IE3D中文手册第五章 电流和方向图显示,电磁最优化.doc

第五章 电流和方向图显示，电磁最优化前两章讨论了基本技术和结构的构建，第3章和第4章构建、仿真及显示中使用了MGRID，IE3D和MODUA。本章讨论用MGRID和PATTERNVIEW实现电流和方向图显示。IE3D9.0以前利用CURVIEW应用程序完成电流分布、方向图计算和显示，后来利用PATTERNVIEW做方向图显示、对比和处理。PATTERNVIEW在方向图显示中确实比CURVIEW好。 从IE3D9.0起，为更好集成，将CURVIEW所有功能集成到线路图编辑器MGRID，所有电流分布和方向图处理功能在MGRID中得到了提高。尽管IE3D9.0中可能还提供CURVIEW，但它已被完全替代了。CURVIEW将在9.0后的版本中逐渐淘汰，这里不再讨论其用法，建议老用户改用MGRID和PATTERN显示电流和进行方向图处理。为显示一个结构的电流分布和辐射方向图，需在结构中运行仿真并保存电流分布和方向图数据文件。第一个例子是第4章中的螺线电感。第一节 一个螺线电感的仿真及L和Q的提取第1步运行MGRID打开c：ie3dpracticecspiral1.geo，在Process菜单中选择Simulate。反应：跳出仿真设置对话框。第2步将要扫描一个大的频率范围并观察其频率响应，输入Start Freq=0.05GHz，End Freq=10GHz，Number of Freq=200，按回车键。反应：从0.05GHz到10GHz以0.05GHz的步长共在列表中输入200个频率点。 图 5.1 MGRID发出的端口确认警告第3步对如此多的频点，建议不激活Current Distribution File，否则此文件将很大。首先观察其频响，选择Adaptive Intelli-Fit (AIF)，不选中Current Distribution File。不选择Current Distribution File，则Radiation Pattern File将自动不被选中，不激活Automatic Edge Cells (AEC)，AEC可获得高准确度结果，但将减慢仿真。这里只想得到一些快的结果，选择OK继续。反应：MGRID将显示“Errors or Warnings Detected in Port Validation”(见图 5.1)。 说明：对一个没有电磁仿真经验的一般用户，端口是最困难的问题。从IE3D9.0起，尽量在一个仿真前用一些确认程序确认端口并为用户提出建议，端口确认错误和警告的讨论见表5.1。第4步在端口1和端口2都有“High Warning”，但在说明中选中“v1. vs. v2”，发现v1和v2相差并不远。说明列表框对话框中的第一个说明中看到“ is too big (0.108909 vs. 0.085)”，这说明衬底厚度比告警限制约大了20%，这并不算太多。对这个螺旋线的例子，衬底中21mil中的20mil是导电性材料，绝缘层只有1mil厚，由于传导性，轨迹与地面间的“有效”距离应小于21 mil，并不会有那么严重，请选择CONTINUE开始仿真。表 5.1 MGRID的端口确认中的错误或警告信息分类错误/警告严重性说 明错误Error很严重用户应在进行仿真前努力解决问题高级告警High Warning相当严重一般来说已相当严重。但用户应检查项目描述中的声明(v1. vs. v2)，如果v1和v2的值很接近，就不是一个很大的错误中级告警Medium Warning有些严重没有High Warning严重，也可查看描述中的声明(v1. vs. v2)低级告警Low Warning不严重应不是一个很严重的警告，但可能会带来准确度问题 注意：MGRID不可能为用户避免所有可能的问题，一些探测到的问题可能不像MGRID想象的那样严重，这并不是说如果MGRID没有发出警告电路就是准确的反应：IE3D将被调用，在现代计算机中不到1分钟的时间内完成对结构的仿真。仿真完成后MODUA被调用显示S参数，既可是笛卡儿坐标系也可是史密斯圆图形式。第5步如果显示的不是笛卡儿坐标系下的S参数，可在MODUA的Control菜单中选择Define Display Graph，选择“dB and Phase of S-Parameters”，选择OK继续。选择“dBS(1，1)”和“dBS(2，1)”，然后选择OK在笛卡儿坐标系中显示S参数 (如图5.2)。说明：这是一个典型的螺线电感响应，S21在直流时近似于1(或S21近似于0dB)并随频率减小，S11随频率变大，由于衬底有耗，S11不能增加到1。一些用户可能对电感的L和Q大小感兴趣，螺线电感最简单的等效电路是LR串联电路，但用户应理解这只是一个很低频的近似，宽带等效电路甚至要比通常使用的复杂的p网络要复杂的多。