EM modeling of antennas and RF components for wireless communication systems:
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| Format: | Book |
| Language: | English |
| Published: |
Berlin [u.a.]
Springer
2006
|
| Series: | Signals and communication technology
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| Item Description: | Literaturverz. S. 269 - 272 |
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1
INTRODUCTION
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1
PART
I
BASICS
2
ELECTROMAGNETIC
FIELDS
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5
2.1
MAXWELL S
EQUATIONS
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5
2.2
MATERIAL
EQUATIONS
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6
2.3
BOUNDARY
CONDITIONS
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8
2.4
WAVES
IN
FREE
SPACE
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9
2.5
POLARIZATION
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11
2.6
WAVES
IN
LOSSY
MEDIA.
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12
2.7
ENERGY
CONSERVATION
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14
2.8
ELECTROMAGNETIC
POTENTIALS
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15
2.9
GREEN S
FUNCTION
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17
2.10
WAVES
ON
TRANSMISSION
LINES
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18
3
RADIOFREQUENCY
AND
ANTENNA
THEORY
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23
3.1
SCATTERING
PARAMETERS
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23
3.2
RESONATORS
AND
ANTENNAS
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27
3.3
ANTENNA
PARAMETERS
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28
3.3.1
ANTENNA
RADIATION
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28
3.3.2
NEARFIELD
AND
FARFIELD
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30
3.3.3
RADIATION
PATTERN
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31
3.3.4
DIRECTIVITY,
EFFICIENCY
AND
GAIN
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33
3.3.5
MATCHING
AND
BANDWIDTH
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35
3.4
ANTENNA
ARRAYS
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37
3.4.1
FARFIELD
APPROXIMATION
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37
3.4.2
BEAM
STEERING
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40
XII
CONTENTS
PART
II
NUMERICAL
METHODS
4
NUMERICAL
METHODS
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45
4.1
GENERAL
ASPECTS
OF
NUMERICAL
MODELING
SOFTWARE
.
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46
4.2
FINITE-DIFFERENCE
TIME-DOMAIN
(FDTD)
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48
4.2.1
FUNDAMENTALS
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48
4.2.2
DISCRETIZATION
IN
SPACE
AND
TIME
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49
4.2.3
NUMERICAL
STABILITY
AND
DISPERSION
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54
4.2.4
BOUNDARY
CONDITIONS
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56
4.2.5
EXCITATIONS
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56
4.2.6
CIRCUIT
PARAMETERS
AND
FREQUENCY-DOMAIN
QUANTITIES
.
57
4.2.7
NEARFIELD-TO-FARFIELD
TRANSFORMATION
.
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60
4.2.8
PREDICTION
FILTER
FOR
STRUCTURES
WITH
HIGH
Q
VALUE
.
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63
4.3
METHOD
OF
MOMENTS
(MOM)
.
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66
4.3.1
FUNDAMENTALS
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66
4.3.2
THIN
WIRE
APPROXIMATION
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68
4.3.3
METAL
SURFACES
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70
4.3.4
TREATMENT
OF
DIELECTRIC
MATERIAL
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71
4.3.5
METHOD
OF
MOMENTS
FOR
LAYERED
STRUCTURES
.
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71
4.4
FINITE-ELEMENT
METHOD
(FEM)
.
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73
4.4.1
GENERAL
REMARKS
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73
4.4.2
VARIATIONAL
EXPRESSION
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73
4.4.3
FINITE
ELEMENTS
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73
4.4.4
SHAPE
FUNCTIONS
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74
4.4.5
ELEMENT
MATRIX
.
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76
4.4.6
MATRIX
COMPILATION
.
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76
4.4.7
LINEAR
SYSTEMS
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77
4.5
OTHER
METHODS
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.
78
5
CREATING
AN
EFFICIENT
SIMULATION
MODEL
.
.
.
.
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81
5.1
GENERAL
STRUCTURE
OF
NUMERICAL
MODELING
SOFTWARE
.
.
.
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.
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.
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.
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81
5.1.1
PREPROCESSOR
.
.
.
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82
5.1.2
SOLVER
.
.
.
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83
5.1.3
POSTPROCESSOR
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83
5.2
GEOMETRY
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84
5.2.1
INTERACTIVE
CONSTRUCTION
VIA
GRAPHICAL
USER
INTERFACE
(GUI).
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84
5.2.2
OBJECT
DEFINITION
VIA
MACRO
LANGUAGE
.
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.
