Zur Beurteilung und Optimierung der Eigenschaften von konformen Antennen und ihrer Speisenetzwerke sind genaue und schnelle Simulationen auf dem Rechner von ganz besonderer Bedeutung. In der Fachgruppe Antennen werden verschiedene Wege beschritten, um angepasste Rechenverfahren zu entwickeln.
Ausgehend von zylindrischen Strukturen gelangt man durch Variation des Radius entlang der Zylinderachse (bzw. entlang des Azimuts) zu quasi-zylindrischen Strukturen. Durch den zusätzlichen weiteren Freiheitsgrad lassen sich vielfältigere Formen nachbilden und auf dem Rechner simulieren.
Zur Berechnung zylindrischer und quasi-zylindrischer Antennen in Streifenleitungstechnik sind in der Fachgruppe Antennen effiziente numerische Verfahren entwickelt worden, die sich besonders für mehrfach geschichtete Strukturen mit stromführenden Metallisierungen oder Aperturen in den Schichtgrenzen eignen. Eine der entwickelten Methoden basiert auf dem Integralgleichungsverfahren in Verbindung mit der Spektralbereichsmethode. Die Integralgleichung wird unter Einbeziehung der Randbedingungen mit der Momentenmethode gelöst. Das andere Verfahren basiert auf der Discrete Mode Matching (DMM) Methode. Dabei werden in der Dimension senkrecht zur Schichtung die analytischen Lösungen der Wellengleichung verwendet, was insbesondere bei dünnen Schichten einen großen Vorteil bietet.
Zur Abdeckung der Hemisphäre mit einer oder mehreren Strahlungskeulen sind besonders kugelförmige Antennen in Streifenleitungstechnik geeignet. Auch sie haben den Vorteil, dass sie sich in viele Strukturen (z. B. Flugzeuge, Fahrzeuge) integrieren lassen.
Aufsicht auf eine kugelförmige Antenne in Streifenleitungstechnik und deren Querschnitt
Um kugelförmige Antennen effizient analysieren zu können, wurde in der Fachgruppe Antennen ein spezielles Verfahren entwickelt, das auf dem Integralgleichungsverfahren in Verbindung mit der Spektralbereichsmethode basiert. Die Integralgleichung wird unter Einbeziehung der Randbedingungen mit der Momentenmethode gelöst. Dieses Verfahren ermöglicht eine effiziente und genaue Analyse von ganzen kugelförmigen Strukturen und deren Ausschnitten. Die berechneten Strukturen können dabei mehrlagig sein, mit Schichten bestehend aus Luft oder dielektrischem Substrat und mit Metallisierungen zwischen den Schichten. Der Kern der berechneten Strukturen kann dabei sowohl metallisch als auch dielektrisch sein. Ein wesentliches Merkmal des Verfahrens ist die Darstellung der Schichtung mit Hilfe einer Ersatzschaltung für alle Feldkomponenten (FWEC – Full-wave Equivalent Circuit). Es eignet sich auch zur Berechnung radialer Wellenleiter und dielektrischer Resonatoren.
Die in der Realität vorhandenen Formen können durch kanonische Strukturen nur näherungsweise nachgebildet werden. Das Ziel dieser Arbeiten es daher, ein numerisches Feldberechnungsverfahren zur Analyse Antennen und Mikrowellenschaltungen in beliebig gekrümmten Strukturen zu entwickeln.
Feldtheoretisch betrachtet bestehen Microstrip-Mikrowellenschaltungen aus Metallisierungen, die in den Grenzflächen eines geschichteten Dielektrikums eingebettet sind. Das Verfahren muss also in der Lage sein, Strukturen mit beliebig dünnen Schichten und verteilten Leitungen behandeln zu können. Wird eine Mikrowellenschaltung oder Patch-Antenne in die Oberfläche eines Fahrzeugs oder Flugzeugs integriert so wird die Schichtung konform zur Oberfläche ausgebildet. Die Schichtgrenzen verlaufen dann meistens nicht entlang von Koordinatenlinien. Andererseits können auch gewölbte Grenzflächen in planaren Schaltungen zur Verbesserung bestimmter Eigenschaften eingesetzt werden.
Aufsicht auf eine konforme Patch-Antenne sowie Querschnitt einer allgemeinen nicht-planaren geschichteten Struktur. Die Form der Grenzflächen kann dabei meist durch(abschnittsweise) analytische Funktionen beschrieben werden
Ein besonders effizientes Verfahren zur Analyse derartiger Strukturen ist die Discrete Mode Matching (DMM) Methode. Sie verwendet die analytischen Lösungen der Wellengleichung in der Dimension senkrecht zur Schichtung, was insbesondere bei dünnen Schichten zum entscheidenden Vorteil wird. In der Fachgruppe Antennen wurden die theoretischen Grundlagen zur Erweiterung von DMM auf konforme Strukturen erarbeitet und es wurden bereits ausgezeichnete Ergebnisse erzielt.