MVG的Insight软件白皮书2016

　　验证测试 [情景/结构]

　　验证结构包含水平结构上的嵌装式单极锥( MVG SMC2200) 天线。已选择一块 30 x 60 cm的接地板作为初始验证情景，从而最大程度地减少不与测量/模拟链接的验证直接相关的错误(参见图10)。单极锥天线有一个低指向辐射图形，该图形带有与接地板正交的极化[1-6]，引起接地板的相关互动。

　　源天线安装在距离最近边缘1.5l 和 2l 的接地板角落中(在验证频率下)。图10所示的是MVG StarLab 18GHz 球形近场多探针系统测量期间的验证结构。

　　图10、长方形接地板验证结构-测量MVG StarLab 18 GHz 中的 SMC2200单极锥天线。

　　使用近场源的模拟

　　嵌装应用中源天线EQC表述评估的复杂程度远高于从可能是散射源的结构(本文中指接地板)中分离的源模型评估。散射结构的相近性修改天线上的电流分配。无限接地平面边界条件充分接近正确边界条件;但这不能在实际测量情景中直接获得。可根据安装在有限接地平面上的源天线测量以及测量后处理模拟这一条件 [1-5]。图11所示的是测量设置。

　　图11、MVG SL18GHz 球形近场多探针系统有限接地板上的单极锥天线测量

　　测得数据的后处理会消除创建目标无限接地平面边界条件的有限接地平面边缘的衍射影响[23]。对于大部分源天线测量而言，直径2l以上的圆形接地平面已足够。图12所示的便是这一过程。

　　图12、INSIGHT中MVG对测得数据的后处理，可消除创建目标无线接地平面边界条件的有限接地平面边缘的衍射影响 [23]。

　　在验证示例中，已对位于直径7l (在测试频率 5.28 GHz下) 圆形接地平面上的天线进行了测量。在后处理后，为了消除边缘衍射，使用INSIGHT等效电流技术创建3D电磁模型。

　　图13、最终情景中近场源的准备和部署。

　　应注意的是，由于对无限接地平面条件进行了假设，一开始将源天线图像加入到等效电流计算，然后在确定测得源的等效黑盒表述时消除。

　　结果

　　将测得的单极锥天线作为灯箱黑盒计算并且导入到CEM模拟软件得到单极锥天线在完整测试情景(设置在图10中的长方形板上)中的最终图形。表1所示的是带单极锥天线的长方形板在5.28 GHz频率下测得和模拟的峰值方向性。" MEAS " 是标准测量。已使用同一惠更斯盒通过不同的CEM工具计算模拟结果[17-22]。可以看到测量结果和模拟结果非常一致。

　　表I、峰值方向性， 5.28 GHz –长方形板上的 SMC2200

　　图14所示的是被测频率下主切面的方向性辐射图形。尽管因馈波表述和测量、制造与模拟所引起的不确定性而产生近似值，模拟和测量之间仍保持非常高的一致性。

　　图14、长方形板上SMC2200单极锥天线方向性图形，频率5.28 GHz;Φ=0° 平面 (上)，Φ=90° 平面 (下)。使用测得的来源进行测量和模拟：CST [17]、Savant[18]、FEKO [19]、HFSS [20]、 ADF [21]、WIPL-D[22]。

　　根据测得的和模拟的场之间的加权差[5]，已对因测量和模拟之间的关联而产生的链接有效性进行了评估。测得的远场作为参照场。图15所示的是Φ = 0°和Φ= 90°下前半球中带有测得图形的各模拟工具的加权差重叠。

　　图15、模拟和测量的加权差，Φ=90° 平面。使用测得源进行模拟： CST[17]、Savant[18]、FEKO[19]、HFSS[20]、ADF[21]、WIPL-D [22]。

　　已计算加权差的中间值，该中间值表示表II所示的单一值中的关联。

　　表II、测量长方形板上单极锥天线SMC2200的加权均数差

　　模拟和测量之间的平均关联为约30 dB，这与从天线传统全波模拟中获得的结构相近。

　　这一积极的结果确认了技术的精度和有效性以及测量与CEM模拟工具之间的链接。

　　结论

　　在诸多复杂天线情景的实际电磁分析中，物理天线的全波表述无法提供用于部分计算电磁学(CEM)工具所要求的格式，尤其是当第三方提供天线和/或天线受知识产权保护时。

　　在这些情况中必须进行测量和模拟。拟定的解决方案植根于域分解技术并且测量隔离环境中物理天线的辐射图形，从而创建可以导入到商业CEM模拟工具的等效表述。该技术的主要优势在于在所采取的工作流程中无需对源文件进行额外的修改。因此，EQC模型可以用作多种和/或复杂模拟情景中的近场源。