86
5.2.3
IMPORT
OF
CAD
(COMPUTER
AIDED
DESIGN)
DATA
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86
5.2.4
SUMMARY.
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88
5.3
MATERIAL
PROPERTIES
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89
5.4
PORTS
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90
5.4.1
WAVEGUIDE
PORTS
.
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91
5.4.2
PLANE
WAVE
EXCITATION
.
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.
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91
CONTENTS
XIII
5.4.3
LUMPED
PORTS
.
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93
5.5
LUMPED
CIRCUIT
ELEMENTS
.
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94
5.6
BOUNDARY
CONDITIONS
.
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94
5.6.1
ELECTRIC
AND
MAGNETIC
WALLS
.
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94
5.6.2
ABSORBING
BOUNDARY
CONDITIONS
.
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96
5.7
MESHING
.
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97
5.7.1
OVERVIEW
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97
5.8
SIMULATION
CONTROL
PARAMETERS
.
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99
5.9
ESTIMATION
OF
REQUIRED
RESOURCES
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100
5.10
POSTPROCESSING
.
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101
5.11
SELECTION
OF
NUMERICAL
METHOD
.
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102
5.12
SUMMARY
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103
6
CANONICAL
EXAMPLES
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107
6.1
INTRODUCTION
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107
6.2
COAXIAL
LINE
DISCONTINUITY
.
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108
6.2.1
THEORETICAL
BACKGROUND
.
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108
6.2.2
ANALYSIS
WITH
FDTD
SOFTWARE
.
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.
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109
6.2.3
FDTD
CONVERGENCE
STUDY
.
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.
115
6.2.4
ANALYSIS
WITH
FEM
SOFTWARE
.
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.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
117
6.2.5
FEM
CONVERGENCE
STUDY
.
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.
.
120
6.3
COAXIAL
LINE
TRANSITION
WITH
QUARTER
WAVELENGTH
TRANSFORMER
123
6.3.1
THEORETICAL
BACKGROUND
.
.
.
.
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123
6.3.2
ANALYSIS
WITH
FDTD
SOFTWARE
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
.
124
6.3.3
ANALYSIS
WITH
FEM
SOFTWARE
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
126
6.4
MICROSTRIP
FILTER
.
.
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128
6.4.1
THEORETICAL
BACKGROUND
.
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.
.
.
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.
128
6.4.2
MODEL
DEFINITION
.
.
.
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.
.
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.
130
6.4.3
ANALYSIS
WITH
FDTD
SOFTWARE
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
131
6.4.4
ANALYSIS
WITH
FEM
SOFTWARE
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
135
6.4.5
ANALYSIS
WITH
MOM
SOFTWARE
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
137
6.5
FEEDPOINT
IMPEDANCE
OF
A
DIPOLE
ANTENNA
.
.
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.
.
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139
6.5.1
MOM
MODEL
DEFINITION
.
.
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.
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.
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.
139
6.5.2
MOM
CONVERGENCE
STUDY
OF
INPUT
IMPEDANCE
AND
RESONANCE
FREQUENCY
.
.
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.
.
.
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.
.
.
.
142
6.5.3
TRANSMISSION
BETWEEN
DISTANT
ANTENNAS
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
143
6.5.4
ANALYSIS
WITH
FDTD.
.
.
.
.
.
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.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
144
6.5.5
ANALYSIS
WITH
FEM
SOFTWARE
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
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146
6.6
APERTURE
ANTENNA
.
.
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.
.
148
6.6.1
RECTANGULAR
WAVEGUIDE
.
.
.
.
.
.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
148
6.6.2
ANALYSIS
WITH
FDTD
SOFTWARE
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
149
6.6.3
ANALYSIS
WITH
FEM
SOFTWARE
.
.
.
.
.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
155
6.7
PLANAR
INVERTED-F
ANTENNA
(PIFA)
.
.
.
.
.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
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.
157
6.7.1
GENERAL
REMARKS
.
.
.
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.
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.
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.
.
157
6.7.2
MODEL
DEFINITION
AND
FDTD-BASED
ANTENNA
DESIGN
.
.
.
158
XIV
CONTENTS
6.7.3
ANALYSIS
WITH
FEM
SOFTWARE
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
166
6.8
INDUCED
CURRENT
DENSITY
IN
LOSSY
MEDIA
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
171
6.8.1
MODEL
DEFINITION
.
.
.
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.
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.
172
6.8.2
CONVERGENCE
STUDY
.
.
.
.
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.
174
6.9
MICROSTRIP
GAP
IN
RESONANT
CAVITY
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
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.