在计算中，当螺线作为1端口差动激励时，Q值计算为Im(Zin)/Re(Zin)，可能和其它更精确模型不同。IE3D中确实允许提取L和Q，即使在高频中不再有任何意义。第6步在Process菜单中选择LC-Equivalent，为Multiple Frequency LC-Equivalence对话框选择OK，在等效电路端口类型定义并联R选项对话框Shunt R Option in Port Definition Style for Equivalence中为并联电阻选择“With Shunt R”。MODUA将开始提取电路，将发出一个电感为负的告警，这是因为事实上等效电路在一些高频上是无效的。如果强迫等效电路，将得到负的L值，选择YES继续，MODUA将在一分钟之内完成提取，完成后将发出一个信息说明结构保存到cspiral1.txt文件，选择OK继续，spiral1.txt将在Windows附件 的NOTEPAD打开。图 5.2 螺线电感的频响说明：低频数据的一部分列在表5.2中，可将这些数据导入Microsoft Excel或类似的程序中绘制曲线，图5.3给出了Microsoft Excel中的L和Q的频率曲线。可见，L值下降并最终在1.5GHz附近低于0。实际上电路在0.25GHz之后已不再准确，由误差因子可以看出(见表5.2)。对本例，当误差因子超过0.25-0.3，等效电路的S参数就和初始电路不同了。 对于要得到和SPICE格式兼容的LC等效电路的情况，应在一个单一频点进行提取，MODUA将在这个频率提取等效电路。用户可通过选择MODUA的FILE菜单中的Save SPICE File将结果保存为SPICE格式。表 5.2 低频时的LC等效电路参数频率(GHz)误差因子Q因子串联R(Ohms)串联L(nH)并联R(Ohm)并联C(pF)0.050.060052.29283.126922.9231.17E+051.58930.10.121074.4543.139622.631468191.61830.150.182596.53663.088122.343166741.62750.20.244948.52892.95921.9848174.61.63270.250.3084810.3842.734821.5454825.71.63770.30.3736712.0182.395421.0263179.31.6440.350.4409713.3271.919120.432245.41.65250.40.5109214.2031.284319.7641661.21.66360.450.5840714.5650.4698619.0331269.31.67750.50.66114.395-0.5434818.243992.381.6943第二节 平均电流显示第1步保存打开的文件c：ie3dpracticecspiral1.geo为c：ie3dpracticecspiral1 a.geo，在Process菜单中选择Simulate。说明：这次将从电流分布文件中保存的频点对其进行仿真。 第2步在Frequency Parameters组中选择Delete All移除所有的频点，输入Start Freq= 0.5，End Freq=2和Number of Freq=4，并按Enter。反应：0.5，1.0，1.5，2.0四个频点被输入到列表。 第3步输入Start Freq=5并按Enter。反应：f=5也被输入到列表。图 5.3 Q和 L的频率曲线第4步不选中AIF，选中电流分布文件Current Distribution File，选择OK继续。MGRID将再次发出警告，选择Continue继续仿真，仿真将在短时间内完成。反应：仿真后MODUA被调用显示S参数，另一个MGRID被调用对结构网格化并显示电流分布。说明：在9.0版本之前，CURVIEW用作显示网格化的结构和电流分布显示的后置处理，为了更好的集成，CURVIEW的功能已完全集成到MGRID中。网格化结构的显示和初始结构很相似，网格化结构的顶视图显示在MGRID的主窗口和3D视图窗口中。实际上，对后置处理，3D视图窗口就是主显示窗口。另外一个窗口显示网格化结构的层，此窗口也用来显示当前显示的颜色栏。 用户可能发现MGRID主窗口的菜单改变了，用户不能使用MGRID的所有编辑功能，除了仍然可选择多边形和顶点。第5步请在3D视图点击左键并移动，螺线的3D视图将改变角度。请按下面六个键中的任何一个：，Home，End，可看到视图角度也发生变化。要缩放视图，按下“Ctrl”键并圈中要显示的部分。要截取窗口，在3D视图按下右键并移动。用上面的命令可调整3D视图到合适的角度和尺寸。第6步在MGRID主窗口的Process菜单中选择Display Current Distribution。反应：电流分布显示参数对话框如图5.4。