MIMO天線系統(tǒng)的CST仿真設(shè)計(jì)實(shí)例（上）

來(lái)源：CST仿真專家之路更新時(shí)間：2024-06-23 閱讀：

這兩期我們學(xué)習(xí)一下MIMO系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試。由一個(gè)三角型偶極子天線建模開(kāi)始，到兩個(gè)天線位置關(guān)系的對(duì)比和調(diào)試，再到四天線MIMO整體調(diào)試。

1. 單天線

用天線模板，然后畫個(gè)三角形的二維曲線，參數(shù)化坐標(biāo)方便以后調(diào)試：

這里Gap=3, R=1, L1=19.1。將WCS對(duì)齊在直角點(diǎn)，畫個(gè)半徑為R的圓作為截面。

用Sweep Curve功能，先選中circle1，回車，然后選polygon1。

然后我們切開(kāi)直角位置。先將WCS旋轉(zhuǎn)至UV平面作為切面。

用UV平面切割：

然后選擇切開(kāi)的面，Modify face功能將其移開(kāi)L2=3：

同理移開(kāi)另一個(gè)面：

在斜邊上的兩個(gè)切面也移開(kāi)一定距離，用于定義端口：

選擇兩個(gè)圓邊，定義端口：

頻域求解器開(kāi)始仿真：

可見(jiàn)目前天線在3.5GHz還算能工作，S11沒(méi)有很好，也沒(méi)有10dB帶寬。阻抗為26.8歐姆，雖沒(méi)有匹配到我們的端口50，但不用擔(dān)心，我們?nèi)匀豢梢杂眠@個(gè)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)和調(diào)試MIMO系統(tǒng)，因?yàn)槠渌炀€加入后仍可再調(diào)匹配。

可查看頻域自動(dòng)計(jì)算了哪些頻點(diǎn)：

可查看頻域網(wǎng)格：

加上背景之后的網(wǎng)格：

2. 雙天線---正交型

下面我們看兩個(gè)天線的情況。首先是端口方向的偶極子主干相互正交的情況，也就是復(fù)制天線和端口，旋轉(zhuǎn)90度：

再次仿真，可見(jiàn)此時(shí)S11變好，Z11變好，匹配變好，帶寬也很寬，深感慶幸~

多天線就可以看互偶了，S21=-4.3dB, 還是很強(qiáng)的。

下面我們看一下MIMO的表現(xiàn)，添加兩個(gè)后處理，分別用S參數(shù)計(jì)算包絡(luò)相關(guān)系數(shù)（Envelope Correlation Coefficient，簡(jiǎn)稱ECC）和分集增益（Diversity Gain，簡(jiǎn)稱DG）。

可見(jiàn)此時(shí)ECC=0.0125，我們以這個(gè)值為起始MIMO系統(tǒng)的參考表現(xiàn)。由于DG是直接從ECC得出的，（DG=10*sqrt(1-ECC)，詳情見(jiàn)幫助help），所以我們就關(guān)注ECC的值就好了，越低說(shuō)明兩個(gè)天線相關(guān)性越低，MIMO系統(tǒng)越好。

目前ECC=0.0125已經(jīng)非常好了，現(xiàn)實(shí)MIMO設(shè)計(jì)中0.3以下就算不錯(cuò)了。那么該MIMO系統(tǒng)S21很強(qiáng)，為什么ECC還這么好呢？這要看S參數(shù)如何計(jì)算ECC。很多文獻(xiàn)可參考：

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

所以根據(jù)定義，雖然S21不夠好，只要匹配的好，ECC仍然可以很低。再看下遠(yuǎn)場(chǎng)圖，明顯天線１的遠(yuǎn)場(chǎng)不再是偶極子甜甜圈遠(yuǎn)場(chǎng)了，收到下面天線的影響。