.
177
6.9.1
MODEL
DEFINITION
.
.
.
.
.
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.
.
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.
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.
.
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.
.
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.
.
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.
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.
.
.
.
.
.
177
6.9.2
ANALYSIS
WITH
FEM
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
.
.
178
6.9.3
ANALYSIS
WITH
FDTD.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
.
.
.
.
.
.
181
6.9.4
ANALYSIS
WITH
MOM
.
.
.
.
.
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.
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.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
.
.
.
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.
.
.
.
183
6.9.5
FDTD
MODEL
WITH
LUMPED
PORT
EXCITATION
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
185
6.9.6
FDTD
MODEL
WITH
COAXIAL
PORT
EXCITATION
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
185
PART
III
APPLICATIONS
7
APPLICATIONS
IN
WIRELESS
COMMUNICATIONS
SYSTEMS
.
.
.
.
.
.
.
.
191
7.1
GPS
ANTENNA
WITH
FEEDING
NETWORK
.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
191
7.1.1
BACKGROUND
AND
DESIGN
CONSIDERATIONS
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
191
7.1.2
BRANCHLINE
COUPLER
SUBMODEL
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
193
7.1.3
SQUARE
PATCH
ANTENNA
SUBMODEL
.
.
.
.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
197
7.1.4
COMBINED
COUPLER
AND
ANTENNA
MODEL
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
200
7.2
BASE
STATION
ANTENNA
FOR
CELLULAR
NETWORKS
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
207
7.2.1
INTRODUCTION
.
.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
207
7.2.2
SIMPLE
MODEL
OF
A
BASE
STATION
ANTENNA
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
208
7.2.3
VALIDATION
.
.
.
.
.
.
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.
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.
.
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.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
211
7.2.4
SIMPLE
BASE
STATION
ANTENNA
WITH
ELECTRICAL
DOWNTILT
.
213
7.2.5
INFLUENCE
OF
RADOME
AND
MOUNTING
MATERIAL
.
.
.
.
.
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215
7.2.6
INFLUENCE
OF
WALL
MOUNTING
.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
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216
7.2.7
INFLUENCE
OF
VERTICAL
ROTATION
.
.
.
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.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
.
218
7.2.8
HUMAN
BODY
IN
FRONT
OF
BASE
STATION
ANTENNA
.
.
.
.
.
.
.
220
7.2.9
CONCLUSION
.
.
.
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224
7.3
INTEGRATED
MULTIBAND
ANTENNAS
FOR
MOBILE
PHONES
.
.
.
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.
.
.
.
.
.
.
225
7.3.1
TECHNICAL
AND
NON-TECHNICAL
REQUIREMENTS
.
.
.
.
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.
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.
.
226
7.3.2
ANTENNA
CONCEPTS
.
.
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.
.
.
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.
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.
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.
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.
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.
.
227
7.3.3
DETAILED
ANALYSIS
OF
THE
FUNCTIONAL
PRINCIPLE
OF
MOBILE
PHONE
ANTENNAS
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
231
7.3.4
INTERACTION
WITH
THE
USER
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
234
7.3.5
MIDBAND
ANTENNA
CONCEPTS
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
242
7.3.6
SUMMARY.
.
.
.
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.
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.
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.
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.
.
245
7.4
ULTRA-WIDEBAND
ANTENNA
DESIGN
.
.
.
.
.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
247
7.4.1
INTRODUCTION
.
.
.
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.
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.
.
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.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
247
7.4.2
UWB
ANTENNA
ELEMENT
DESIGN
AND
OPTIMIZATION
.
.
.
.
.
248
7.4.3
THE
INFLUENCE
OF
A
SPECIFIC
INTEGRATION
SCENARIO
.
.
.
.
.
.
.
253
7.4.4
ESTABLISHING
AN
INTERFACE
BETWEEN
DIFFERENT
MODELING
TOOLS
FOR
THE
ENTIRE
SYSTEM
ANALYSIS
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
256
CONTENTS
XV
7.4.5
PROPAGATION
MODELING
AND
SYSTEM
ANALYSIS
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
264
7.4.6
SUMMARY.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
.
.
.
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.
266
REFERENCES
.
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.
.
269
INDEX
.
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.
273
|
| adam_txt |
CONTENTS
1
INTRODUCTION
.
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1
PART
I
BASICS
2
ELECTROMAGNETIC
FIELDS
.
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5
2.1
MAXWELL'S
EQUATIONS
.
.
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5
2.2
MATERIAL
EQUATIONS
.