说明：可在左上角的组合框中选择显示类型，默认值是Average Current Distribution，在写本文时共有6种可选的显示类型，在附录L中说明。左边列表框的列表中共5个频点，用户必须每次选择一个频点。在列表框右侧，用户可选择参数控制显示，例如用户可选择显示电流或磁流，可选择是否要显示每个单元的边界，可选择为颜色刻度使用dB还是线性。左下角的列表显示结构的层，用户可选择要显示的层，右下角列出端口和激励，用户可选择源的类型有：(1)电压源；(2)电流源；(3)波源。用户还可定义源的幅度和相位，以及每个端口的终端阻抗，请查阅附录R获取不同源的意义。图 5.4 电流分布显示参数Current Distribution Display Parameters对话框第7步选择OK接受默认的电流分布显示设置。 反应：3D视图更新为彩色显示，出现一个显示端口激励的新窗口(见图5.5)。说明：螺线变成红色，颜色窗口显示一个用作颜色刻度的颜色栏，螺线上不同位置的不同颜色表示电流幅度的不同。实际上在0.5GHz的低频，螺线上的颜色总是红色，说明电流密度在整个螺线上变化不大。激励窗口显示源的幅度和相位，入射波，反射波，电压，电流和每个端口的终端阻抗。入射波和反射波总是以50-ohm 系统为参考。图5.5所示为电流分布，平均电流分布的更多信息请查阅附录L。第8步再次在MGRID主窗口的Process菜单中选择Display Current Distribution。反应：再次跳出电流分布显示参数对话框。 说明：这次自动颜色刻度Auto Color Scaling自动不被选中， Max E-Current为图 5.5 螺线中低频(0.5 GHz)时的近均匀电流分布图 5.6 螺线中高频(5GHz)时的显著非均匀电流分布329.81，这是上个显示中在0.5GHz处探测到电流密度的最大值，是上个显示中0dB的参考，可能不是其它频率的电流最大值，但是为比较，在显示其它频率点是不更改此值。如要得到特定频点的最大电流密度，应为每个频率显示选中Auto Color Scaling。第9步在频率列表框中选择”Freq=5GHz”并选择OK继续。反应：3D视图被更新，将在螺线上看到更多不同的颜色(图5.6)。说明：更高频率上电流将更分散，螺线上的更多颜色说明一些位置的电流比其它位置更强，如要区别更多颜色，可再次选择Display Current Distribution菜单项，并更改“Mag Scale”和“dB step”值，这里不做这一步，有兴趣的用户可以尝试。第三节 矢量电流显示图5.5和5.6所示为平均电流分布，说明电流时间平均值的强弱，但不能得到特定位置电流的方向。如附录L所述，频域中电流分布是一个复矢量函数，换句话说矢量的方向随时间变化。因此，显示时间平均矢量电流是没有意义的。取而代之，我们对不同时间特定位置的矢量电流感兴趣，从特定时间的方向可知道天线结构的极化特征，下面演示怎样显示特定时间的矢量电流。第1步再次在MGRID主窗口的Process菜单中选择Display Current Distribution。反应：跳出电流分布显示参数Current Distribution Display Parameters对话框。图 5.7 选择Vector Current Distribution后的对话框第2步在组合框的左上角选择Vector Current Display(见图5.7)，确定频率为5GHz。说明： 可能注意到这里有几个参数被激活：(1)矢量形状Vector Shape；(2) 矢量尺寸Vector Size；(3) 周期统计Cycle Count。在CURVIEW的矢量电流显示中，矢量尺寸表示特定时间特定位置矢量电流密度的幅度，已经认识到，不同位置电流密度的幅度可能会有次序的不同，次序的不同可能对矢量尺寸产生很大影响，电流密度幅度用矢量的颜色表示，单位为dB。MGRID中的矢量是圆锥形矢量，矢量形状定义圆锥底部直径与圆锥长度的比率，默认值为0.5，矢量尺寸参数定义矢量的尺寸， 默认尺寸由网格化尺寸自动计算，周期统计定义显示时间。正在仿真的是电流分布频响，电流随时间和频率作正弦函数变化。在某种意义上，显示时间矢量电流分布时，只要显示一个周期的一部分，周期统计的值从0到1定义一个周期中的时间。第3步确定参数如图5.7所示，选择OK继续，将显示矢量电流分布。第4步可以看到矢量和希望的一样指向轨迹，轨迹的颜色是均匀褐色，矢量的颜色是变化的，显示0.25个周期内不同位置电流强度的变化，再次在Process菜单选择Display Current Distribution，更改Vector Size到2mm。反应：矢量的尺寸增加并如图5.8所示。第5步在Process菜单中选择Current Distribution Display，将Cycle Count从0.25改为0.5，选择OK继续。反应：矢量的颜色改变显示不同时间矢量电流分布的变化。