一、概述

　　不斷提高通信系統(tǒng)的通信容量和質(zhì)量，是無(wú)線通信的永恒主題。隨著無(wú)線通信技術(shù)的迅速發(fā)展，人們對(duì)天線的設(shè)計(jì)提出了越來(lái)越多的要求。采用超寬帶（UWB）技術(shù)和多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)在提高數(shù)據(jù)傳輸率方面具有極大的潛力，MIMO技術(shù)能夠提高通信系統(tǒng)的信噪比，提高信道容量及抑制信道衰落，對(duì)于移動(dòng)設(shè)備來(lái)說(shuō)，需要多單元集成在一起，以減小整個(gè)天線的尺寸，就要求MIMO多天線單元之間的互耦較低，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)各路信號(hào)之間的低相關(guān)性。采用基于矩量法的特征模技術(shù)是一種最佳的選擇。

　　特征模分析方法是近年來(lái)興起的一種分析方法，它是應(yīng)用較為廣泛的矩量法結(jié)合解析本征模理論求解電磁問(wèn)題的一類新方法。它為天線設(shè)計(jì)者提供了一種最佳的天線設(shè)計(jì)手段，有助于天線設(shè)計(jì)師了解天線的工作機(jī)理。利用分析得到的不同模式信息，掌握其諧振特性以及不同模式的輻射特性等，借助于不同模式特征電流的分布來(lái)選擇最佳的饋電位置以激發(fā)出需要的模式，也有助于指導(dǎo)設(shè)計(jì)師對(duì)天線進(jìn)行開槽來(lái)微調(diào)其諧振位置。本文采用FEKO V14版本的特征模分析工具仿真了幾種常用天線形式的特征模參數(shù)。模式方法為任意復(fù)雜形狀的電磁問(wèn)題定義了一系列與解析法類似的本征模式，這些模式可描述電磁問(wèn)題的本征特性，且模式之間具有正交特性，本征值的大小直接決定了該模式對(duì)電磁問(wèn)題參量的貢獻(xiàn)大小。它使得矩量法有了更為清晰的物理景象，天線設(shè)計(jì)者可以利用模式分析提供的信息，更深入地理解天線的工作原理，設(shè)計(jì)出性能最優(yōu)的天線，甚至設(shè)計(jì)新的天線形式。

　　二、原理

　　特征模理論最初由Garbacz在1968年他的博士論文中提出，1971年由Harrington和Mautz通過(guò)對(duì)角化導(dǎo)體的廣義阻抗矩陣，得到了與Garbacz定義的相同模式，在中描述的被稱為特征模式理論的公式相對(duì)于由Garbacz在提出的更易于推導(dǎo)，并對(duì)任意形狀的結(jié)構(gòu)體進(jìn)行了驗(yàn)證是非常有效的。后來(lái)Harrington等人對(duì)特征模理論進(jìn)行了擴(kuò)展，可以處理電解質(zhì)、磁介質(zhì)以及電/磁性混合體等。特征模理論自提出以來(lái)，在計(jì)算電磁學(xué)和天線設(shè)計(jì)等領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。特征模理論為任意形狀的導(dǎo)體定義了一系列相互正交的特征模式，而這些相互正交的特征模式是導(dǎo)體的固有屬性，本身具有收斂性和完備性，可以精確的表示電磁問(wèn)題的解。特征模理論物理概念清晰，可以明確給出電磁結(jié)構(gòu)體的工作機(jī)理，同時(shí)特征模式僅與電磁結(jié)構(gòu)體的形狀，尺寸和工作頻率有關(guān)，與源點(diǎn)無(wú)關(guān)，因此便于指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)。