cst软件如何理解axial ratio轴比-博天堂登陆

这个问题很多用户问，所以解答一下。

 

之前写过两个偏振片的案例，一个从s参数看轴比，另一个从远场结果中优化轴比。

 

下面我们分析一下电磁波的轴比。首先，轴比ar最普通的定义就是椭圆极化长短轴的比：

 

定义1：ar=abs(emajor)/abs(eminor)

 

写成db的形式是：

ar(db)=20*log10(abs(emajor)/abs(eminor))

 

这个虽然好理解，但实际天线工程中由于无法测量长短轴，所以对天线工程师来讲，更容易理解和使用的是ieee的定义式，因为测量ar是用的两个电场分量，也就是cst帮助文档中关于远场ar的：

 

定义2：                   

 

 

 

 

而很多文献中用的是左右圆极化的定义式：

定义3：  

 

所以问题来了，这三个定义等效么？

 

答案当然是可以等效。下面给大家推一下后面这两个式子，就是当两个正交分量是长短轴时，看看是不是第一个普通ar长短轴的定义式。

 

首先看ieee的计算式：

 

由 e1=|e1|e^jα, e2=|e2|e^[j(α 90)]

得：e1^2 e2^2 = |e1| ^2*e^ jα |e2|^2*e^[j(α 90)*2]

则有：|e1^2 e2^2|= (|e1| ^2-|e2|^2) e^jα

 

所以：ar= sqrt[(|e1|^2 |e2| ^2 |e1| ^2-|e2| ^2)/(|e1| ^2 |e2| ^2-|e1| ^2 |e2| ^2)] 

= |e1|/|e2|

 

再看左右极化的ar计算式：

 

根据帮助:

 

 

e1-ie2 = |e1|cosα i|e1|sinα-i|e2|cos(α 90) |e2|sin(α 90)  = |e1|cosα i|e1|sinα-i|e2|cosα |e2|sinα 

所以： |el|=1/sqrt(2)*sqrt[(|e1| |e2|)^2 (|e1| |e2|)^2]= |e1| |e2|

同理：|er|=1/sqrt(2)*sqrt[(|e1|-|e2|)^2 (|e1|-|e2|)^2] = |e1|-|e2|

 

所以： ar=|er| |el|/(|er|-|el|)=|e1|/|e2|

 

看完不会脑瓜子嗡嗡的吧~ 

其实就是想说这些定义都一样，都是对的，放心用吧。要想推导就需要注意e是矢量，有相位要考虑，很容易推。

 

下面我们看看远场中的ar结果。在远场结果中选中axial ratio便是轴比ar了。

 

 

 

这时你会发现，无论选线极化还是圆极化，或者不同类型的远场，比如方向图或增益图，极化都一样，而且都是最大值40db, 比如下图：

 

 

 

这就是ar结果的特性，40db的地方是线性极化的意思，由于不能用无穷大表示线极化，所以限制在40db。其实可以在属性中改掉40db，但是一般没必要。其中蓝色的区域就比较有意思了，越蓝越接近圆极化0db。当然这个图只有某个角度有可能有点圆极化（那个洞洞里可能有乾坤）。

 

 

 

那为什么ar不受极化或类型的影响呢？原因很简单，由定义式可知，ar是远场最基础的两个正交电场分量e1和e2算出来的。

 

再看几个ar图：

 

 

 

这个可能的圆极化的角度（蓝色）就较多了，离散的一些角度（红色）是线极化。

 

 

 

这个大概能看出是个主瓣向上的线极化天线。

 

 

 

这个在z方向大部分角度都是蓝色，所以z方向附近都差不多是圆极化。

 

小结：

1.     ar 定义式很多，都是对的。

2.     ar的db值要用20倍的log，这个一定要小心。

3.    cst中的ar限制0~40db，或者反过来算0~-40db,就是那个inverted ieee axial ratio.

 

（内容、图片来源：cst仿真专家之路公众号，侵删）

 

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