图 5.8 5GHz处0.25周期内的矢量电流显示第四节 平均和矢量电流显示已知道怎样显示平均和矢量电流分布，每一个显示都揭示结构电流分布的一些特定信息，可不可以在一个显示中同时显示这些信息？这在CURVIEW中是无法实现的，但是MGRID9.0实现了这样的功能。第1步在MGRID的Process菜单中选择Display Current Distribution，MGRID将提示显示参数，在左上角的组合框中为显示类型选择Average and Vector Current Distribution，选择OK继续。反应：螺线上的电流分布视图再次改变，在结构中看到不同颜色显示结构中的平均电流分布。还可看到不同颜色的矢量表示特定时间的电流强度，结构和特定位置矢量的颜色不必相同。显然，在一个特定位置，平均电流可以很大，但是在特定时间不一定很大。图 5.9 5GHz处0.5周期内的矢量电流显示第2步再次在Process 菜单中选择Display Current Distribution，将Cycle Count改为其它值，看到结构中不同位置的颜色没有变化，但矢量颜色随周期统计变化。结构颜色显示不同位置的平均电流幅度，不是时间的函数。矢量的颜色显示不同时间不同位置处电流的幅度，是时间的函数。第五节 标量和矢量电流分布动画正如所见，结构上的电流分布是时间的函数，可仿真电流怎样在结构中流动。第1步在MGRID的Process菜单中选择Display Current Distribution ，MGRID将提示显示参数，在左上角的组合框中为显示类型选择Scalar Current Distribution Animation 。反应：电流分布显示参数Current Distribution Display Parameters对话框改变了，可看到两个参数被激活：(1)帧/周期Frames/Cycle；(2)时间间隔(ms)。帧/周期的默认值是15，说明MGRID以15帧/周期的速度仿真电流，时间间隔默认值为200ms，说明两个连续帧间的时间间隔是200ms，每个周期为3000ms即3s。第2步更改Frames/Cycle为15，Interval (ms)为100 ms，选择OK继续。 反应：结构中不同位置的颜色随时间变化。说明：和平均电流显示的颜色不同，此显示中的颜色表示特定时间特定位置的电流强度，和矢量电流显示中矢量颜色的意义相同，结构上变化的颜色以时间的函数说明电流流动。第3步再次在Process菜单中选择Display Current Distribution，在左上角的组合框中为显示类型选择Vector Current Distribution Animation。反应：电流用改变颜色的矢量模拟。说明：矢量的颜色变化同时显示电流流动时间函数的幅度和方向。第六节 在电流动画中使用ZDib动画ZDibAnimator首次在FIDELITY电磁仿真器(Zeland Software，Inc.的一个非均匀FDTD全波3D仿真器)中用作近场仿真，尽管已为IE3D用户提供，但直到IE3D9.0为止其用处很小。IE3D9.0中可在MGRID9.0中完成高质量的电流分布仿真，但也可在ZDibAnimator实现高质量电流仿真，两者的仿真各有所长。MGRID9.0是一个实时仿真器，不必创建可能占用很大硬盘空间的位图文件，用户可更改仿真的实际时间。MGRID的缺点是：(1)用户要调整参数才能得到彩色仿真；(2)复制相同意义的显示可能有困难；(3)多边形的数量很多时显示质量会降低。另一方面，用户可捕捉位图文件为仿真作仔细的调整，只要在ZDibAnimator 中保存位图文件，就可在任意时间后精确复制仿真。无论显示多边形的数量有多大，ZDibAnimator仿真的质量相同。ZDibAnimator仿真的缺点是在仿真中不能更改参数，如要获得不同参数的仿真，不得不制作多组位图图片，通常每组位图图片包括10到50个帧，每个帧可能占用多于1MB的硬盘空间，这样可能占用大量的硬盘空间。下面演示怎样用ZDibAnimator 进行电流分布仿真。第1步 在MGRID仍在显示矢量电流仿真时，在MGRID的3D视图窗口(不是主窗口)中View菜单中选择Save to Bitmap Files。反应：MGRID提示保存位图文件对话框(见图5.10)。图 5.10 ZdibAnimator仿真中的保存位图文件对话框 第2步为仿真选择Invoke ZDibAnimator，选择OK继续。说明：用户可为位图文件输入相同的前缀，这里接受默认前缀，请注意位图文件的目录，如果从c：ie3dpractice directory打开cspiral1a.cur文件，位图文件应在c：ie3dpractice directory。反应：MGRID将保存位图文件，保存了所有文件后提示文件被保存。第3步选择OK继续。