车载GPS天线仿真流程
说明:
在本评估报告中天线建模、仿真设置、及除车顶及天线仿真外的所有仿真工作,使用HP8530P笔记本完成,其使用T9400双核,处理器主频2.53GHz3GB内存。车顶及天线的仿真工作在Dell Precision T5500工作站完成,其CPUXeon E56404 core@2.67GHz*232GB RAM,使用NVidia Tesla C1060进行硬件加速。
对于平面天线,可以在ADSLayout界面下进行快速设计、修改。ADSLayout功能和AutoCAD类似,还能非常方便的对平面天线进行参数化等。
在设计完成后,可以调用ADS中的矩量法仿真器Momentum来对天线进行快速仿真。如上图中的GPS天线,仿真时间30s,可以获得天线的S参数:
但是由于矩量法算法局限(介质平面无限大),只能够获得半空间的辐射情况,而且在theta=90度时,有陷波点,天线远场辐射错误。故需要精确计算天线的介质块效应时,可以选用有限元来进行。
ADS中,有限元和矩量法在同一界面下,模型建立、端口设置、叠层设置等都可以共享,非常方便。
可以对天线进行进一步编辑,加入介质块及有限地平面:
天线的三维结构可以通过三维预览器进行观察:
使用有限元进行仿真,结果和使用Momentum仿真会有微小差异,根据仿真结果需要进行一些微调。
使用有限元耗时4m23s可以得到汽车天线S参数和远场辐射:
可以显示辐射片上的电场分布等,为改进天线性能提供理论依据:
天线的远场3D辐射图如下:
在单天线仿真完成后,还需要考虑天线安装在汽车上以后的辐射情况。在ADS中可以一键导出所有信息到三维仿真软件EMPro中:
可以看到,在EMPro中,天线的结构、端口设置、材料等一应俱全,这可以节约大量的文件转换时间。
EMPro中亦有两种算法可以供选择:有限元(FEM)及有限时域差分(FDTD)。
导入车顶的CAD模型(可支持satstpPro-EIGESInventordxf等格式),可以方便的将天线安装在车顶的合适位置。下图中蓝框处为GPS天线: