驗證測試 [情景/結構]

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

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

　　圖10、長方形接地板驗證結構-測量MVG StarLab 18 GHz 中的 SMC2200單極錐天線。

　　使用近場源的模擬

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

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

　　測得數(shù)據(jù)的后處理會消除創(chuàng)建目標無限接地平面邊界條件的有限接地平面邊緣的衍射影響[23]。對于大部分源天線測量而言，直徑2l以上的圓形接地平面已足夠。圖12所示的便是這一過程。

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

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

　　圖13、最終情景中近場源的準備和部署。

　　應注意的是，由于對無限接地平面條件進行了假設，一開始將源天線圖像加入到等效電流計算，然后在確定測得源的等效黑盒表述時消除。

　　結果

　　將測得的單極錐天線作為燈箱黑盒計算并且導入到CEM模擬軟件得到單極錐天線在完整測試情景(設置在圖10中的長方形板上)中的最終圖形。表1所示的是帶單極錐天線的長方形板在5.28 GHz頻率下測得和模擬的峰值方向性。" MEAS " 是標準測量。已使用同一惠更斯盒通過不同的CEM工具計算模擬結果[17-22]?？梢钥吹綔y量結果和模擬結果非常一致。

　　表I、峰值方向性， 5.28 GHz –長方形板上的 SMC2200

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

　　圖14、長方形板上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)。使用測得的來源進行測量和模擬：CST [17]、Savant[18]、FEKO [19]、HFSS [20]、 ADF [21]、WIPL-D[22]。

　　根據(jù)測得的和模擬的場之間的加權差[5]，已對因測量和模擬之間的關聯(lián)而產(chǎn)生的鏈接有效性進行了評估。測得的遠場作為參照場。圖15所示的是Φ = 0°和Φ= 90°下前半球中帶有測得圖形的各模擬工具的加權差重疊。

　　圖15、模擬和測量的加權差，Φ=90° 平面。使用測得源進行模擬： CST[17]、Savant[18]、FEKO[19]、HFSS[20]、ADF[21]、WIPL-D [22]。

　　已計算加權差的中間值，該中間值表示表II所示的單一值中的關聯(lián)。

　　表II、測量長方形板上單極錐天線SMC2200的加權均數(shù)差

　　模擬和測量之間的平均關聯(lián)為約30 dB，這與從天線傳統(tǒng)全波模擬中獲得的結構相近。

　　這一積極的結果確認了技術的精度和有效性以及測量與CEM模擬工具之間的鏈接。

　　結論

　　在諸多復雜天線情景的實際電磁分析中，物理天線的全波表述無法提供用于部分計算電磁學(CEM)工具所要求的格式，尤其是當?shù)谌教峁┨炀€和/或天線受知識產(chǎn)權保護時。

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

　　這一被測源天線的等效模型基于黑盒理論并且包含一個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模型導出至多個CEM解算器：CST[17]、Savant[18]、FEKO[19]、HFSS[20]、ADF[21]、 WIPL-D[22]。

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

　　這項技術的實際用途在于能夠非常靈活地測試大型或復雜設備，尤其是在源天線特性未知的情況下。這是天線設計師工具包中的一件實用工具并且在面對因全球電子化程度與日俱增所產(chǎn)生的測試要求時能夠順利地實現(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)字模擬和天線測量”, IEEE天線和傳播協(xié)會國際研討會, 2014年7月6日-11日

　　[2] L. J. Foged, L. Scialacqua, F. Saccardi, F. Mioc “通過測量增強棘手天線的數(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, “基于精確被測源表述和數(shù)字工具的天線部署”, IEEE天線和傳播協(xié)會國際研討會,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,使用被測場作為計算電磁學的場源”，第37屆天線測量技術協(xié)會年度研討會, AMTA, 2015年10月, 美國加利福尼亞州長灘

　　[5] L.J. Foged, L. Scialacqua, F. Saccardi, F. Mioc,“ 計算電磁學解算器嵌裝天線的被測天線表述” ,EUCAP 2016, 2016年4月10日-15日, 瑞士達沃斯[6] C. A. Balanis, 高級工程電子學, 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表面上源重構中的場和源等效》, 電磁波(PIER), 2010年, 第103卷, 第67-100頁,ISSN: 1559-8985.

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

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

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

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　　[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的實際應用”, AMTA 研討會，2011年10月，美國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)測得數(shù)據(jù)基于等效電流重組抑制意外輻射場”, IEEE 天線和無線傳播信,第10卷, 2011年, 314-317頁.

　　[15] L.J. Foged, A. Scannavini, “800MHz至18GHz無線設備的高效測試”, 無線電工程雜志,第18卷, 4號, 2009年12月.

　　[16] J. E. Hansen (ed.), 球面近場天線測量, Peter PeregrinusLtd., 代表IEE, 英國倫敦, 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, “通過有限接地平面測量確定無限接地平面天線的”,天線和傳播協(xié)會國際研討會APSURSI, 2010年7月11日-17日