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.
6
2.3
BOUNDARY
CONDITIONS
.
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.
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8
2.4
WAVES
IN
FREE
SPACE
.
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.
9
2.5
POLARIZATION
.
.
.
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.
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.
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.
.
.
.
.
11
2.6
WAVES
IN
LOSSY
MEDIA.
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
.
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.
.
.
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12
2.7
ENERGY
CONSERVATION
.
.
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14
2.8
ELECTROMAGNETIC
POTENTIALS
.
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.
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.
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.
15
2.9
GREEN'S
FUNCTION
.
.
.
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.
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.
17
2.10
WAVES
ON
TRANSMISSION
LINES
.
.
.
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.
.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
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18
3
RADIOFREQUENCY
AND
ANTENNA
THEORY
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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23
3.1
SCATTERING
PARAMETERS
.
.
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.
.
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.
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.
.
.
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.
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.
.
.
.
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.
.
23
3.2
RESONATORS
AND
ANTENNAS
.
.
.
.
.
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.
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.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
.
.
.
.
.
27
3.3
ANTENNA
PARAMETERS
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
.
.
.
.
.
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.
.
.
.
.
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.
.
.
.
28
3.3.1
ANTENNA
RADIATION
.
.
.
.
.
.
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.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
.
.
28
3.3.2
NEARFIELD
AND
FARFIELD
.
.
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.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
30
3.3.3
RADIATION
PATTERN
.
.
.
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.
.
.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
.
.
.
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.
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.
.
31
3.3.4
DIRECTIVITY,
EFFICIENCY
AND
GAIN
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
33
3.3.5
MATCHING
AND
BANDWIDTH
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
35
3.4
ANTENNA
ARRAYS
.
.
.
.
.
.
.
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.
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.
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.
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.
37
3.4.1
FARFIELD
APPROXIMATION
.
.
.
.
.
.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
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.
.
.
37
3.4.2
BEAM
STEERING
.
.
.
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40
XII
CONTENTS
PART
II
NUMERICAL
METHODS
4
NUMERICAL
METHODS
.
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45
4.1
GENERAL
ASPECTS
OF
NUMERICAL
MODELING
SOFTWARE
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
46
4.2
FINITE-DIFFERENCE
TIME-DOMAIN
(FDTD)
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
48
4.2.1
FUNDAMENTALS
.
.
.
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.
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.
.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
48
4.2.2
DISCRETIZATION
IN
SPACE
AND
TIME
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
49
4.2.3
NUMERICAL
STABILITY
AND
DISPERSION
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
54
4.2.4
BOUNDARY
CONDITIONS
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
.
.
.
.
56
4.2.5
EXCITATIONS
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
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.
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.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
56
4.2.6
CIRCUIT
PARAMETERS
AND
FREQUENCY-DOMAIN
QUANTITIES
.
57
4.2.7
NEARFIELD-TO-FARFIELD
TRANSFORMATION
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
60
4.2.8
PREDICTION
FILTER
FOR
STRUCTURES
WITH
HIGH
Q
VALUE
.
.
.
.
63
4.3
METHOD
OF
MOMENTS
(MOM)
.
.
.
.
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.
.
.
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.
.
66
4.3.1
FUNDAMENTALS
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
66
4.3.2
THIN
WIRE
APPROXIMATION
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
68
4.3.3
METAL
SURFACES
.
.
.
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.
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.
.
.
.
.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
.
70
4.3.4
TREATMENT
OF
DIELECTRIC
MATERIAL
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
71
4.3.5
METHOD
OF
MOMENTS
FOR
LAYERED
STRUCTURES
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
71
4.4
FINITE-ELEMENT
METHOD
(FEM)
.
.
.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
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.
.
.
.
73
4.4.1
GENERAL
REMARKS
.
.
.
.
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.
.
.
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.
.
.
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.
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.
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.
.
73
4.4.2
VARIATIONAL
EXPRESSION
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
73
4.4.3
FINITE
ELEMENTS
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
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.
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.
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.
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.
.
73
4.4.4
SHAPE
FUNCTIONS
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
74
4.4.5
ELEMENT
MATRIX
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
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.
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.
.
76
4.4.6
MATRIX
COMPILATION
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
76
4.4.7
LINEAR
SYSTEMS
.
.
.
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.
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.
.
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.
.
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.
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.
.
77
4.5
OTHER
METHODS
.
.
.
.
.
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.
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.
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.
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.
.
