
CAEソフト【 Femtet 】-ムラタソフトウェア株式会社
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。
項目 |
条件 |
解析空間 |
3次元 |
モデル単位 |
m |
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 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:
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:
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 |
|
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 |
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4ns |
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5ns |
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6ns |
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7ns |
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8ns |
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9ns |
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10ns |
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