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天线仿真常识

1、dBm
 dBm是一个考征功率绝对值的值,计算公式为:10lg(功率值/1mw)。
[例1] 如果发射功率P为1mw,折算为dBm后为0dBm。
[例2] 对于40W的功率,按dBm单位进行折算后的值应为:
10lg(40W/1mw)=10lg(40000)=10lg4+10lg10+10lg1000=46dBm。

2、dBi 和dBd
dBi和dBd是考征增益的值(功率增益),两者都是一个相对值,
但参考基准不一样。dBi的参考基准为全方向性天线,dBd的参考基准为偶极子,
所以两者略有不同。一般认为,表示同一个增益,用dBi表示出来比用dBd表示出
来要大2. 15。
[例3] 对于一面增益为16dBd的天线,其增益折算成单位为dBi时,则为18.15dBi
(一般忽略小数位,为18dBi)。
[例4] 0dBd=2.15dBi。
[例5] GSM900天线增益可以为13dBd(15dBi),GSM1800天线增益可以为
15dBd(17dBi)。
3、dB
dB是一个表征相对值的值,当考虑甲的功率相比于乙功率大或小多少个dB时,
按下面计算公式:10lg(甲功率/乙功率)
[例6] 甲功率比乙功率大一倍,那么10lg(甲功率/乙功率)=10lg2=3dB。
也就是说,甲的功率比乙的功率大3 dB。
[例7] 7/8 英寸GSM900馈线的100米传输损耗约为3.9dB。
[例8] 如果甲的功率为46dBm,乙的功率为40dBm,则可以说,甲比乙大6 dB。
[例9] 如果甲天线为12dBd,乙天线为14dBd,可以说甲比乙小2 dB。
4、dBc
有时也会看到dBc,它也是一个表示功率相对值的单位,与dB的计算方法完全一样。
一般来说,dBc 是相对于载波(Carrier)功率而言,在许多情况下,用来度量与
载波功率的相对值,如用来度量干扰(同频干扰、互调干扰、交调干扰、带外干扰等)以及耦合、杂散等的相对量值。

在采用dBc的地方,原则上也可以使用dB替代。

搞无线和通信经常要碰到的dBm, dBi, dBd, dB, dBc



不大的天线设计用有限元的HFSS比较好,大的天线用矩量法的FEKO比较好。

soft HFSS、Designer、Emsenble。ansoft一贯使用FEM(有限元法),HFSS在中国大陆有绝对的市场份额。一直被大家认为电小不错,电大不行。一年一来一直致力于推翻大家这种印象。终端仿真里面面,我们认为网络参数相对还是比较正确的,但是场参数有时候就不是那么令人满意了。例如,建模一个dipole,在大部分关键的己方加了很多人工干预网哥划分,但是,增益和pattern的波束角宽都差挺多的。手机天线仿真经常是百分之一百零几的效率。在9.1版里results里就不得不多加了realized gain这个选项,把gain这个选项的值打个折扣给你:)

CST的Microwave Studio,

一直大家一位是fdtd,其实它是时域积分法(FITD),当然其实不是原则上的不同。和FEM方法不同,FDTD或者FITD都是先在时域计算,用一个宽频谱的激励信号(方波或者高斯波都有)去激励模型,在时域计算然后去反演到频域。系统的网络参数和场参数基本上是反演后的得到的。特点是可以计算相当大的带宽结果,而不需要象用ansoft,可能要把大带宽分割后分别仿真。CST计算过程中,由于没有FEM计算过程中矩阵求逆过程,计算时间和网格数成线性增长关系,而FEM的是指数增长关系。CST的MWS从4.3版起,开始有了大小网格嵌套技术,在曲面上细化六面体网格逼进曲面。这是其它FDTD套件所没有的。CST的MWS最大的问题是不象ansoft的那么傻瓜化,很多参数即使看了help也不是很能让人理解。如果很深入了解MWS内部细节,估计可以一次性不用收敛做出完美的仿真。我们曾经用完全相同的模型分别在ansoft和CST运行,结果双频天线CST结果低频比ansoft结果高。而高频又比ansoft结果低。但是场参数就可靠得多了,一个加上塑胶外壳参数、电池、屏蔽罩等器件的模型,天线在谐振点就是比较真实的百分之四、五十。韩国都用CST,没有什么人用ansoft。

Zeland IE3D,矩量法(MoM)。IE3D可能是最好的商业MoM套件。MoM原理相对简单,且计算速度极快。IE3D比较适合2.5维情形,例如算算PCB或者微带天线比较合适,算复杂3D结构力不从心。但是,手机PIFA的计算就比较适合用IE3D。不是用于做天线项目仿真,而是用于研究天线的基本特征,天线和PCB如何相互耦合、PCB上激发的表面电流走向等原型阶段的预研

Zeland Fidelity,FDTD法,相比IE3D名气小,用的人也不多。没有CST大小网格嵌套。这里补充一句,所有的FDTD套件都是采用PML方法的。
XFDTD,有名的FDTD套件。经常和很多测试SAR的硬件系统联系在一起,在加载人体电磁模型后可以计算SAR值。缺点是天线Pattern没有3D显示,只有2D截面。这个缺点最好能在新版本中改进。

SemCAD,也是FDTD套件。没有比XFDTD等有太多优势,也有被用来计算SAR的。好像也有用来作系统EMC计算。

IMST Empire,FDTD套件。非常优秀的高频电磁场套件,德国人的东西。获得欧洲多次仿真大赛的优胜,仿真题目是一个Vivalti天线,速度最快,又最准确。但是正如德国人的问题,好是好,但又有太过明显缺陷。建模法实在是太复杂了,我学了三次都没有真正学会。最后没有时间只好放弃。

FEKO,用Ansys接口的软件,使用混和MoM,多层快速多极子(这个我只知道名称了),几何光学和射线追踪法等,可以计算非常复杂的3D结构和环境,擅长电大尺寸。常被用做飞机

电磁性能的建模和仿真。

Sonnet,MoM方法。这个就不太熟了。

SuperNEC,MoM法,要使用MatLab平台。这个会限制它的计算速度,因为MatLab是行解释型的,代码不编译。

ADF-EMS,才听说的软件套件。意大利公司的产品,以前是对中国禁运的软件。据说是因为太专业太有用了,是航天器卫星、兵器等电磁仿真的利器。现在正在逐步对中国企业开放。但是如果是研究所或者国营机构去买,也还是不卖。报价是ansoft等套件的10倍以上。

Aplac,据说Nokia公司的人用这个作电磁场仿真。只是接触过他们的一个Sales,看过一点资料,主要是电路和系统级的。电磁场模块fdtd的,建模巨复杂。其它的都不清楚。

CFDTD,全名Conformal FDTD,中国人编的商业套件。据说业界还有好评。但是看来商业做得不好,网上后来就没有再见消息。特色不用说,肯定是conformal啦,现在谁能对金属曲面边界做好conformal meshing的就是好计算方法了。

就知道这么多了。其实对于终端天线仿真,有一个FEM+FDTD+MoM的组合最好。但是产品项目是真没有必要和时间去做了,除非有重大意义或很多时间。

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