　　这一被测源天线的等效模型基于黑盒理论并且包含一个EQC表述，形式为基于惠更斯等式的等效黑盒。使用反源法由MVG软件INSIGHT创建这一表述。如今，INSIGHT能够将EQC模型导出至多个CEM解算器：CST[17]、Savant[18]、FEKO[19]、HFSS[20]、ADF[21]、 WIPL-D[22]。

　　已验证测量和模拟之间的链接，从而证明了测得的近场源表述的精度及其在不同CEM工具和数字方法中的应用。该结果展示了该链接能够非常有效地确定多种复杂情景中的天线的特性。

　　这项技术的实际用途在于能够非常灵活地测试大型或复杂设备，尤其是在源天线特性未知的情况下。这是天线设计师工具包中的一件实用工具并且在面对因全球电子化程度与日俱增所产生的测试要求时能够顺利地实现这一用途。

　　·Lars Jacob Foged, MVG

　　·Lucia Scialacqua, MVG

　　参考资料

　　[1] L. J. Foged, L. Scialacqua, F. Saccardi, F. Mioc, D.Tallini, E. Leroux, U. Becker, J. L. Araque Quijano, G.Vecchi, “集成数字模拟和天线测量”, IEEE天线和传播协会国际研讨会, 2014年7月6日-11日

　　[2] L. J. Foged, L. Scialacqua, F. Saccardi, F. Mioc “通过测量增强棘手天线的数字模拟”, 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, “基于精确被测源表述和数字工具的天线部署”, IEEE天线和传播协会国际研讨会,2015年7月19日-24日

　　[4] L.J. Foged, L. Scialacqua, F. Saccardi, F. Mioc, Morten Sørensen, G. Vecchi. J. L. Araque Quijano,使用被测场作为计算电磁学的场源”，第37届天线测量技术协会年度研讨会, AMTA, 2015年10月, 美国加利福尼亚州长滩

　　[5] L.J. Foged, L. Scialacqua, F. Saccardi, F. Mioc,“ 计算电磁学解算器嵌装天线的被测天线表述” ,EUCAP 2016, 2016年4月10日-15日, 瑞士达沃斯[6] C. A. Balanis, 高级工程电子学, 纽约: John Wiley &Sons, Inc., 1989年, 第7章

　　[7] INSIGHT 网站: http://www.mvg-world.com/en/products/field_product_family/antenna-measurement-2/insight

　　[8] J. L. A. Quijano, G. Vecchi, 《3D表面上源重构中的场和源等效》, 电磁波(PIER), 2010年, 第103卷, 第67-100页,ISSN: 1559-8985.

　　[9] J. L. A. Quijano, G. Vecchi, 《3D源重构中的近场和超近场精度》, IEEE天线和无线传播信, pp. 4, 2010年, 第9卷,634-637页, ISSN: 1536-1225.

　　[10] J. L. A. Quijano, G. Vecchi, 《任意3D表面上的精度改良源重构》, IEEE 天线和无线传播信, pp. 4, 2009年, 第8卷,1046-1049页, ISSN: 1536-1225.

　　[11] J. L. Araque, L. Scialacqua, J. Zackrisson, L. J. Foged,M. Sabbadini 和 G. Vecchi, “根据测得数据基于等效电流重组抑制意外辐射场”, IEEE 天线和无线传播信, 2011.

　　[12] J. L. A. Quijano, G. Vecchi, L. Li, M. Sabbadini, L.Scialacqua, B. Bencivenga, F. Mioc, L. J. Foged 《球面近场天线测量中的3D空间过滤应用》, AMTA 2010 研讨会, 10月, 美国乔治亚洲亚特兰大.

　　[13] L. Scialacqua, F. Saccardi, L. J. Foged, J. L. Araque Quijano, G. Vecchi, M. Sabbadini, “等效源方法作为天线诊断工具时的实际应用”, AMTA 研讨会，2011年10月，美国科罗拉多州恩格尔伍德.

　　[14] J. L. Araque Quijano, L. Scialacqua, J. Zackrisson, L.J. Foged, M. Sabbadini, G. Vecchi “根据测得数据基于等效电流重组抑制意外辐射场”, IEEE 天线和无线传播信,第10卷, 2011年, 314-317页.

　　[15] L.J. Foged, A. Scannavini, “800MHz至18GHz无线设备的高效测试”, 无线电工程杂志,第18卷, 4号, 2009年12月.

　　[16] J. E. Hansen (ed.), 球面近场天线测量, Peter PeregrinusLtd., 代表IEE, 英国伦敦, 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, “通过有限接地平面测量确定无限接地平面天线的”,天线和传播协会国际研讨会APSURSI, 2010年7月11日-17日