MIMO天線系統(tǒng)的CST仿真設(shè)計實例（上）

這兩期我們學(xué)習(xí)一下MIMO系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試。由一個三角型偶極子天線建模開始，到兩個天線位置關(guān)系的對比和調(diào)試，再到四天線MIMO整體調(diào)試。

1.    單天線

用天線模板，然后畫個三角形的二維曲線，參數(shù)化坐標方便以后調(diào)試：

這里Gap=3,  R=1, L1=19.1。將WCS對齊在直角點，畫個半徑為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： 

然后選擇切開的面，Modify face功能將其移開L2=3： 

同理移開另一個面： 

在斜邊上的兩個切面也移開一定距離，用于定義端口：

選擇兩個圓邊，定義端口： 

頻域求解器開始仿真： 

可見目前天線在3.5GHz還算能工作，S11沒有很好，也沒有10dB帶寬。阻抗為26.8歐姆，雖沒有匹配到我們的端口50，但不用擔(dān)心，我們?nèi)匀豢梢杂眠@個設(shè)計學(xué)習(xí)和調(diào)試MIMO系統(tǒng)，因為其他天線加入后仍可再調(diào)匹配。 

可查看頻域自動計算了哪些頻點： 

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，可見此時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, 還是很強的。

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

可見此時ECC=0.0125，我們以這個值為起始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)，詳情見幫助help），所以我們就關(guān)注ECC的值就好了，越低說明兩個天線相關(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MIMO設(shè)計中0.3以下就算不錯了。那么該MIMO系統(tǒng)S21很強，為什么ECC還這么好呢？這要看S參數(shù)如何計算ECC。很多文獻可參考：

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。再看下遠場圖，明顯天線１的遠場不再是偶極子甜甜圈遠場了，收到下面天線的影響。 

其實感興趣的朋友可以手動輸入公式驗證ECC的結(jié)果：

小結(jié)：

本案例學(xué)習(xí)如何參數(shù)化建模，還有從S參數(shù)計算ECC和DG。下期我們再介紹雙天線平行的情況，和四天線的MIMO，以及遠場也能計算ECC和DG。