利用HFSS仿真設計天線去耦網絡

2016-09-24 by:CAE仿真在線來源:互聯網

1天線去耦網絡的意義

大多數無線系統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明顯受到互耦效應的影響了。當天線單元之間的間距繼續減小,這種現象就會變得更加明顯,從而嚴重影響無線系統的接收性能。因此,一個空間狹窄的無線系統,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,其中利用去耦網絡技術來降低天線間的耦合度,天線單元的設計和去耦網絡的設計可以分開進行,避免了聯合仿真優化設計的復雜性,因此這里先介紹如何使用HFSS仿真設計天線去耦網絡。

2HFSS仿真設計天線去耦網絡的步驟

從網絡分析的角度來看,去耦的實質就是使多端口網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趨向于零。常見的去耦網絡結構如下圖所示,其去耦原理正是基于對網絡參數的分步分析來實現的。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。因此網絡D的功能是將兩個端口之間的傳輸導納從復數變為純虛數。

第二步,引入并聯電抗來抵消上述的純虛數傳輸導納,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,由于去耦網絡的引入,從端口看去天線的阻抗失配,因此,再外加匹配網絡使得天線達到阻抗匹配。