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基于特征模理论的系统天线设计方法(七)

2020.9.28

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图15、宽边馈电不同位置时电流分布与模式加权系数MWC

从图15可以看出:天线支节位于宽边时,非常容易激励出mode #2,馈电点位置最好位于中间,在此频段只有mode #2和mode  #5,  且mode #2较mode #5大7 dB,期望!,其他馈电方式,会激励出更多模式,造成隔离度变差。

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图16、不同激励组合激发出不同的模式

从图16可以看出:当天线1工作,存在模式1和模式5,天线2工作时,存在模式2和模式5,但由于模式5的MS值很小,所以有很好的隔离度。

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图17、不同馈电方式下MIMO性能比较

(CMA设计结果vs. 三种扫参优化得到的结果)

从图17可以看出:天线1,没有覆盖整个频段,但是天线2在整个频段匹配好,并且两个天线之间最好隔离度;具有最好的ECC 性能(<0.1) 和>0.5 dB 的MEG;天线1和天线2分别激励了不同的模式。

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图18、CMA分析得到两种激励组合方式下的3D方向图

四、总结

本文简要介绍了特征模理论基础,并采用商业软件FEKO v14.0版本的CMA分析模块对几种简单的天线形式进行特征模分析,得到了丰富的模式特征参数,并展开分析,便于让大家清楚地了解CMA技术的应用。CMA方法广泛应用于天线设计,也同样应用于天线布局[13][14]、电磁兼容以及目标隐身等领域。

作者:焦金龙,澳汰尔工程软件(上海)有限公司

参考文献

[1] Martin Vogel, Gopinath Gampala, Daniël Ludick, Ulrich Jakobus, and C. J. Reddy,“Characteristic Mode Analysis: Putting Physics back into Simulation,”IEEE 310 Antennas and Propagation Magazine, Vol. 57, No. 2, April 2015
[2] Altair Engineering Inc., “FEKO Suite 14.0,” Troy, MI, www.altairhyperworks.com/product/FEKO.
[3] 何其洪张廷恒, “应用FEKO特征模分析功能设计一种共形天线,” ATC 2015 Altair 用户大会.
[4] R. J. Garbacz, “A Generalized Expansion for Radiated and Scattered Fields,” Ph.D. dissertation, Ohio State University, Columbus, 1968.
[5] R. F. Harrington and J. R. Mautz, “Theory of Characteristic Modes forConducting Bodies,” IEEE Trans. Antennas Propagat., vol. AP-19, no. 5, pp. 622-628, Sept. 1971.
[6] R. F. Harrington and J. R. Mautz, “Computation of Characteristic Modes forConducting Bodies,” IEEE Trans. Antennas Propagat., vol. AP-19, no. 5, pp. 629-639, Sept. 1971.
[7] R. F. Harrington, J. R. Mautz, and Y. Chang, “Characteristic Modes for Dielectricand Magnetic Bodies,” IEEE Trans. Antennas Propagat., vol. AP-20, pp. 194-198,March 1972.
[8] Bryan D. Raines and Roberto G. Rojas,” Wideband Characteristic Mode Tracking,”IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, VOL. 60, NO. 7, JULY 2012.
[9] Eugen Safin and Dirk Manteuffel,“Advanced Eigenvalue Tracking of Characteristic Modes,”IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, VOL. 64, NO. 7, JULY 2016
[10] Peter Futter, “Changing Design with Characteristic Mode Analysis,” MICROWAVE JOURNAL OCTOBER 2016
[11] Characteristic Modes and Antenna Bandwidth; Rahola, et al. APSURSI 2014
[12] P. Futter et al., “Simulation Approach for MIMO Antenna Diversity Strategies,”EDICON China 2015.
[13] Martin Vogel, Gopinath Gampala, Daniël Ludick, Ulrich Jakobus, and C. J. Reddy,“Characteristic Mode Analysis: Putting Physics back into Simulation,”IEEE 310 Antennas and Propagation Magazine, Vol. 57, No. 2, April 2015
[14] Ting-Yen Shih and Nader Behdad  “BANDWIDTH ENHANCEMENT OF XPEDITIONARYFIGHTING-VEHICLE-MOUNTED ANTENNAS USING THE CHARACTERISTIC MODE THEORY,”Department of Electrical and Computer Engineering University of Wisconsin-Madison, Madison


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