MVG的Insight軟件白皮書2016

　　驗(yàn)證測(cè)試 [情景/結(jié)構(gòu)]

　　驗(yàn)證結(jié)構(gòu)包含水平結(jié)構(gòu)上的嵌裝式單極錐( MVG SMC2200) 天線。已選擇一塊 30 x 60 cm的接地板作為初始驗(yàn)證情景，從而最大程度地減少不與測(cè)量/模擬鏈接的驗(yàn)證直接相關(guān)的錯(cuò)誤(參見圖10)。單極錐天線有一個(gè)低指向輻射圖形，該圖形帶有與接地板正交的極化[1-6]，引起接地板的相關(guān)互動(dòng)。

　　源天線安裝在距離最近邊緣1.5l 和 2l 的接地板角落中(在驗(yàn)證頻率下)。圖10所示的是MVG StarLab 18GHz 球形近場(chǎng)多探針系統(tǒng)測(cè)量期間的驗(yàn)證結(jié)構(gòu)。

　　圖10、長(zhǎng)方形接地板驗(yàn)證結(jié)構(gòu)-測(cè)量MVG StarLab 18 GHz 中的 SMC2200單極錐天線。

　　使用近場(chǎng)源的模擬

　　嵌裝應(yīng)用中源天線EQC表述評(píng)估的復(fù)雜程度遠(yuǎn)高于從可能是散射源的結(jié)構(gòu)(本文中指接地板)中分離的源模型評(píng)估。散射結(jié)構(gòu)的相近性修改天線上的電流分配。無(wú)限接地平面邊界條件充分接近正確邊界條件;但這不能在實(shí)際測(cè)量情景中直接獲得?？筛鶕?jù)安裝在有限接地平面上的源天線測(cè)量以及測(cè)量后處理模擬這一條件 [1-5]。圖11所示的是測(cè)量設(shè)置。

　　圖11、MVG SL18GHz 球形近場(chǎng)多探針系統(tǒng)有限接地板上的單極錐天線測(cè)量

　　測(cè)得數(shù)據(jù)的后處理會(huì)消除創(chuàng)建目標(biāo)無(wú)限接地平面邊界條件的有限接地平面邊緣的衍射影響[23]。對(duì)于大部分源天線測(cè)量而言，直徑2l以上的圓形接地平面已足夠。圖12所示的便是這一過(guò)程。

　　圖12、INSIGHT中MVG對(duì)測(cè)得數(shù)據(jù)的后處理，可消除創(chuàng)建目標(biāo)無(wú)線接地平面邊界條件的有限接地平面邊緣的衍射影響 [23]。

　　在驗(yàn)證示例中，已對(duì)位于直徑7l (在測(cè)試頻率 5.28 GHz下) 圓形接地平面上的天線進(jìn)行了測(cè)量。在后處理后，為了消除邊緣衍射，使用INSIGHT等效電流技術(shù)創(chuàng)建3D電磁模型。

　　圖13、最終情景中近場(chǎng)源的準(zhǔn)備和部署。

　　應(yīng)注意的是，由于對(duì)無(wú)限接地平面條件進(jìn)行了假設(shè)，一開始將源天線圖像加入到等效電流計(jì)算，然后在確定測(cè)得源的等效黑盒表述時(shí)消除。

　　結(jié)果

　　將測(cè)得的單極錐天線作為燈箱黑盒計(jì)算并且導(dǎo)入到CEM模擬軟件得到單極錐天線在完整測(cè)試情景(設(shè)置在圖10中的長(zhǎng)方形板上)中的最終圖形。表1所示的是帶單極錐天線的長(zhǎng)方形板在5.28 GHz頻率下測(cè)得和模擬的峰值方向性。" MEAS " 是標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量。已使用同一惠更斯盒通過(guò)不同的CEM工具計(jì)算模擬結(jié)果[17-22]。可以看到測(cè)量結(jié)果和模擬結(jié)果非常一致。

　　表I、峰值方向性， 5.28 GHz –長(zhǎng)方形板上的 SMC2200

　　圖14所示的是被測(cè)頻率下主切面的方向性輻射圖形。盡管因饋波表述和測(cè)量、制造與模擬所引起的不確定性而產(chǎn)生近似值，模擬和測(cè)量之間仍保持非常高的一致性。

　　圖14、長(zhǎng)方形板上SMC2200單極錐天線方向性圖形，頻率5.28 GHz;Φ=0° 平面 (上)，Φ=90° 平面 (下)。使用測(cè)得的來(lái)源進(jìn)行測(cè)量和模擬：CST [17]、Savant[18]、FEKO [19]、HFSS [20]、 ADF [21]、WIPL-D[22]。

