Здравствуйте.
Для КВ диапазона требуется вычислить диаграмму направленности антенны, стоящей на земле. Известно, что в диапазоне коротких волн реальную почву нельзя считать металлом и использовать на границе раздела земля-воздух граничное условие металла. При этом полноволновой решатель HFSS плохо справляется с электрически большими объектами (электрически большим куском земли в виде диэлектрика с заданным тангенсом угла потерь и проводимостью). Поэтому было решено использовать совместно с HFSS возможности Savant по расчету рассеяния ЭМ поля на электрически больших объектах.
Последовательность расчета следующая:
1. Рассчитывается методом конечных элементов антенна в свободном пространстве средствами HFSS.
2. Вычисленные данные ближнего поля экспортируются в Savant. В Savant антенна ставится на электрически большой слой диэлектрика - объект Plate_GND - на приложенном скриншоте большой квадрат зеленого цвета. Глубина слоя диэлектрика задана бесконечной (как полупространство). В центре кубик - коробка Гюйгенса, определяющая антенну и полученная в HFSS.
3. Выполняется расчет дальнего поля средствами Savant.
Однако, при выполнении расчетов столкнулся с проблемой. Сначала я решил провести вычисление на одной частоте - 7 МГц. Выполнил вычисление для свободного пространства в HFSS, экспортировал ближнее поле через коробку Гюйгенса в Savant и посчитал антенну на земле. Получил в результате диаграмму КНД. Затем, не меняя размер области излучения в HFSS (она была задана для частоты не 7 МГц, а 2 МГц), я провел расчет в HFSS на частоте 14 МГц и затем через режим Frequency Sweep (качание частоты) для полученной сетки провел вычисление на тех же 7 МГц. При этом результаты в HFSS обоих решений одинаковые (и по КНД, и по входному импедансу антенны). Экспортировал это второе полученное для 7 МГц решение в Savant. Снова вычислил КНД на земле. И получил отличие по значению КНД в 5 раз. При этом для обоих случаев в Savant падающее поле одинаковое, а различие в рассеянном поле.
С чем связана такая большая разница, где я ошибаюсь и какой результат ближе к истине ?
добрый день! Здесь ответ следующий. Изначально Savant не работает с абсолютными значениями мощности. Все излучение он нормирует к 1W. Savant предполагает расчет структуры поля на больших объектах, поэтому такие мелочи как мозность поля (к сожалению) ему не интересны. Это первая причина по которой имеются расхождения. Вторая может заключаться в дотаточно низких частотах, который вы использете. Вообще, на частоте 7 МГц (если это конечно не опечатка) достаточно большие области можно FEM-решателем обсчитывать. Хотя, я не знаю... может быть у вас десятки километров в проекте.
В качестве дальнейших рекомендаций, прошу обратить ваше внимание вот на какой момент. Подход, который вы ипользуете несколько "староват". В новых версиях продукта HFSS есть решатель SBR+, который заимствован прямиком из Savant'a. То есть внутри проекта HFSS можно настроить расчет антенны FEM-методом. А все объекты вокруг поссчитать решателем SBR. Конкретно вод вашу задачу пирмера у меня не найдется, но я могу дать ссылку на два вебинара.
1. Ссылка 1. Здесь как-раз рассматривается порядок расчета в одном дизайне антенны в "кубике" FEM методом, и далее происходит расчет за пределы области FEM с учетом нахождения больших объектов.
2. Ссылка 2. Здесь в целом про SBR+ и есть пример расчета излучения внутри помещения. Подход тот же что и у вас. Отдельно создается источник. И отдельно поля могут быть рассчитаны лучевыми методами. Кстате, там же есть пример с расчетом полей в ближней зоне.
1. Дело в том, что в HFSS для обоих решений получаются одинаковые значения излученной антенной мощности. То есть, даже если Savant неточно использует значение мощности, которое получено из HFSS, ошибка для обоих расчетов в Savant должна быть одинаковой и результаты тоже должны быть одинаковыми...
2. Сторона квадрата, которым задан кусок земли, равна 2 км. То есть от антенны до границы почвы получается 1 км. Для частоты 7 МГц длина волны в вакууме чуть меньше 43 метров и в каждую сторону от антенны до границы почвы получается больше 20 длин волн. Возможно, для такой "конструкции" плохо применим метод геометрической оптики, но с другой стороны 20 длин волн это много больше длины волны.
Я пробовал вычислять антенну с таким куском земли прямо в HFSS, но на выходе получается слишком большая погрешность решения, так как у меня на ПК всего 32 Гб ОЗУ, а антенны бывают из тонких антенных канатиков и размер и сложность сетки в FEM слишком велики, чтобы обеспечить высокую точность сходимости при 32 Гб ОЗУ и таким большим куском диэлектрика в модели. По крайней мере у меня сложилось такое впечатление.
Я использую версию HFSS 17.2.0 от 2016 года. В ней, наверное, нет такой возможности, как SBR+.
Действительно ли так нужно моделировать FEM-методом все 2 квадратных километра? Обычно задачи сводят к решению какой-то конкретной области. В такой постановке задачи вы "балансируете" на гране возможностей пакета.Так получается, что частота 7 МГц слишком мала, чтобы использовать методы геометрической оптики. А для метода FEM такой объекм слишком велик, метод не предназначен для того чтобы конечно-элементной сеткой моделировать большие пространства.
Я бы все же предложил рассмотреть пути уменьшения области моделирования.
Я нашел у себя одну ошибку - при расчете антенны в HFSS для последующего экспорта её в Savant я использовал модель антенны в абсолютно пустом пространстве, без куска почвы хотя бы каких-нибудь размеров под антенной. Почву же в виде электрически большого куска диэлектрика с ненулевой проводимостью и тангенсом потерь я подставлял под антенну только в Savant. Но ведь земля влияет и на ближнее поле антенны и по факту я экспортировал в Savant ближнее поле ошибочное, которое не учитывает наличие почвы в ближней зоне.
Я мог не допустить свою ошибку, если бы внимательно посмотрел пример по экспорту ближнего поля антенны в Help Savant.
Вывод: в модели HFSS нужно учитывать те части электрически болших объектов, которые попадают в ближнюю зону антенны.
Денис, спасибо Вам за помощь.
всегда пожалуйста, обращайтесь
Добавить комментарий