Effiziente Simulationsmethoden für die Optimierung von komplexen Fahrzeugantennensystemen

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Untersuchung von Antennen, welche in die Fensterscheiben von Automobilen integriert sind. Die Untersuchungen erfolgen sowohl durch Simulation als auch messtechnisch. Durch mechanische Anforderungen aufgrund der hohen Mobilität, der langen Lebensdauer und nicht zuletzt aus optischen Gründen, werden Verbauraum und mögliche Ausgestaltung der Antennen stark eingeschränkt, was besondere Anforderungen an den Antennenentwurf stellt. Weiterhin liegen die Fahrzeugabmessungen in derselben Größenordnung wie die Wellenlängen des hier untersuchten Frequenzbereichs von 50 bis
500 MHz, so dass das Fahrzeug selbst großen Einfluss auf die Empfangseigenschaften der Antenne hat. Deshalb sind speziell auf diesen Anwendungszweck optimierte Simulationsverfahren nötig, die es ermöglichen, das komplette Fahrzeug in der Berechnung zu berücksichtigen.

Die Momentenmethode (MoM) zur Lösung der elektrischen Feldintegralgleichungen (EFIE) und ihre Eignung zur Simulation des Gesamtfahrzeugs werden erläutert. Eine Methode zur numerischen elektromagnetischen Simulation der Autoantennen wird auf Basis der Momentenmethode entwickelt. Hierbei werden die Feldquellen durch in die Aperturen eingeprägte magnetische Flächenströme beschrieben. Diese Methode wird mit der Einheitlichen Geometrischen Beugungstheorie (UTD) zu einer hybriden Methode kombiniert, die effiziente Berechnungen für bestimmte Typen von Fahrzeugantennen ermöglicht.

Bei der Modellierung des sehr komplexen Gesamtsystems von Antenne und Fahrzeug müssen aus Rücksicht auf die Rechenzeit und Gründen der Datenverfügbarkeit stets Vereinfachungen vorgenommen werden. Es werden systematische Untersuchungen des Einflusses dieser Vereinfachungen vorgestellt, die die bestehenden Modellierungsrichtlinien erweitern. Im Zuge der Verbesserung des vereinfachten Modells wird auch auf den Einfluss der Messumgebung auf die Messergebnisse, die zur Verifikation der Simulation genutzt werden, eingegangen. Die bislang getroffenen Annahmen in Bezug auf die Leitfähigkeit des Untergrundes
werden systematisch untersucht und auf ihre Gültigkeit für den Anwendungsbereich bei Fahrzeugantennenmessungen hin überprüft. Entsprechende Hinweise zur
korrekten Berücksichtigung in der Simulation werden gegeben.