CST联合Isight进行天线的DOE设计

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天线的几何参数变化对其电气性能的影响可以通过Design of Experiments（DOE）来进行实现。Design of Experiments是描述和解释特性过程因果关系的系统程序。其可以将输入对输出响应的影响进行排列、对输入改变的响应敏感性进行捕获、识别参数的相互作用，最后可以得出最佳的设计参数。这种方式的工作流程分为四个步骤，所用软件及流程如下图所示。

Step1 天线结构设计

从设计流程中可以看出，首先需要在CST STUDIO STITE软件中的天线设计模块Antenna Magus中进行天线的设计。由于Antenna Magus在template library中有相当多的模板可供选择，这使得设计者可通过关键词进行模板的选择，减少建模的时间。在本例中，通过关键词“Dual band”、“Monopole”与“Printed”过滤模板库，将平面T形单极天线进行添加到**中，然后在该模板中进行操作。由于该模板中包括了各种GSM、WLAN和LTE频段的静态设计，所以使得设计更加简便，在本设计中选择GSM-1800频段的设计，之后可获得天线的结构参数。

Step2 在CST中进行设置

将Antenna Magus中的天线导出到CST中，进行设计参数的设置，在本例中，可以变化的参数有3个长度和7个宽度，对2个谐振频率，相应的带宽和辐射效率这6个优化目标进行优化。如下图所示。

其中谐振频率和相应的带宽都可以通过S参数的结果进行读取，并进行后处理的设置，如下图。

使用瞬态远场结果来获得辐射效率，下图为瞬态远场结果的设置及获得的谐振频率处的效率。

经过上述后处理的操作，可将其与Isight进行连接完成后续的操作。上述分析的两个谐振频率，相应的带宽及辐射效率，分别是第1行，第2行，第10行，第11行，第12行，第13行。

Step3 在Isight中的设置

选择DOE模块进行与CST的连接，如下图所示。

在CST块的设置中的Parameters选项下，选择CST项目文件，并将所有相关参数添加到Isight参数列表中。另外，确保在Execution选项卡中选择正确的CST可执行文件，如下图步骤3所示，在DOE块的设置中，选择所有输入参数并为其指定+/- 10％的变化，如下图步骤4所示，最后，在后处理选项卡中，选择所有输出参数，如图步骤5所示。

在DOE块设置的General选项中，输入150点，如下图步骤6所示。样本量越大，相关信息越准确。此外，可以在Design Matrix选项卡中查看所有参数组合，如下图步骤7所示。

设置完成后，可开始进行试验，��择运行按钮以开始实验设计，如下图所示。

Isight现在使用我们设置的150个参数组合来运行CST项目。默认情况下，运行本身在计算机上的临时文件夹中进行。同样默认情况下，单独运行后，所有模拟文件都将被删除（如果需要，可以更改设置）。完成所有运行后，Isight将显示仿真历史记录。有时，一些极端参数组合会导致无法模拟且不切实际的设计（请参见下面的红色条目）。如果只有几次不成功的运行，我们可以简单地将它们从后处理中排除。

接下来，在Data Analysis选项下的Correlation Table可以查看输入输出相关性的信息，如下图所示。

我们将着重介绍线性相关性。我们将从系数的颜色和符号指示关系是正向还是反向，颜色强度与系数的绝对值指示关系的强弱来得出一些结论。下图可见，谐振频率1主要受长度1和宽度1的影响且成负相关。另一方面，谐振频率2与长度1和宽度1的关系是正向的。为了优化这两个谐振频率，长度1和宽度1需要再权衡。如下图所示。

如下图所示的长度1和宽度1这两个参数同时也会影响谐振频率1的带宽。查看谐振2的带宽，我们可以看到四个参数之间存在复杂的关系。其中长度3的影响最大。

如下图所示的谐振频率1的辐射效率主要受宽度1的影响，而对于谐振频率2的辐射效率，两个参数的影响则显得更加平衡。

如下图所示的宽度2到7几乎不会影响任何孤立的参数。尽管我们尚未对此结论进行孤立，但它们可能会影响其他变量。或者可能是它们的变化范围不够大。

在Data Analysis下的EDM选项卡中，Isight将显示所有参数值的历史记录，如下图所示。

至于输入参数（设计矩阵），从下图我们看到它们分布良好。

但是，在显示输出参数的图中，我们可以看到分布较不均匀的值。虽然我们选择的输入参数会显着影响带宽，而辐射效率适中，但它们似乎只会稍微改变谐振频率。潜在的原因是初始参数变化10％不够大，或者还有一些其他设计参数尚未孤立，这些设计参数对谐振频率的影响更大。

至此，在Antenna Magus中完成了一个复杂的双频（GSM和WLAN）天线的设计，并获得了一个可参数化的现成仿真项目。接着将设计导出到CST中进行全面的全波分析，最后使用Isight确定了天线设计的因果关系。所有工具都提供了极大的灵活性，互连性，并且当组合使用时，可以以高度复杂的方式完成任务。通过提出的工作流程，我们获得了宝贵的设计经验，如果我们使用常规方法，则将需要更加费力的方法。