如何理解遠(yuǎn)場的坐標(biāo)、分量和極化

來源：CST仿真專家之路更新時間：2024-06-23 閱讀：

作為天線仿真的一個結(jié)果，也可以說是最重要的結(jié)果，遠(yuǎn)場的查看和理解就很關(guān)鍵。CST幫助文檔中關(guān)于遠(yuǎn)場的解釋的很詳細(xì)，但可能因為詳細(xì)，很多人總是縷不清楚這些英文名詞：Theta, Phi, Ludwig 2, Ludwig 3, Left, Right, Horizontal, Vertical, Copolar,Crosspolar…

下面我就用最簡單的語言（打臉），最短的篇幅（又打臉），給大家講清楚。如標(biāo)題所說，這里強調(diào)的是三個東東：坐標(biāo)，（電場）分量，和極化。所以一定要分清楚這三個量。

話不多說，先上表1：

四大坐標(biāo)系，球坐標(biāo)和三個Ludwig坐標(biāo)。都是兩個角度（Angle）能夠指明球上任意位置，就像地圖的經(jīng)緯線。

這里最需要注意的是，Spherical和Ludwig 3，都是用的Theta和Phi！那Ludwig2的四個單詞是什么呢？簡單來講其實就是不想叫Theta和Phi了，太土了，爛大街了，叫“海拔“和”方位角“多高大上，或者換個希臘遠(yuǎn)房親戚的名字Alpha，Epsilon~ 多年以后，發(fā)現(xiàn)還是Theta和Phi最接地氣，流行最廣。

再上表2：

用坐標(biāo)定義好空間位置后，該位置有個天線遠(yuǎn)場的電場，閑不住，多動癥。那怎么定義他的動作呢？那就看他往Component1方向上動的多，還是Component2方向上動的多，這就是向量的兩個分量E1和E2。這里最困惑的恐怕就是球坐標(biāo)的兩個分量，名字還是Theta和Phi！

好吧，因為Theta和Phi太流行，允許球坐標(biāo)這么任性吧。這里只有Ludwig 3很叛逆啊，他非叫電場的“水平“分量和”豎直“分量，和坐標(biāo)名字最不同，顯得很有生活的樣子。

那分量和極化什么關(guān)系呢？其實他們兩個很類似。

由于兩個分量正交，把電場的動作橫平豎直分解的很干凈，以致不能很好表示其連貫性，比如空中轉(zhuǎn)體動作，最后腳出界了也給金牌。所以我們需要更完整的定義“極化“。

再上表3：

所以，表2中四大分量都是線極化。這里多出兩個極化，一個是圓極化，另一個是傾斜極化。圓極化是兩個正交分量差90度相位交替運動，所以分左右手旋轉(zhuǎn)方向；傾斜極化就是將兩個正交分量強行扭轉(zhuǎn)到某個主方向，主方向的極化就是主極化，是我們想要的；垂直方向為次要的交叉極化，是我們不想要的。

話太多了，上案例：

長方形喇叭天線，向Z+方向傳播，近場電場可看出，極化方向基本就是上下，也就是Y軸方向：

直接點擊遠(yuǎn)場，這里就看不到電場的多動癥了，初學(xué)者就有點難判斷病情。那么這個常見的紅色為主的遠(yuǎn)場輻射圖是什么坐標(biāo)？什么分量為主？什么極化呢？

先說坐標(biāo)吧，仔細(xì)看遠(yuǎn)場圖，Z+軸附近有個Theta，X+軸附近有個Phi，這個就是坐標(biāo)軸的定義。由之前的表1可知，這個坐標(biāo)系不是Spherical就是Ludwig 3，對吧？

再說分量，默認(rèn)是不顯示分量的，顯示的是絕對值A(chǔ)bs。

當(dāng)然下拉就可以看分量，一看又是Theta和Phi分量，這就明白了，就是用的最迷惑人的球坐標(biāo)!

猜的沒錯，看遠(yuǎn)場屬性，坐標(biāo)欄，查看坐標(biāo)系的確是Spherical。

如果這里我們改成Ludwig3 呢？

點擊ok或apply，可見遠(yuǎn)場分量就成了可查看的水平分量，豎直分量。

同理，如果我們改成Ludwig 2AE或Ludwig 2EA，就可以看到不同的分量定義了。

注意，以上我們只是展示怎么查看不同坐標(biāo)系，和不同坐標(biāo)系下，遠(yuǎn)場電場使用的是不同的分量。以上我們使用的極化一直是線極化（linear）。

下面我們看主極化Copolar和交叉極化Crosspolar，極化需要從Linear改成Slant。

當(dāng)使用傾斜極化slant時，無論什么坐標(biāo)系，我們的遠(yuǎn)場分量都是Copolar和Crosspolar，這個和表3一致。

這里推薦將坐標(biāo)種類（axes type）改成polarization dependent，然后明確一下主極化方向和傳播方向。由于喇叭天線本身是線極化，且有方向性，所以我們選Linear-Directional。主極化方向為Y軸，Y軸上出現(xiàn)了“E-Vector“作為主極化方向。傳播方向是Z+，這就和三維的喇叭方向一致。可見此時坐標(biāo)是自動，由于是傾斜極化，坐標(biāo)系的選擇不會影響分量的定義。

可見，定義Y為主極化之后，喇叭的極化方向（Y軸）確實和主極化一致，所有主極化的場很強。而交叉極化（藍(lán)綠色）雖然很弱，但也有一些值，這是因為這種方形的喇叭在邊邊角角有極化轉(zhuǎn)換的效果，就是少量的Y軸極化神奇的變成了X軸極化，叛變了。所以更高級的喇叭天線是可以通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)使交叉極化最小的哦！

假如我們想把這個天線安裝方向改變，得到不同的遠(yuǎn)場方向，是不是要三維調(diào)整重新仿真呢？當(dāng)然不用，遠(yuǎn)場調(diào)坐標(biāo)軸即可。選擇User Defined坐標(biāo)類型，和需要的極化類型（分量），比如這里我們還用主極化和交叉極化（slant）：

比如我們調(diào)整遠(yuǎn)場的z‘，這樣主瓣方向在全局坐標(biāo)中還是Z+，但遠(yuǎn)場坐標(biāo)中，就為Theta=45, Phi=180了。如果這時我們用后處理將遠(yuǎn)場數(shù)據(jù)導(dǎo)出，這樣就可以看到，前兩列是球坐標(biāo)系，后面幾列是主極化和交叉極化的值。最大值在Theta=45, Phi=180。