导言
互联家庭的概念包括许多 "智能 "方面，包括扬声器、恒温器、门铃和摄像头。 本示例讨论的是XFdtd EM 仿真软件模拟的通用远程摄像头的性能，该摄像头提供房屋周围的视频监控，用于安全监控。 该摄像头用于连接到 WiFi 系统，该系统采用频率为 2.4、5 和 6 GHz 的 802.11 a/b/g/n/ac/ax 标准，包括两个传输高分辨率视频的多频段共形天线。
设备设计与仿真
通用型相机设计使用两个环绕相机外壳内表面的共形多频天线。 天线的设计可覆盖 2.4、5 和 6 GHz 频率，并可相位调整天线模式，以实现最大覆盖范围。 除天线外，还有安装结构、PCB 电路板、摄像头成像芯片和镜头，在这个简单的模型中，这些都用块状部件表示。 相机的三维 CAD 视图如图 1 所示，透过半透明的相机外壳，可以看到其中一个天线元件。 整个相机占地约 70x70x70 毫米。 在图 2 中，一个天线元件的更详细视图显示了该元件的弧度，以适应照相机外壳的内壁。 如图 3 所示，天线经过调整，在 2.4、5 和 6 千兆赫的理想频率下，回波损耗小于 -10 分贝。 天线弯曲以适应机箱对天线的性能有很大影响，因此必须对天线的最终配置进行调整。
图 1：图示为一个普通远程摄像装置的三维视图，透过盖子可以看到部分内部天线阵列。
图 2：远程摄像头中两个相同的多波段天线之一。
图 3：多频带天线的回波损耗显示，在 2.4、5 和 6 千兆赫频率下性能良好。
天线增益模式的覆盖范围集中在摄像机的两侧和前方。 图 4 显示了在 2.4 GHz、图 5 显示了在 5 GHz 和图 6 显示了在 6 GHz 时独立工作的两根天线的图案，在所有图像中，带有镜头的摄像机前端都面向观众。 单个元件的峰值增益范围从 2.4 GHz 时的约 3 dBi 到 5 GHz 时的近 7 dBi。 在 2.4 千兆赫时，图案相当宽广，而在较高频率时，图案则更为复杂，会出现一些裂片。
图 4：两根天线在 2.4 GHz 频率下的增益模式显示了覆盖半个设备的两个宽叶模式。 图像的方向是直视摄像头的前方。
图 5：两根天线在 5 千兆赫频率下的增益模式显示了两个较窄的模式，天线的法线增益较高。 图像的方向是直视摄像头的前方。
图 6：两根天线在 6 GHz 频率下的增益图案显示出多叶图案，覆盖了设备的大部分方位面，并有一个叶指向摄像机的前方。 图像的方向是直视摄像机的前方。
由于摄像机可以随意安装，因此最好能覆盖整个角度范围。 不过，由于通用相机有一些内部部件，如 PCB 板和支撑结构，因此相机后部的增益会降低。 利用 XFdtd 中的阵列优化功能，可以确定阵列的性能，从而找到可能的全覆盖范围。 在图 7 中，计算了两个天线在 2.4 GHz 频率下的最大保持模式，结果显示在前向和方位角平面周围都有良好的增益。 在图 8 中，5 千兆赫时的最大保持模式显示天线两侧有强烈的裂片，前向增益降低，但仍为正增益。 在 6 千兆赫时，如图 9 所示，最大保持模式显示前向增益较高，而两侧增益较低。 图 7、图 8 和图 9 显示了照相机方向如图 1 所示的模式。
图 7：两根天线在 2.4 GHz 频率下的最大 EIRP 图样显示了摄像机前方区域的广泛覆盖范围。 图像中照相机的方向与图 1 所示相同。
图 8：两根天线在 5 GHz 频率下的最大 EIRP 图样显示了天线平面方位角方向的高增益覆盖范围。 图像中相机的方位与图 1 所示相同。
图 9：两根天线在 6 GHz 频率下的最大 EIRP 图样显示，前向增益很大，方位角方向的覆盖范围几乎均匀。 图像中相机的方向与图 1 中所示的方向相同。
通过创建 EIRP 的累积分布函数，可以计算出设备周围整个三维球体的最大覆盖范围。 在图 10 中，EIRP 的 CDF图显示，在 2.4 GHz 时，对于所有可能的元件相位关系，约有 67% 的方向可以获得正增益。 在 5 千兆赫，图 11 所示的 CDF 图显示，正增益的覆盖率略高于 60%。 最后，在 6 千兆赫时，图 12 显示近 70% 的方向可能具有正增益。
图 10：两根天线在 2.4 GHz 频率下的 EIRP CDF 图显示，约有 67% 的方向出现正增益。
图 11：两根天线在 5 千兆赫频率下的 EIRP CDF 图显示，约 60% 的方向都有正增益。
图 12：两根天线在 6 千兆赫频率下的 EIRP CDF 图显示，约 70% 的方向都有正增益。
结论
与摄像头等远程设备保持良好的联系是任何联网家庭系统的关键特性。 我们使用 XFdtd 对这一通用摄像头设计进行了评估，发现它在三个频率的 60% 以上方向上至少具有正增益，峰值增益高达近 7 dBi。 这应能为大多数安装配置提供足够的连接性。
