ACEM(Advanced computational electromagnetism)是由芯瑞微(上 海)電子科技有限公司，基于自主知識產權技術開發的三維電磁仿真軟件。

作為任意三維結構全波電磁仿真工具，ACEM依托強大的3D編輯、自動參數化、和極低的內存占用特性，搭載imesh智能加密和網格后處理引擎，高性能的GPU加速，并行計算的HPC特性，可適配于航空航天、半導體、計算機、通信網絡、人工智能等行業產品的設計和仿真。

仿真場景

本次案例為ACEM在Ku波段基片集成波導縫隙天線的應用，使用戶在天線產品實體化之前進行有效仿真，規避潛在設計風險，縮短產品設計周期。

傳統的陣列天線有微帶和金屬波導兩種形式，微帶陣列天線具有小型化、易與電路集成等優點，但開放結構會發生能量泄露、輻射，對其他器件產生影響，而且隨著頻率升高此現象會更加嚴重;金屬波導縫隙天線具有插損小、Q值高、功率容量大等優點，但其尺寸大、重量重，因此難與其他電路集成。基片集成波導(SIW)縫隙陣列天線可同時具有金屬波導縫隙陣列天線和微帶陣列天線的優點，因此基片集成波導縫隙陣列天線有廣泛的應用前景。

案例介紹

本案例使用PCB工藝，上下兩層板結構，上下金屬層之間用金屬化通孔連接，微帶線與上層金屬之間用轉換器連接，通過在上層金屬上開縫，截斷了波導壁上的電流，波導內的電磁場便激勵了縫隙，實現了向空間的能量輻射。案例需求為通過PhySim ACEM來確認此設計的S參數、近場與遠場輻射方向圖。

天線疊層示意圖

仿真設置步驟

創建模型

在坐標系中創建一個立方體，并在Properties中修改名稱、材質、顏色、透明度和尺寸。

采用同樣的方法步驟對所有疊層進行設置，設置完成后的模型如下。

設置激勵

選擇設置好的矩形，設置端口ID、電壓方向(低電勢箭頭指向天線)、起止頻率和掃頻步進。

設置Order Adjust

Order Adjust功能用于調整不同材質物體仿真的優先級，在ACEM中，金屬材料仿真優先級高于非金屬材料，Order Adjust功能用于調整不同材質物體仿真的優先級。

設置輻射邊界

系統會根據模型尺寸自動生成輻射邊界。

設置網格

XY方向最小網格尺寸設置一般遵循此方向最小尺寸值的一半，Z方向最小網格尺寸和最薄介質尺寸一致，保證物體邊緣都卡在網格線上，設置完最小網格尺寸后點擊Mesh，系統自動生成網格。

設置監視器

點擊Output中的Far-field，設置需要觀測遠場的頻點和2D/3D輻射方向圖;在需要觀測電場處添加平面，選擇平面點擊Output中的Field，勾選需要觀測的場與頻點。

仿真結果

S參數分析

諧振點在18GHz附近，滿足設計要求。

表面電流分析

選擇需要觀測表面電流的物體和頻點，查看電流分布和電流強度。

電場分析

選擇需要觀測表面電流的物體和頻點，查看電場分布和電場強度。

天線增益分析

查看遠場2D/3D輻射方向圖，最大增益為11.6dBi，滿足設計要求。

仿真結論

以上使用ACEM仿真Ku波段基片集成波導縫隙天線，對其表面電流、電場、S參數和遠場方向圖等性能進行了分析和優化。在仿真中，對天線模型進行了參數化建模，通過對縫隙的位置、尺寸以及介質基板厚度等參數進行參數掃描，得到了天線最優的性能。

ACEM擁有單機和多機并行運算功能，在得到天線的最優性能的同時，可以減少仿真時間，提升仿真的效率，滿足客戶對仿真精度與效率的雙重要求。

綜上所述，通過ACEM對Ku波段基片集成波導縫隙天線進行電磁仿真，得到了非常可靠的仿真結果，幫助客戶確認了天線最佳的設計方案，完成了設計的最終定稿和打板。