例題43 地中レーダー

本例題について

  • 指数関数型TEMホーンアンテナを送受信アンテナとした地中レーダーの解析例を示します。

  • 送信アンテナから入射された電磁波が受信アンテナ側で受信される様子を出力電圧やフィールドで確認できます。
     

  • 異物がある場合とない場合の結果を比較することで、受信電圧から異物の検知を確認できます。
     

  • 表に記載されていない条件は初期設定の条件を使用します。

  • 電磁波過渡解析は特別オプション機能です。

解析空間

項目

条件

解析空間

3次元

モデル単位

m

 

解析条件

このモデルでは電磁波の伝搬を数波長程度追う必要があるため解析規模が大きくなります。そこで1次要素を使用することで解析時間を短縮します。

 

項目

条件

ソルバ

電磁波解析[Hertz]

解析の種類

過渡解析

 

ポート毎に入力を行うをチェック

 

タブ設定

設定項目

条件

メッシュ

標準メッシュサイズ

0.05[m]

要素の種類

1次要素

周波数依存メッシュの設定

表皮厚みより厚い導体ボディを境界条件とするをチェック

入力波形から参照周波数を自動決定するをチェック

過渡解析

波形の種類

帯域波

 

最小周波数 0.5[GHz]

最大周波数 1.0[GHz]

解析終了時刻

2.0×10-8 [s]

フィールドの出力※1

フィールドを出力するをチェック

 

フィールド出力間隔:1

※1 結果容量を減らしたい場合はフィールド出力間隔を増やすか、フィールドを出力するのチェックをオフにしてください。
フィールド出力をしない場合はテーブル値のみの出力となります。

モデル図

モデルは送受信アンテナである指数関数型TEMホーンアンテナ(Horn1, Horn2)と直接波の受信や回折によるノイズを防ぐための電気壁を設定した反射鏡(Reflector)、

空気領域(Air)、土壌(Soil)、異物としての導体パイプ(Pipe)から構成されます。

ボディ属性および材料定数の設定

ボディ No./ボディタイプ

ボディ名

材料名

0, 1/Sheet

Horn1

001_アルミニウムAl※

2, 3/Sheet

Horn2

001_アルミニウムAl※

4/Solid

Air

000_空気※

6/Solid

Pipe

008_銅Cu※

10/Solid

Soil

Soil

※材料データベースを利用

 

材料Soilの材料定数は以下のように設定しています。

材料名

タブ

定数

Soil

誘電率

比誘電率: 2.0

導電率

導体

 

導電率: 1.0×10-3 [S/m]

境界条件

境界条件名/トポロジー

タブ

境界条件の種類

条件

Port1/Face

電気

入出力ポート

基準インピーダンス:
 50Ω

 

積分路:

Path1を設定

Port2/Face

電気

入出力ポート

基準インピーダンス:
 50Ω

 

積分路:

Path1を設定

Reflector/Face

電気

電気壁

 

外部境界条件

電気

開放境界

 

 

解析結果

結果テーブルから得られる出力電圧の時刻歴結果を示します(赤線)。

 

 

この図では比較として異物無しのモデル(WithoutPipe)の結果も示しています(黒線)。グラフからわかるように異物がある場合の結果では異物がない場合の結果と比較して

10nsあたりに大きな受信シグナルがあります。これは送信アンテナ(Port1)から入射された電磁波が異物としての導体パイプに反射され、受信アンテナ(Port2)へと伝搬して

いることを意味します。

 

 

次の図は断面(XY平面)における電界のコンター図です。この図からも送信アンテナから入力された電磁波が導体パイプで反射され受信アンテナへと伝搬してく様子が

確認できます。この電界コンター図では比較をわかりやすくするために描画設定より電界の最大値を0.5[V/m]に固定しています。

 

時刻[s]

電界コンター図

2ns

4ns

5ns

6ns

7ns

8ns

9ns

10ns

 

 

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