Effiziente Verfahren zur Berechnung konformer Multilayerstrukturen

Abstract

Streifenleitungsantennen sind zur formschlüssigen Integration in die Oberfläche von Fahrzeugen und Flugzeugen besonders geeignet, da sie sich flexibel an nahezu beliebige Strukturen anpassen lassen. Zusammen mit den Speisenetzwerken bestehen sie aus mehreren zumeist sehr dünnen Schichten und lassen sich daher mit den derzeit verfügbaren kommerziellen 3D-Simulationswerkzeugen (Ansoft HFSS, CST Microwave Studio, FEKO, …) nur schwer berechnen. Zum Entwurf und zur Optimierung dieser konformen Multilayerstrukturen wurden in der Antennengruppe des Instituts für Kommunikation und Navigation des DLR verschiedene Rechenverfahren entwickelt, die besonders an das Merkmal der Schichtung angepasst sind. Für Multilayer, deren Schichtgrenzen entlang von Koordinatenlinien verlaufen (z.Zt. planare, zylindrische und hemisphärische Koordinatensysteme) wird ein Integralgleichungsverfahren verwendet, wobei die Integralgleichung im Spektralbereich mit der Momentenmethode gelöst wird. Beliebig gekrümmte Schichten (quasi-planar, quasi-zylindrisch etc.) werden mit der Discrete-Mode-Matching-Methode (DMM) berechnet. Hierbei werden in der Koordinatenrichtung senkrecht zur Schichtung die analytischen Lösungen der Wellengleichung verwendet, was besonders bei dünnen Schichten ein großer Vorteil dieses Verfahrens ist. Sowohl für das Integralgleichungsverfahren als auch für DMM wurde eine allgemeine, vom jeweiligen Koordinatensystem unabhängige Darstellung der geschichteten Struktur durch eine Ersatzschaltung entwickelt. Damit lassen sich Antennen in Multilayer-Technologie mit zahlreichen Schichten auf einfache Weise systematisch analysieren. In diesem Beitrag werden die Grundlagen der Verfahren vorgestellt und ihre Anwendung anhand verschiedener Beispiele demonstriert.