴的結果了,這些有[AC1]的就是加上匹配電路之后的結果。功率結果里面多了一些DS后綴,DS是指Design Studio,也是電路這邊獨有的結果。
這里可以做一系列驗證:
輻射功率:Rad. Efficiency[AC1]=0.99294048=0.0721301/0.072642924=Power Radiated/Power Accepted
系統(tǒng)輻射功率:System Rad.Efficiency [AC1]=0.91849867=0.0721301/0.078530435= Power Radiated/Power Accepted (DS)
系統(tǒng)總功率:System Tot.Efficiency [AC1]=0.1442602=0.0721301/0.5= Power Radiated/Power Stimulated (DS)
可見這些效率值都是用輻射功率為分子,就是除以誰的問題,而且三個的效率值大小是遞減的。其中輻射功率是純三維天線的屬性,系統(tǒng)總功率是三維加上匹配電路的總屬性,這兩個都好理解,那么什么是系統(tǒng)輻射功率?等效的問法就是,什么是Power Accepted (DS)?
情況2:兩邊匹配電路,端口1激勵,端口2是零激勵
這種情況,Power Accepted 和Power Accepted (DS) 紅綠兩條線就基本重合了。
可見輻射功率和系統(tǒng)總功率都不變,而系統(tǒng)輻射功率大幅度提高,這是為什么呢?是因為S21的關系。
情況1的電路接受功率是:
而情況2的電路接受功率是:
所以即使端口2信號為零,其激勵內阻和負載時的阻抗都相同(都是block dependent),但作為多天線輻射系統(tǒng)的一部分,二者是有顯著差別的,端口2零激勵,有吸收功率的效果,所以天線系統(tǒng)的接受功率小了,系統(tǒng)輻射功率就提高了。要根據(jù)實際工作狀態(tài)來決定用哪個設置,比如端口1激勵的時候,端口2是接收狀態(tài),還是負載接地,得到的就是不同的系統(tǒng)輻射效率。
總結:
天線本身的輻射功率:Rad. Efficiency [AC]= Power Radiated / Power Accepted
多天線耦合的系統(tǒng)輻射功率:System Rad. Efficiency [AC] = Power Radiated / Power Accepted [DS]
多天線系統(tǒng)的系統(tǒng)總功率:System Tot. Efficiency [AC] = Power Radiated / Power Stimulated [DS]
1. 這里我們只用個小電容移動了工作頻率,隨便"匹配"的電路,只是為了演示不同的效率計算。
2. 驗證效率和功率時,頻率點要選在監(jiān)視器頻點上,其他頻值都是估值,不夠準。
3. 偶爾會見到效率大于一的頻點,可通過功率結果圖驗證輻射效率,通常都是計算誤差,建議增加精度和收斂,加密網(wǎng)格,用更實際的材料模型,加大背景距離等。
4. Power Accepted (DS) 是受端口2的影響的,取決于是負載還是激勵端口,負載不等于等負載的零信號激勵端口。因為端口是可以吸收b2能量的,也就是有S21和沒有S21的區(qū)別。
5. 用功率相除驗證效率時,用小數(shù)點后6-7位,才能都對準。
6. 舊版本CST中,可見另一個總效率Tot. Efficiency [AC],等同于系統(tǒng)總效率。