.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
78
5
CREATING
AN
EFFICIENT
SIMULATION
MODEL
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
81
5.1
GENERAL
STRUCTURE
OF
NUMERICAL
MODELING
SOFTWARE
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
81
5.1.1
PREPROCESSOR
.
.
.
.
.
.
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.
.
.
.
.
.
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.
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.
.
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.
.
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82
5.1.2
SOLVER
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83
5.1.3
POSTPROCESSOR
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83
5.2
GEOMETRY
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84
5.2.1
INTERACTIVE
CONSTRUCTION
VIA
GRAPHICAL
USER
INTERFACE
(GUI).
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84
5.2.2
OBJECT
DEFINITION
VIA
MACRO
LANGUAGE
.
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86
5.2.3
IMPORT
OF
CAD
(COMPUTER
AIDED
DESIGN)
DATA
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86
5.2.4
SUMMARY.
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88
5.3
MATERIAL
PROPERTIES
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89
5.4
PORTS
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90
5.4.1
WAVEGUIDE
PORTS
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91
5.4.2
PLANE
WAVE
EXCITATION
.
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.
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91
CONTENTS
XIII
5.4.3
LUMPED
PORTS
.
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93
5.5
LUMPED
CIRCUIT
ELEMENTS
.
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94
5.6
BOUNDARY
CONDITIONS
.
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94
5.6.1
ELECTRIC
AND
MAGNETIC
WALLS
.
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94
5.6.2
ABSORBING
BOUNDARY
CONDITIONS
.
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96
5.7
MESHING
.
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97
5.7.1
OVERVIEW
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97
5.8
SIMULATION
CONTROL
PARAMETERS
.
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99
5.9
ESTIMATION
OF
REQUIRED
RESOURCES
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100
5.10
POSTPROCESSING
.
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101
5.11
SELECTION
OF
NUMERICAL
METHOD
.
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102
5.12
SUMMARY
.
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103
6
CANONICAL
EXAMPLES
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107
6.1
INTRODUCTION
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107
6.2
COAXIAL
LINE
DISCONTINUITY
.
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108
6.2.1
THEORETICAL
BACKGROUND
.
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108
6.2.2
ANALYSIS
WITH
FDTD
SOFTWARE
.
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.
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109
6.2.3
FDTD
CONVERGENCE
STUDY
.
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.
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.
.
115
6.2.4
ANALYSIS
WITH
FEM
SOFTWARE
.
.
.
.
.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
117
6.2.5
FEM
CONVERGENCE
STUDY
.
.
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.
120
6.3
COAXIAL
LINE
TRANSITION
WITH
QUARTER
WAVELENGTH
TRANSFORMER
123
6.3.1
THEORETICAL
BACKGROUND
.
.
.
.
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123
6.3.2
ANALYSIS
WITH
FDTD
SOFTWARE
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
.
124
6.3.3
ANALYSIS
WITH
FEM
SOFTWARE
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
126
6.4
MICROSTRIP
FILTER
.
.
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128
6.4.1
THEORETICAL
BACKGROUND
.
.
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.
.
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.
128
6.4.2
MODEL
DEFINITION
.
.
.
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.
130
6.4.3
ANALYSIS
WITH
FDTD
SOFTWARE
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
131
6.4.4
ANALYSIS
WITH
FEM
SOFTWARE
.
.
.
.
.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
135
6.4.5
ANALYSIS
WITH
MOM
SOFTWARE
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
137
6.5
FEEDPOINT
IMPEDANCE
OF
A
DIPOLE
ANTENNA
.
.
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.
.
.
.
.
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139
6.5.1
MOM
MODEL
DEFINITION
.
.
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.
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.
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.
.
139
6.5.2
MOM
CONVERGENCE
STUDY
OF
INPUT
IMPEDANCE
AND
RESONANCE
FREQUENCY
.
.
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.
.
.
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.
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.
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.
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.
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.
.
142
6.5.3
TRANSMISSION
BETWEEN
DISTANT
ANTENNAS
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
143
6.5.4
ANALYSIS
WITH
FDTD.
.
.
.
.
.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
.
144
6.5.5
ANALYSIS
WITH
FEM
SOFTWARE
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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146
6.6
APERTURE
ANTENNA
.
.
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.
.
148
6.6.1
RECTANGULAR
WAVEGUIDE
.
.
.
.
.
.
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.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
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.
.
148
6.6.2
ANALYSIS
WITH
FDTD
SOFTWARE
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
149
6.6.3
ANALYSIS
WITH
FEM
SOFTWARE
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
155
6.7
PLANAR
INVERTED-F
ANTENNA
(PIFA)
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
.
