这两期我们学习一下mimo系统设计与调试。由一个三角型偶极子天线建模开始,到两个天线位置关系的对比和调试,再到四天线mimo整体调试。
1. 单天线
用天线模板,然后画个三角形的二维曲线,参数化坐标方便以后调试:
这里gap=3, r=1, l1=19.1。将wcs对齐在直角点,画个半径为r的圆作为截面。
用sweep curve功能,先选中circle1,回车,然后选polygon1。
然后我们切开直角位置。先将wcs旋转至uv平面作为切面。
用uv平面切割:
然后选择切开的面,modify face功能将其移开l2=3:
同理移开另一个面:
在斜边上的两个切面也移开一定距离,用于定义端口:
选择两个圆边,定义端口:
频域求解器开始仿真:
可见目前天线在3.5ghz还算能工作,s11没有很好,也没有10db带宽。阻抗为26.8欧姆,虽没有匹配到我们的端口50,但不用担心,我们仍然可以用这个设计学习和调试mimo系统,因为其他天线加入后仍可再调匹配。
可查看频域自动计算了哪些频点:
可查看频域网格:
加上背景之后的网格:
2. 双天线---正交型
下面我们看两个天线的情况。首先是端口方向的偶极子主干相互正交的情况,也就是复制天线和端口,旋转90度:
再次仿真,可见此时s11变好,z11变好,匹配变好,带宽也很宽,深感庆幸~
多天线就可以看互偶了,s21=-4.3db, 还是很强的。
下面我们看一下mimo的表现,添加两个后处理,分别用s参数计算包络相关系数(envelope correlation coefficient,简称ecc)和分集增益(diversity gain,简称dg)。
可见此时ecc=0.0125,我们以这个值为起始mimo系统的参考表现。由于dg是直接从ecc得出的,(dg=10*sqrt(1-ecc),详情见帮助help),所以我们就关注ecc的值就好了,越低说明两个天线相关性越低,mimo系统越好。
目前ecc=0.0125已经非常好了,现实mimo设计中0.3以下就算不错了。那么该mimo系统s21很强,为什么ecc还这么好呢?这要看s参数如何计算ecc。很多文献可参考:
chen, z. n., low, x. n., & see, t.s. p. (2011). analysis and optimization of compact suspended plate mimoantennas. ieee transactions on antennas and propagation, 59(1),263–270. doi: 10.1109/tap.2010.2090478
所以根据定义,虽然s21不够好,只要匹配的好,ecc仍然可以很低。再看下远场图,明显天线1的远场不再是偶极子甜甜圈远场了,收到下面天线的影响。
其实感兴趣的朋友可以手动输入公式验证ecc的结果:
小结:
本案例学习如何参数化建模,还有从s参数计算ecc和dg。下期我们再介绍双天线平行的情况,和四天线的mimo,以及远场也能计算ecc和dg。
(内容、图片来源:cst仿真专家之路公众号,侵删)
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