　　根據(jù)測(cè)得的和模擬的場(chǎng)之間的加權(quán)差[5]，已對(duì)因測(cè)量和模擬之間的關(guān)聯(lián)而產(chǎn)生的鏈接有效性進(jìn)行了評(píng)估。測(cè)得的遠(yuǎn)場(chǎng)作為參照?qǐng)?。圖15所示的是Φ = 0°和Φ= 90°下前半球中帶有測(cè)得圖形的各模擬工具的加權(quán)差重疊。

　　圖15、模擬和測(cè)量的加權(quán)差，Φ=90° 平面。使用測(cè)得源進(jìn)行模擬： CST[17]、Savant[18]、FEKO[19]、HFSS[20]、ADF[21]、WIPL-D [22]。

　　已計(jì)算加權(quán)差的中間值，該中間值表示表II所示的單一值中的關(guān)聯(lián)。

　　表II、測(cè)量長(zhǎng)方形板上單極錐天線SMC2200的加權(quán)均數(shù)差

　　模擬和測(cè)量之間的平均關(guān)聯(lián)為約30 dB，這與從天線傳統(tǒng)全波模擬中獲得的結(jié)構(gòu)相近。

　　這一積極的結(jié)果確認(rèn)了技術(shù)的精度和有效性以及測(cè)量與CEM模擬工具之間的鏈接。

　　結(jié)論

　　在諸多復(fù)雜天線情景的實(shí)際電磁分析中，物理天線的全波表述無(wú)法提供用于部分計(jì)算電磁學(xué)(CEM)工具所要求的格式，尤其是當(dāng)?shù)谌教峁┨炀€和/或天線受知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)時(shí)。

　　在這些情況中必須進(jìn)行測(cè)量和模擬。擬定的解決方案植根于域分解技術(shù)并且測(cè)量隔離環(huán)境中物理天線的輻射圖形，從而創(chuàng)建可以導(dǎo)入到商業(yè)CEM模擬工具的等效表述。該技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)在于在所采取的工作流程中無(wú)需對(duì)源文件進(jìn)行額外的修改。因此，EQC模型可以用作多種和/或復(fù)雜模擬情景中的近場(chǎng)源。

　　這一被測(cè)源天線的等效模型基于黑盒理論并且包含一個(gè)EQC表述，形式為基于惠更斯等式的等效黑盒。使用反源法由MVG軟件INSIGHT創(chuàng)建這一表述。如今，INSIGHT能夠?qū)QC模型導(dǎo)出至多個(gè)CEM解算器：CST[17]、Savant[18]、FEKO[19]、HFSS[20]、ADF[21]、 WIPL-D[22]。

　　已驗(yàn)證測(cè)量和模擬之間的鏈接，從而證明了測(cè)得的近場(chǎng)源表述的精度及其在不同CEM工具和數(shù)字方法中的應(yīng)用。該結(jié)果展示了該鏈接能夠非常有效地確定多種復(fù)雜情景中的天線的特性。

　　這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)際用途在于能夠非常靈活地測(cè)試大型或復(fù)雜設(shè)備，尤其是在源天線特性未知的情況下。這是天線設(shè)計(jì)師工具包中的一件實(shí)用工具并且在面對(duì)因全球電子化程度與日俱增所產(chǎn)生的測(cè)試要求時(shí)能夠順利地實(shí)現(xiàn)這一用途。

　　·Lars Jacob Foged, MVG

　　·Lucia Scialacqua, MVG

　　參考資料

　　[1] L. J. Foged, L. Scialacqua, F. Saccardi, F. Mioc, D.Tallini, E. Leroux, U. Becker, J. L. Araque Quijano, G.Vecchi, “集成數(shù)字模擬和天線測(cè)量”, IEEE天線和傳播協(xié)會(huì)國(guó)際研討會(huì), 2014年7月6日-11日

　　[2] L. J. Foged, L. Scialacqua, F. Saccardi, F. Mioc “通過(guò)測(cè)量增強(qiáng)棘手天線的數(shù)字模擬”, EUCAP 2015, 2015年4月12日-17日

　　[3] L. J. Foged, L. Scialacqua, F. Saccardi, F. Mioc, G.Vecchi. J. L. Araque Quijano, “基于精確被測(cè)源表述和數(shù)字工具的天線部署”, IEEE天線和傳播協(xié)會(huì)國(guó)際研討會(huì),2015年7月19日-24日

