利用HFSS仿真設(shè)計(jì)天線去耦網(wǎng)絡(luò)

2016-09-24 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

1天線去耦網(wǎng)絡(luò)的意義

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(yīng)較弱。但是在手機(jī)等移動(dòng)終端,由于空間狹窄,天線單元之間間距很小,從而會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁耦合。研究表明,當(dāng)天線間的間距小于或等于信號(hào)波長的一半時(shí),接收天線上所收到的信號(hào)已經(jīng)明顯受到互耦效應(yīng)的影響了。當(dāng)天線單元之間的間距繼續(xù)減小,這種現(xiàn)象就會(huì)變得更加明顯,從而嚴(yán)重影響無線系統(tǒng)的接收性能。因此,一個(gè)空間狹窄的無線系統(tǒng),在其天線設(shè)計(jì)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(yīng),在wifi頻段的天線設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)去耦網(wǎng)絡(luò)、設(shè)計(jì)缺陷地結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)電流中和線等。這些方法都可以利用HFSS來進(jìn)行仿真分析,其中利用去耦網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來降低天線間的耦合度,天線單元的設(shè)計(jì)和去耦網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)可以分開進(jìn)行,避免了聯(lián)合仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)的復(fù)雜性,因此這里先介紹如何使用HFSS仿真設(shè)計(jì)天線去耦網(wǎng)絡(luò)。

2HFSS仿真設(shè)計(jì)天線去耦網(wǎng)絡(luò)的步驟

從網(wǎng)絡(luò)分析的角度來看,去耦的實(shí)質(zhì)就是使多端口網(wǎng)絡(luò)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(luò)結(jié)構(gòu)如下圖所示,其去耦原理正是基于對(duì)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的分步分析來實(shí)現(xiàn)的。簡單來說,可以分為以下三個(gè)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(qiáng)烈的耦合。因此網(wǎng)絡(luò)D的功能是將兩個(gè)端口之間的傳輸導(dǎo)納從復(fù)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(dǎo)納,使得傳輸導(dǎo)納的取值為零,這樣便達(dá)到了去耦的目的。

第三步,由于去耦網(wǎng)絡(luò)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(luò)使得天線達(dá)到阻抗匹配。