一致性测试用于确保各种产品、流程和系统符合标准要求。同样，用于测量一致性的设备也非常重要。这种测试设备的设计必须能够提供精确的测量以反映设备的实际性能。RF 仿真是分析和优化这类设备的一种有用的方法，它可以提高测量的可信度。今天这篇博客，我们将通过选择一个电磁兼容/电磁干扰（EMC/EMI）测试中常用的设备，来演示射频仿真方法。
EMC/EMI 测试所需的设备
电子或电气设备是否能够在普通电磁环境中正常运行？在推向市场之前确保这些产品的质量和安全性，是一个需要解决的重要问题。这也是 EMC/EMI 测试的核心，解决这个问题可以帮助我们根据需要修改设备。
一个航天器正在进行 EMC/EMI 测试。图片来源：ESA-G Porter。通过Flickr Creative Commons获得授权许可(CC BY-SA 3.0 IGO)。
在进行 EMC/EMI 测试时，可以考虑将重点分为两类：辐射性和敏感性。在辐射性方面，测试可以指出不必要的辐射和可能损耗电磁能的潜在因素。对于敏感性，测试可以评估在存在射频信号时设备的响应，其中包括发生故障的趋势。通过实现抗干扰性，设备在遇到不必要的辐射时可以正常运行。
运行 EMC/EMI 测试需要特定的设备。对数周期天线是用于此测试的三种常用的测试天线之一（之前，我们讨论了另一种大家所熟知的天线类型双锥形天线）。共面偶极阵列是这种宽带天线的一种常用的形式，它通常被放置在消声室或混响室内，用于获得UHF范围内的天线测量值。
一个对数周期天线。图片由 K. Krallis 提供，通过Wikimedia Commons获得许可。
在这些天线准备好用于 EMC/EMI 测量之前，重要的是分析它的设计可以确保测量准确性。COMSOL Multiphysics®软件和软件附加的RF模块可用于优化这些设计。
使用 RF 仿真分析对数周期天线的设计
在查看对数周期天线时，你可能会注意到它的形状与八木-宇田天线类似。但是，这两个天线的工作方式完全不同。对数周期天线通过共面阵列实现更宽的频率响应(带宽)，而八木-宇田天线通过驱动元件和多个无源元件实现更高的增益(方向性)。
我们通过将几个金属体框架安装为一个共面二极管阵列，构建对数周期天线的几何形状。使用完美电导体(PEC)边界条件模拟这些框架和金属偶极子杆，因为在相对频率范围内，表面损耗可以忽略不计。请注意，天线主体的内部部分被排除在建模域之外，包括预计不会有波传播的框架和杆。
对数周期天线的配置。
天线通过一个集总端口激励，该端口位于两个主体框架间隙的末端，此处有一对较短的杆。为了终止电场，在另一端有一对较长的金属圆柱处添加一个 300 Ω 的电阻。模型本身位于一个球形域中，该球形域由可以吸收任何方向辐射的完美匹配层(PML)包围。
请注意，偶极子杆的长度逐渐减小，但其与集总端口大小的比是恒定的。此外，对于参数化的几何零件，很容易为辐射结构构建重复的几何模式。
为了可视化阻抗匹配属性，生成了一个史密斯圆图，其中不同的颜色代表不同的频率。以 50 Ω 的归一化阻抗进行的扫频结果从中间漂移(大约 68 Ω)。
显示阻抗匹配属性的史密斯绘图。
下一组绘图描绘了远场辐射图。在 2D 极坐标图中，当从集总端口辐射时，可以看到随着频率的增加，图形的方向性略有变化。这种趋势也反映在 3D 模拟图中。请注意，在 3D 绘图中，可以应用更精细的角度分辨率准确可视化侧翼。
2D 极坐标图(左)和 3D 模拟图(右)中描绘的远场辐射图。
最后，我们考虑计算出的电压驻波比(VSWR)。结果表明，对于模拟的频率范围，天线的阻抗接近 50 Ω ，该比率优于 2：1。这种宽带阻抗匹配特性对于 EMC/EMI 测试中获得的测量精度非常重要。
计算的天线驻波比。
准备好尝试模拟本教程模型了吗？点击下面的按钮，获取对数周期天线教程模型。
请注意，您也可以从 COMSOL Multiphysics 软件的案例库中访问这个教程。
更多资源
以下是更多专门模拟 EMI/EMC 测试环境的教程模型，欢迎访问：
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