　　[4] L.J. Foged, L. Scialacqua, F. Saccardi, F. Mioc, Morten S?rensen, G. Vecchi. J. L. Araque Quijano,使用被測(cè)場(chǎng)作為計(jì)算電磁學(xué)的場(chǎng)源”，第37屆天線測(cè)量技術(shù)協(xié)會(huì)年度研討會(huì), AMTA, 2015年10月, 美國(guó)加利福尼亞州長(zhǎng)灘

　　[5] L.J. Foged, L. Scialacqua, F. Saccardi, F. Mioc,“ 計(jì)算電磁學(xué)解算器嵌裝天線的被測(cè)天線表述” ,EUCAP 2016, 2016年4月10日-15日, 瑞士達(dá)沃斯[6] C. A. Balanis, 高級(jí)工程電子學(xué), 紐約: John Wiley &Sons, Inc., 1989年, 第7章

　　[7] INSIGHT 網(wǎng)站: http://www.mvg-world.com/en/products/field_product_family/antenna-measurement-2/insight

　　[8] J. L. A. Quijano, G. Vecchi, 《3D表面上源重構(gòu)中的場(chǎng)和源等效》, 電磁波(PIER), 2010年, 第103卷, 第67-100頁(yè),ISSN: 1559-8985.

　　[9] J. L. A. Quijano, G. Vecchi, 《3D源重構(gòu)中的近場(chǎng)和超近場(chǎng)精度》, IEEE天線和無(wú)線傳播信, pp. 4, 2010年, 第9卷,634-637頁(yè), ISSN: 1536-1225.

　　[10] J. L. A. Quijano, G. Vecchi, 《任意3D表面上的精度改良源重構(gòu)》, IEEE 天線和無(wú)線傳播信, pp. 4, 2009年, 第8卷,1046-1049頁(yè), ISSN: 1536-1225.

　　[11] J. L. Araque, L. Scialacqua, J. Zackrisson, L. J. Foged,M. Sabbadini 和 G. Vecchi, “根據(jù)測(cè)得數(shù)據(jù)基于等效電流重組抑制意外輻射場(chǎng)”, IEEE 天線和無(wú)線傳播信, 2011.

　　[12] J. L. A. Quijano, G. Vecchi, L. Li, M. Sabbadini, L.Scialacqua, B. Bencivenga, F. Mioc, L. J. Foged 《球面近場(chǎng)天線測(cè)量中的3D空間過(guò)濾應(yīng)用》, AMTA 2010 研討會(huì), 10月, 美國(guó)喬治亞洲亞特蘭大.

　　[13] L. Scialacqua, F. Saccardi, L. J. Foged, J. L. Araque Quijano, G. Vecchi, M. Sabbadini, “等效源方法作為天線診斷工具時(shí)的實(shí)際應(yīng)用”, AMTA 研討會(huì)，2011年10月，美國(guó)科羅拉多州恩格爾伍德.

　　[14] J. L. Araque Quijano, L. Scialacqua, J. Zackrisson, L.J. Foged, M. Sabbadini, G. Vecchi “根據(jù)測(cè)得數(shù)據(jù)基于等效電流重組抑制意外輻射場(chǎng)”, IEEE 天線和無(wú)線傳播信,第10卷, 2011年, 314-317頁(yè).

　　[15] L.J. Foged, A. Scannavini, “800MHz至18GHz無(wú)線設(shè)備的高效測(cè)試”, 無(wú)線電工程雜志,第18卷, 4號(hào), 2009年12月.

　　[16] J. E. Hansen (ed.), 球面近場(chǎng)天線測(cè)量, Peter PeregrinusLtd., 代表IEE, 英國(guó)倫敦, 1988年.

　　[17] www.cst.com, CST STUDIO SUITE?, CST AG

　　[18] www.delcross.com/products-savant.php, Delcross

　　[19] www.feko.info, Altair Engineering GmbH

　　[20] www.ansys.com, HFSS, Ansy.

　　[21] www.idscorporation.com/space, ADF, IDS.

　　[22] www.wipl-d.com, WIPL-D, WIPL-D d.o.o.

　　[23] L. J. Foged, F. Mioc, B. Bencivenga, M. Sabbadini,E. Di Giam-paolo, “通過(guò)有限接地平面測(cè)量確定無(wú)限接地平面天線的”,天線和傳播協(xié)會(huì)國(guó)際研討會(huì)APSURSI, 2010年7月11日-17日