大多數(shù)無線系統(tǒng)天線單元的都盡可能的松散排布,,其相互之間的間隔足夠大,因此天線間的互耦效應較弱,。但是在手機等移動終端,,由于空間狹窄,天線單元之間間距很小,,從而會產(chǎn)生強烈的電磁耦合,。研究表明,當天線間的間距小于或等于信號波長的一半時,,接收天線上所收到的信號已經(jīng)明顯受到互耦效應的影響了,。當天線單元之間的間距繼續(xù)減小,這種現(xiàn)象就會變得更加明顯,,從而嚴重影響無線系統(tǒng)的接收性能,。因此,一個空間狹窄的無線系統(tǒng),,在其天線設計過程中就必須考慮盡可能好的處理天線間的互耦,。在工程中,一般用隔離度表征天線間的互耦效應,,在wifi頻段的天線設計中,,通常要求天線隔離度大于15dB。 解決天線互耦問題的方法有很多,,例如改變天線的間距和極化方式,、設計去耦網(wǎng)絡、設計缺陷地結構,、設計電流中和線等,。這些方法都可以利用HFSS來進行仿真分析,,其中利用去耦網(wǎng)絡技術來降低天線間的耦合度,,天線單元的設計和去耦網(wǎng)絡的設計可以分開進行,避免了聯(lián)合仿真優(yōu)化設計的復雜性,,因此這里先介紹如何使用HFSS仿真設計天線去耦網(wǎng)絡,。 從網(wǎng)絡分析的角度來看,,去耦的實質就是使多端口網(wǎng)絡的阻抗矩陣的互阻抗趨向于零,或者使散射矩陣的反向傳輸系數(shù)趨向于零,。常見的去耦網(wǎng)絡結構如下圖所示,,其去耦原理正是基于對網(wǎng)絡參數(shù)的分步分析來實現(xiàn)的。簡單來說,,可以分為以下三個步驟: 第一步,,由于初始天線阻抗匹配良好,而天線之間卻存在強烈的耦合,。因此網(wǎng)絡D的功能是將兩個端口之間的傳輸導納從復數(shù)變?yōu)榧兲摂?shù),。 第二步,引入并聯(lián)電抗來抵消上述的純虛數(shù)傳輸導納,,使得傳輸導納的取值為零,,這樣便達到了去耦的目的。 第三步,,由于去耦網(wǎng)絡的引入,,從端口看去天線的阻抗失配,因此,,再外加匹配網(wǎng)絡使得天線達到阻抗匹配,。 HFSS不僅可以準確仿真天線的遠場輻射特性,在去耦網(wǎng)絡,、匹配網(wǎng)絡的EM仿真運用上也便利,。下面舉一個簡單的實例。 1,、兩根相距很近的wifi頻段單極子天線(2.4-2.5GHz),,仿真隔離度很差,中心頻點處僅3dB,。 2,、利用lumped RLC邊界條件,建立去耦網(wǎng)絡D,,再次仿真,,隔離度提升明顯,但天線諧振點發(fā)生了偏移,。 3,、再搭建匹配網(wǎng)絡,并仿真,,隔離度和駐波都滿足要求,。 |
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