反应：调用ZdibAnimator进行仿真，MGRID上的仿真仍在继续，这两个仿真的质量相同。第4步关闭ZdibAnimator，下面演示怎样利用ZDibAnimator通过保存的位图文件复制相同仿真。第5步从Zeland Program Manager或Zeland Folder中运行ZDibAnimator。反应：跳出一个对话框并询问位图选项。说明：默认仿真时间间隔Animation Time Interval是100ms，这是一个很好的设置，下一步是选择文件。第6步选择Browse键，将被提示选择位图文件。更改目录到：c：ie3dsamples或保存位图文件的目录，将看到该目录中位图文件的列表，需选择一组位图，本例可得表5.3所示列表。表 5.3 列表中的位图文件Cspiral1a_0.bmpCspiral1a_14.bmpCspiral1a_7.bmpCspiral1a_1.bmpCspiral1a_2.bmpCspiral1a_8.bmpCspiral1a_10.bmpCspiral1a_3.bmpCspiral1a_9.bmpCspiral1a_11.bmpCspiral1a_4.bmpCspiral1a_12.bmpCspiral1a_5.bmpCspiral1a_13.bmpCspiral1a_6.bmp说明：位图文件由第一个统计数字开始以数字序号排列，所以第一个位图文件是cspiral1a_0.bmp，最后一个位图文件是cspiral1a_9.bmp而不是cspiral1a_14.bmp，这并不是关键，应选择所有15个文件。第7步在列表中点击cspiral1a_0.bmp将其选中，按下“Shift”键并选择cspiral1a_9.bmp文件，范围中的所有15个位图文件应被选中，点击Open键。反应：所有15个位图文件应选中在“Please Specify Bitmap Options”对话框的列表中(见图5.11)。说明：所有文件应自动排序，还没有看到过任何没有排序的情况，如用户遇到这样的情况，总可从列表中选取一个文件，然后选择列表中的上下键调整文件顺序。第8步选择OK继续，ZDibAnimator被调用并显示螺线的仿真，应和本节第3步中调用的完全相同。用户可在ZDibAnimator的View菜单中选择Time Interval更改仿真速度，ZDibAnimator中没有其它可更改的参数。 第9步用户可在MGRID和ZDibAnimator中均显示仿真，这样可对比两者优缺点。MGRID中还有另外一个仿真选项：标量和矢量电流分布仿真Scalar and Vector Current Distribution Animation。实际上如选择此项，不会看到任何与标量电流分布仿真Scalar Current Distribution Animation的不同，原因是特定位置的颜色和矢量颜色相同，二者都给出特定时间位置上的电流，所以不能从结构中区分矢量。图 5.11 文件被选择后ZdibAnimator中的“Please Specify Bitmap Options”对话框第10步关闭ZdibAnimator。第11步在MGRID的Process菜单中选择Display Structure，选择OK继续，MGRID将用不同颜色显示结构，显示不同层上的单元，下一步演示下一节的其它功能。第七节 保存电流分布数据到ASCII文件一些用户可能对结构中的电流密度值感兴趣，IE3D9.0允许获取这些数据。第1步在Process菜单中选择Display Current Distribution，从组合框中选择Average Current Distribution并选择OK继续。反应：MGRID再次显示平均电流分布。第2步在MGRID的File菜单中选择Save Current Density Data，MGRID将提示数据文件名，默认为：c：ie3dpracticecspiral1a_5.cdd，选择OK继续。反应：电流分布数据被保存到一个ASCII文件。说明：这个ASCII文件很容易理解，它列出了单元数目，然后列出每个单元有多少个顶点、单元是否被选取、单元顶点以及单元每个顶点的电流密度，有兴趣的用户可尝试检查这些数据。第八节 辐射方向图和损耗计算一个天线设计者可能不只对电流分布感兴趣，可能还要知道一个天线的辐射方向图。一个电路设计者可能关心其电路引起多大的辐射或发射，可能还要知道损耗的去处。对一个一般结构，涉及的损耗如表5.4所示。表 5.4 开放环境中电结构的不同损耗类 型说 明金属损耗结构的导体消耗造成的损耗介质损耗分层衬底引起的损耗表面波损耗沿衬底层表面的辐射场引起的损耗，场强与1/r成正比，其中r是圆柱坐标系的半径辐射损耗开放空间中的辐射场引起的损耗，场强与1/r成正比，其中r是球坐标系的半径 在一个典型系统，无论损耗多小每个衬底上总有一些介电损失，在这样的情况下，表面波最终被衬底吸收，表面波场强将以指数而不是1/r规律衰变。