.
157
6.7.1
GENERAL
REMARKS
.
.
.
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.
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.
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.
.
.
.
.
157
6.7.2
MODEL
DEFINITION
AND
FDTD-BASED
ANTENNA
DESIGN
.
.
.
158
XIV
CONTENTS
6.7.3
ANALYSIS
WITH
FEM
SOFTWARE
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
166
6.8
INDUCED
CURRENT
DENSITY
IN
LOSSY
MEDIA
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
171
6.8.1
MODEL
DEFINITION
.
.
.
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.
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.
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.
.
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.
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.
.
.
.
172
6.8.2
CONVERGENCE
STUDY
.
.
.
.
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.
.
174
6.9
MICROSTRIP
GAP
IN
RESONANT
CAVITY
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
.
.
177
6.9.1
MODEL
DEFINITION
.
.
.
.
.
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.
.
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.
.
.
.
.
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.
.
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.
.
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.
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.
.
.
.
.
.
177
6.9.2
ANALYSIS
WITH
FEM
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
.
.
178
6.9.3
ANALYSIS
WITH
FDTD.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
.
.
.
.
.
.
181
6.9.4
ANALYSIS
WITH
MOM
.
.
.
.
.
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.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
183
6.9.5
FDTD
MODEL
WITH
LUMPED
PORT
EXCITATION
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
185
6.9.6
FDTD
MODEL
WITH
COAXIAL
PORT
EXCITATION
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
185
PART
III
APPLICATIONS
7
APPLICATIONS
IN
WIRELESS
COMMUNICATIONS
SYSTEMS
.
.
.
.
.
.
.
.
191
7.1
GPS
ANTENNA
WITH
FEEDING
NETWORK
.
.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
191
7.1.1
BACKGROUND
AND
DESIGN
CONSIDERATIONS
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
191
7.1.2
BRANCHLINE
COUPLER
SUBMODEL
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
.
.
193
7.1.3
SQUARE
PATCH
ANTENNA
SUBMODEL
.
.
.
.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
197
7.1.4
COMBINED
COUPLER
AND
ANTENNA
MODEL
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
200
7.2
BASE
STATION
ANTENNA
FOR
CELLULAR
NETWORKS
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
207
7.2.1
INTRODUCTION
.
.
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.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
207
7.2.2
SIMPLE
MODEL
OF
A
BASE
STATION
ANTENNA
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
208
7.2.3
VALIDATION
.
.
.
.
.
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.
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.
.
211
7.2.4
SIMPLE
BASE
STATION
ANTENNA
WITH
ELECTRICAL
DOWNTILT
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213
7.2.5
INFLUENCE
OF
RADOME
AND
MOUNTING
MATERIAL
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215
7.2.6
INFLUENCE
OF
WALL
MOUNTING
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216
7.2.7
INFLUENCE
OF
VERTICAL
ROTATION
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218
7.2.8
HUMAN
BODY
IN
FRONT
OF
BASE
STATION
ANTENNA
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220
7.2.9
CONCLUSION
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224
7.3
INTEGRATED
MULTIBAND
ANTENNAS
FOR
MOBILE
PHONES
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225
7.3.1
TECHNICAL
AND
NON-TECHNICAL
REQUIREMENTS
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226
7.3.2
ANTENNA
CONCEPTS
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227
7.3.3
DETAILED
ANALYSIS
OF
THE
FUNCTIONAL
PRINCIPLE
OF
MOBILE
PHONE
ANTENNAS
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231
7.3.4
INTERACTION
WITH
THE
USER
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234
7.3.5
MIDBAND
ANTENNA
CONCEPTS
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242
7.3.6
SUMMARY.
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245
7.4
ULTRA-WIDEBAND
ANTENNA
DESIGN
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247
7.4.1
INTRODUCTION
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247
7.4.2
UWB
ANTENNA
ELEMENT
DESIGN
AND
OPTIMIZATION
.
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248
7.4.3
THE
INFLUENCE
OF
A
SPECIFIC
INTEGRATION
SCENARIO
.
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253
7.4.4
ESTABLISHING
AN
INTERFACE
BETWEEN
DIFFERENT
MODELING
TOOLS
FOR
THE
ENTIRE
SYSTEM
ANALYSIS
.
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256
CONTENTS
XV
7.4.5
PROPAGATION
MODELING
AND
SYSTEM
ANALYSIS
.
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264
7.4.6
SUMMARY.
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266
REFERENCES
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269
INDEX
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