三角偶极子天线（上）---MIMO 系统, 包络相关系数 ECC 和分集增益 DG

这两期我们学习一下 MIMO 系统设计与调试。由一个三角型偶极子天线建模开始，到两个天线位置关系的对比和调试，再到四天线 MIMO 整体调试。

1.    单天线

用天线模板，然后画个三角形的二维曲线，参数化坐标方便以后调试：

这里 Gap=3,  R=1, L1=19.1。将 WCS 对齐在直角点，画个半径为 R 的圆作为截面。

用 Sweep Curve 功能，先选中 circle1，回车，然后选 polygon1。

然后我们切开直角位置。先将 WCS 旋转至 UV 平面作为切面。

用 UV 平面切割：

然后选择切开的面，Modify face 功能将其移开 L2=3：

同理移开另一个面：

在斜边上的两个切面也移开一定距离，用于定义端口：

选择两个圆边，定义端口：

频域求解器开始仿真：

可见目前天线在 3.5GHz 还算能工作，S11 没有很好，也没有 10dB 带宽。阻抗为 26.8 欧姆，虽没有匹配到我们的端口 50，但不用担心，我们仍然可以用这个设计学习和调试 MIMO 系统，因为其他天线加入后仍可再调匹配。

可查看频域自动计算了哪些频点：

可查看频域网格：

加上背景之后的网格：

2.    双天线---正交型

下面我们看两个天线的情况。首先是端口方向的偶极子主干相互正交的情况，也就是复制天线和端口，旋转 90 度：

再次仿真，可见此时 S11 变好，Z11 变好，匹配变好，带宽也很宽，深感庆幸~

多天线就可以看互偶了，S21=-4.3dB, 还是很强的。

下面我们看一下 MIMO 的表现，添加两个后处理，分别用 S 参数计算包络相关系数（Envelope Correlation Coefficient，简称 ECC）和分集增益（Diversity Gain，简称 DG）。

可见此时 ECC=0.0125，我们以这个值为起始 MIMO 系统的参考表现。由于 DG 是直接从 ECC 得出的，（DG=10*sqrt(1-ECC)，详情见帮助 help），所以我们就关注 ECC 的值就好了，越低说明两个天线相关性越低，MIMO 系统越好。

目前 ECC=0.0125 已经非常好了，现实 MIMO 设计中 0.3 以下就算不错了。那么该 MIMO 系统 S21 很强，为什么 ECC 还这么好呢？这要看 S 参数如何计算 ECC。很多文献可参考：

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

所以根据定义，虽然 S21 不够好，只要匹配的好，ECC 仍然可以很低。再看下远场图，明显天线１的远场不再是偶极子甜甜圈远场了，收到下面天线的影响。

其实感兴趣的朋友可以手动输入公式验证 ECC 的结果： 

小结：

本案例学习如何参数化建模，还有从 S 参数计算 ECC 和 DG。下期我们再介绍双天线平行的情况，和四天线的 MIMO，以及远场也能计算 ECC 和 DG。

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