金属损耗，介质损耗和表面波损耗被看作材料损耗，因此可将损耗看作材料损耗和辐射损耗的和。 IE3D可预计材料损耗和辐射损耗，但不能分离金属损耗，介质损耗和表面波损耗，要预见损耗需进行方向图计算。第1步在MGRID打开cspiral1a.cur的同时，在MGRID的Process菜单中选择Pattern Calculation。反应：跳出方向图计算信息Pattern Calculation Information对话框。图 5.12 选择第1次时的方向图计算信息对话框说明：IE3D之前方向图计算用在CURVIEW中，从IE3D9.0起可在IE3D和MGRID中完成方向图计算，本例演示怎样在MGRID中由.CUR文件计算方向图。实际上为IE3D设置MGRID仿真时，可在设置对话框中选择Radiation Pattern File选项，选择了此项后IE3D将自动执行方向图计算。这一选项在9.0以前的MGRID中可以找到，在早期的MGRID中选择该项相应的IE3D也将自动执行方向图计算，但IE3D的早期版本不能自己进行方向图计算。在内部可看到将调用CURVIEW完成计算，从IE3D9.0起用户可在MGRID或IE3D中利用相同的内部程序执行相同的方向图计算。用户应理解，对某些结构由IE3D和MGRID计算的方向图可能和CURVIEW计算的结果有些不同，有两个原因：(1) IE3D和MGRID中的方向图计算可能在计算中使用更高准确度的浮点数；(2) IE3D和MGRID中的方向图计算有改善也有瑕眦。在这个对话框中， Perform New Pattern Calculation被选中，但它是灰色不能激活的，源部分也是灰色的。这是第一次使用Pattern Calculation命令，总会有这样一个设置，可在Elevation Angle (Theta)和Azimuth Angle (Phi)中添加更多角度。方向图计算在所有频点完成，并对激励中不同的组合计算，此时不必担心端口上的激励和终端。第2步选择OK继续。反应：MGRID将为频响开始方向图计算，结束后提示用户“General Pattern Calculation Finished”，用户可选择Define或Continue选项。说明：用户如选择Continue选项，MGRID将回到选择Pattern Calculation命令前的显示，但计算的方向图数据保存在内存中，只要用户还在显示这个结构，仍可通过选择MGRID的Process菜单中的Pattern Calculation命令处理方向图数据。如用户要直接处理方向图，应选择Define键。第3步选择Define键。反应：再次跳出方向图计算信息对话框，但和第1次不同(见图5.13)。说明：方向图计算完成后的方向图计算信息Pattern Calculation Information对话框如图5.13，实际上如用户在第3步中选择Continue，然后在Process菜单中选择Pattern Calculation，将得到相同窗口。这次方向图被计算了，执行新的方向图计算Perform New Pattern Calculation未选中，但它是为选择激活的，角度是灰色的。此对话框的默认设置为带有特定激励和终端的每个端口定义和保存方向图，用户可指定需要的激励和终端，MGRID将很容易的找出带有该特定激励和终端的方向图并保存到对话框上方指定名称的文件中。IE3D的老用户会记得，CURVIEW中的方向图计算基于激励和终端，用户要计算方向图时CURVIEW将询问激励和终端。在这种方法中，方向图将对每个激励和终端的不同组合一次一次的计算。MGRID9.0的方向图计算分为2步：(1) 第1步找出带有一定数量激励和终端组合的一般方向图；(2)第2步指定激励和终端找出特定条件下的方向图。第1步与CURVIEW中的方法需要的时间相同或更长，但第2步不需要时间。当需要很多激励和终端的不同组合时可节省很多计算，实际上MGRID9.0中的新方法基本上是调谐功能。方向图计算的第1步后，可指定激励和终端的组合并找出其实时结果，此功能的进一步发展将对天线阵列的激励和终端进行最优化，将很快在MGRID9.0之后的版本中应用。通常用户不必选择执行新的方向图计算，除非需要计算更多和的方向图，如选中执行新的方向图计算，将得到和图5.12相同的对话框。图 5.13 计算方向图时的对话框第4步确定选中了调用功能，选择OK继续。反应：带有默认指定激励和终端的方向图保存到：c：ie3dsamplescspiral1a.pat文件，PatternView被调用且cspiral1a.pat文件被加入到列表显示方向图。