MWT Versuch 2

MWT Versuch 2
HFSS
von
Heinz Schuster
Aachen, den 20.11.2011
1 VERSUCHSAUSWERTUNG
In diesem Versuch werden mit Hilfe der Software „Ansys HFSS v13.x“ die SParameter, sowie das elektrische Feld und die Abstrahleigenschafen einer
Monopolantenne simuliert.
Es wird eine 75 mm lange Antenne (λ/4 bei 1 GHz) auf einen 300X300X10 mm PECBlock simuliert.
Der PEC-Block weist dabei das elektrische Gegengewicht auf, und soll den zweiten
„Arm“ der Antenne ersetzen.
Gespeist wird die Antenne durch eine Durchführung in der Mitte des Blocks. Diese
Durchführung soll ein kurzes Stück einer RG 58 C/U Koaxialleitung simulieren.
Der Innenleiter weist einen Durchmesser von 0,9 mm auf und entspricht ebenfalls
den Durchmesser der Antenne.
Der Aussenleiter und somit die Bohrungsgröße im PEC-Block weist 2,95 mm auf. Als
Dielektrikum wurde ein Material gewählt mit einer Permeabilitätszahl von 1 und einer
Permittivitätszahl von 4, welches in etwa der Eigenschaft von Polyethylen entsprich.
Auf den PEC Block und um der Antenne wurde ein 300X290X300 mm Vakuum-Block
gesetzt, welcher Raum für die Ausbreitung der Felder bieten soll.
1.1 Ansicht der Monopolantenne mit Gegenpol
Nach setzen eines Waveports mit Mode 1 als Einspeisung der Antenne auf der
Unterseite des Blocks (x=0,y=0), kann die Richtung des elektrischen Feldes in
diesem Port angezeigt werden.
1.2 Richtung E-Feld in Waveport mit Mode 1
Des Weiteren kann durch Auswahl der Ergebnisse das elektrische Feld in dem
verlängerten Innenleiter, welcher die Antenne darstellt, grafisch angezeigt werden.
Gespeist wurde hierbei mit 1 Watt bei 50 Ω Wellenwiderstand. Die Farbskala zeigt
den Betrag des elektrischen Feldes im Innenleiter logarithmisch da. Die Frequenz
beträgt hierbei 1 GHz.
1.3 Betrag E-Feld in Antenne
Der Betrag des elektrischen Feldes in dem umliegenden Vakuum zeugt von einer
Abstrahlung, bzw. Wellenausbreitung.
1.4 Betrag E-Feld im Vakuum
Vermutlich ist die Abstrahlung durch die Wahl der nicht kugelförmigen
Umgebungsstrukturen etwas verzerrt.
Die Ausgabe des S11 Parameters bestätigt diese Annahme. Bei 2 GHz wird immerhin
„nur“ -4,3 dB der eingespeisten Leistung reflektiert. Bei dieser Frequenz wird die
Antenne zur λ/2 Monopolantenne, welche einen bedeutend höheren
Speisewiderstand aufweist.
1.5 Eingangsreflexionsfaktor in dB bei 1,6 GHz bis 2,4 GHz
Des Weiteren wurden zwei Richtdiagramme mit Hilfe des Programms erstellt. Eins in
Φ-Richtung und eins in Θ-Richtung.
Die Abstrahlungseigenschaften entsprechen hier dem einen herkömmlichen
Halbwellendipol. In Φ-Richtung ist die Abstrahlung zu allen Seiten hin homogen,
während sich die Abstrahlung in Θ –Richtung (oben, unten) eine kreisähnliche
Charakteristik bildet mit dem Maxima bei Θ=90°.
1.6 Richtcharakterisik in Phi- Richtung
1.7 Richtcharakterisik in Theta- Richtung