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使用 Altair FEKO 电磁仿真技术实现宽带薄型天线的高效设计程序

技术

网络与连接 - 5G
机器人 - 自动导引车 (AGV)

适用行业

汽车
电网

适用功能

产品研发

用例

车辆性能监测
虚拟现实

关于客户

科罗拉多大学博尔德分校的天线研究小组 (ARG) 是一个领先的研究中心，位于电气、计算机和能源工程系。 ARG致力于天线理论和设计的研究，重点是电子小型天线、同步发射和接收技术以及用于电子攻击、电子支持和通信的宽带微波和毫米波天线的应用。在 Dejan Filipovic 博士的指导下，ARG 团队设计并交付了许多工作频率低至 2 MHz 和高至 220 THz 的宽带和窄带天线系统。科罗拉多大学博尔德分校的 ARG 致力于天线研究和设计已有 15 年的历史。研究组现有博士后研究员8人，博士生14人，本科生研究生2人，研究管理人员2人。迄今为止，该小组已发表超过 225 篇经过同行评审的期刊出版物、会议论文、短期课程和教程。

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挑战

科罗拉多大学博尔德分校的天线研究小组 (ARG) 的任务是评估车辆底部，作为安装高频 VHF 天线系统的更传统天线放置位置的替代方案。面临的挑战是开发一种程序来评估军用车辆底部放置 HF-VHF 天线的可行性。许多军用和商用车辆平台的各种应用通常需要薄型隐藏式天线。然而，这些高天线增加了车辆的垂直间隙并构成易于识别的视觉特征，这是不期望的。车辆底部可以被认为是一个可行的隐藏替代场所，因为它提供了足够的空间来避免天线极端小型化。面临的挑战是评估和比较不同车辆位置的天线的传播损耗。

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解决方案

解决方案是应用 FEKO 电磁场仿真方法来评估底部放置天线的性能。数值研究是用车辆模型进行的。假设全金属结构是完美的电导体，而天线源近似为放置在距离车辆表面 0.05 m 处的顶部和底部位置的赫兹电偶极子。 FEKO 通过代码中实现的索末菲积分来计算接地损耗。考虑了三种类型的地面，包括干沙、沥青和湿土。 ARG 项目团队严重依赖 FEKO 结果来验证其传播损耗计算的分析程序，然后使用开发的 FEKO 模型准确确定各种天线/平台系统的影响范围。从全向性、效率和传播损耗方面评估了不同位置的车载天线的性能。

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运营影响

The application of FEKO electromagnetic field simulation methods provided a comprehensive solution to the challenge of assessing bottom placement antenna performance. The numerical study conducted with the vehicle model allowed for accurate approximation of antenna sources and accounted for ground loss. The ARG project team was able to heavily rely on FEKO results to validate their analytical procedure for the propagation loss calculations and then use the developed FEKO models to accurately determine impact ranges for various antenna/platform systems. The performance of the vehicle mounted antennas at various locations was evaluated in terms of omnidirectionality, efficiency, and propagation loss. This study showed that propagation loss upper bound for bottom, top, and rear antenna source placements are comparable at most frequencies below 100 MHz and at distances less than 10 m. Thus, bottom-side located antennas can be considered as an alternative to conventionally used positions.

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数量效益

FEKO-based computational studies can be applied to accurately and efficiently assess antenna system mounting location in terms of omni-directionality, efficiency, and propagation loss.
FEKO electromagnetic modeling capability accounts for all of these needed effects.
FEKO accounts for the ground loss by means of Sommerfeld integrals implemented in the code.

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