说明：自动为方向图显示调用PatternView也是IE3D9.0的新功能，PatternView的主窗口是一个列表框，允许用户添加方向图列表到列表框中进行比较或后置处理， IE3D9.0允许MGRID调用PatternView并自动添加计算的方向图到Patternview，PatternView应准备好为用户显示计算的方向图。如果不选中调用选项，方向图被保存且不调用PatternView，需运行PatternView，在Edit菜单中选择Add Pattern添加cspiral1a.pat文件到列表。第九节 方向图特性第1步确定方向图列表是激活的窗口，在Edit菜单选择Pattern Properties。说明：PatternView可在多个窗口中显示3D方向图和2D方向图，不同类型窗口的PatternView菜单也不同，要查看方向图特征需确定方向图列表窗口是激活的。反应：一个新对话框被创建，在列表框中显示选取的方向图在不同频率点的特征(见图5.14)。说明：用户可卷动列表框获取不同数据，如用户要得到更多显示的信息，可选择View in Browser键，Internet Explorer或计算机默认的网络浏览器被调用显示方向图特征，本例方向图在0.5GHz和5GHz的特征如表5.5。从表5.5可见，辐射功率从0.5到5GHz充分增加，由于不同频率点输入阻抗的不同，尽管入射功率相同输入功率也不同。用户应理解这个2端口例子中的输入阻抗是从这两个端口得到的网络输入功率，本例在端口1处激励，端口2为50-ohm终端。端口2的负载消耗大量功率，在网络输入功率中作为负值。可从表5.5得到不同功率和损耗，并在表5.6说明。显然辐射损耗很小，主要损耗是材料损耗(金属损耗，介质损耗和表面波损耗)，实际上材料损耗主要来自于有限导体层或0到20mil间的功率损耗，实际衬底从20到21mil，只有1mil厚不能激励很多辐射。第2步选择OK继续，方向图特征对话框被关闭，用户可选择PatternView的Display菜单中的菜单项显示2D或3D方向图和方向图的频率曲线，本例中不演示这一步。有兴趣的用户可探究PatternView在显示和处理中的丰富功能，将在下一个天线建模的例子中讨论方向图显示。第十节 一个典型天线建模实例天线用户对辐射方向图最感兴趣，这里演示一个天线建模的简单例子。要演示的天线是一个边缘馈电，具有插入的矩形贴片天线，顶视图如图5.14所示，天线参数如表5.7。问题是怎样创建这个天线，下面说明在IE3D中是用有限的几步利用高效的命令创建这个结构。第1步运行MGRID并打开：c：ie3dsamplesrpatch1.geo，这正是要仿真的结构，不演示怎样在Param菜单中输入基本参数，下面重新创建这个多边形演示这个方法。表 5.5 0.5GHz和5GHz时的方向图特性文件名C：ie3dpracticecspiral1a.pat端口特征端口号2频率0.5 (GHz)5 (GHz)入射功率0.01 (W)0.01 (W)输入功率0.000817417 (W)0.00764728 (W)辐射功率8.35253e-011 (W)1.48793e-007 (W)平均辐射功率6.64673e-012 (W/s)1.18406e-008 (W/s)辐射效率1.02E-05%0.00195%天线效率8.35E-07%0.00149%线性特性线性增益-75.808 dBi-42.9998 dBi线性方向系数4.97382 dBi5.27442 dBi线性最大值 (5，200) 度at (10，240) 度.3dB波束宽度(84.9398，174.71) 度(82.6039，170.665)度左旋圆极化特征圆极化增益-78.4739 dBi-43.8052 dBi圆极化方向性系数2.30793 dBi4.46902 dBi圆极化最大值at (10，20) 度at (10，250) 度3dB波束宽度(84.7121，174.312) 度(73.124， 156.574) 度端口1Vs=2/0 (V)， Zs=(50，0) Ohms， Zc=(50，0) OhmVs=2/0 (V)， Zs=(50，0) Ohms， Zc=(50，0) OhmV=1.38/14.3 (V)，I=0.0150/-27.0 (A)V=1.29/-6.81 (V)， I=0.0147/12.0 (A)Inc=1/-1.59e-015 (V)， Ref=0.476/45.5 (V)Inc=1/3.90e-014 (V)， Ref=0.320/-28.5 (V)端口2Vs=0/0 (V)， Zs=(50，0) Ohms， Zc=(50，0) OhmVs=0/0 (V)， Zs=(50，0) Ohms， Zc=(50，0) OhmV=0.832/-43.6 (V)， I=0.0166/136.4 (A)V=0.364327/139.315 (V)， I=0.00728654/-40.6849 (A)Inc=3.13e-015/64.8 (V)， Ref=0.832/-43.6 (V)Inc=1.32e-015/49.3 (V)， Ref=0.364/139.3 (V)表 5.6 0.5GHz和5GHz处的功率功率和损耗*表示计算量基于表5.5的参数频率0.5 (GHz)5 (GHz)入射功率0.01 (W)0.01 (W)输入功率0.000817 (W)0.00765 (W)辐射功率8.35253e-011 (W)1.48793e-007 (W)端口1*的入射功率0.01 (W)0.01 (W)端口1*的反射功率0.00227 (W)0.00102 (W)端口2*的功率消耗0.00692 (W)0.00132 (W)介质损耗*=0.000817-8.3525e-11= 0.000817 (W)=0.00765-1.48793e-7=0.00765 (W)第2步按下“Shift”并圈中窗口中的多边形，在Edit菜单中选择Delete删除所有多边形，下面重新创建这些多边形。第3步在Entity菜单中选择Rectangle，MGRID将提示输入矩形参数，输入如图5.15所示的参数。基本上，要建立的矩形中心在(x，y，z)=(0，0，31)， 长度length=1512 mil，宽度width=1500mil，选择OK。图 5.14 一个简单边馈天线的示意图表 5.7 贴片天线参数衬底厚度31 mils介电常数4.4贴片长度 L1512 mils贴片宽度W1500 mils插入宽度S115 mils插入深度D452 mils微带宽度T60 mils馈线长度 F750 mils反应：与图5.14中顶点1，2，3和4对应的矩形被创建。第4步下一步要创建插入，有很多创建方法，这里只演示最简单的方法。按下“Shift”键， 圈中矩形的右边两个顶点(或图5.14中的顶点1和2) 。反应：两个顶点被选取。图 5.15 贴片参数 说明：选取顶点的一般方法是在Edit菜单中选择Select Vertices，然后圈取希望的顶点，按下“Shift”键是进入选择模式的快捷方法。如圈中一些多边形，MGRID自动进入选择多边形组模式，如圈中多边形的一部分顶点，MGRID自动进入 Edit菜单中的Select Vertices模式。第5步下面在选取的边创建插入，在Adv Edit菜单中选择Cut into Polygon。反应：MGRID将提示定义剪切的尺寸。第6步更改Cut Width到115mil，Cut Depth为452mil，更改参数时一些相关参数自动更新。基本上用户可用其它方法输入这些参数，用户也可将插入更改到偏离中心，本例希望在中心，请选择OK继续。反应：插入被创建，图形和图5.14所示相似，除了没有馈线，矩形成为一个8顶点多边形。第7步下面要创建馈线，按下“Shift”键，圈取8顶点多边形(见图5.14)的顶点5和6，在Adv Edit菜单中选择Continue Straight Path，将在顶点5和6组成的边上创建馈线。反应：跳出Continue Straight Path对话框(见图5.16)。第8步更改Path Length到1202mil(表5.7中的D+F)，更改Path Start Width为60mil， Path End Width自动更新到60mil，选择OK继续。反应：带插入的边馈矩形贴片天线被创建。 第9步在Ports菜单中选择Port for Edge Group，选择Extension for MMIC Circui方案，选择OK接受其它默认值，跳出Edge Group Focused Layers对话框，不需更改焦点。圈中馈线末端的边(或这两个顶点)，端口1被定义在该边，选择Exit Port退出Port for Edge Group模式，得到的结构已可用作仿真(见图5.17)，保存结构为：c：ie3dsamplesrpatch2.geo。第10步在Process菜单中选择Simulate，输入Start Freq=1.8GHz，End Freq=2.0GHz，Number of Freq=101，选择Enter将频点输入列表，请激活自适应智能拟和Adaptive Intelli-Fit(AIF)，不选中Current Distribution File和Radiation Pattern File，选中Automatic Edge Cells(AEC)，且Edge Width=10mil，选择OK仿真结构。仿真在现代PC中在10s内完成，仿真后MUDUA被调用显示结果，如显示的结果不是在笛卡儿坐标系，请在MODUA的Process菜单中选择Define Display Graph，选择dB and Phase of S-parameters并选择OK，选择dBS(1，1)并选择OK得到笛卡儿坐标系下的S参数图形(见图5.18)。图 5.16 路径的Continue Straight Path对话框图 5.17