Substrat De Boîtier IC - Évaluation et optimisation des antennes de téléphonie mobile à ouverture réglable

L'environnement électromagnétique (EM) dans lequel les smartphones et autres appareils sans fil portables fonctionnent change fréquemment, principalement en raison du comportement de l'utilisateur. En raison du couplage entre em et le corps de l'utilisateur, l'utilisateur lui - même aura une influence fondamentale sur les caractéristiques de rayonnement de l'antenne de l'appareil. Les utilisateurs utilisent différentes façons, il est donc important de tenir compte de facteurs aléatoires lors de la conception de l'antenne. Les liaisons sans fil sont souvent dégradées par ce couplage et les concepteurs doivent faire attention à minimiser les problèmes pouvant survenir en raison de différents effets physiques.

Pour la conception des antennes à ouverture accordable, nous avons introduit une nouvelle méthode de calcul pour évaluer la bande passante potentielle et l'efficacité radiative des antennes dans différentes conditions d'utilisation. Cela aidera les ingénieurs de conception à évaluer la conception d'antenne appropriée au début du processus de conception de PCB. Nous avons importé les diagrammes d'antenne et les paramètres s dans optennilab, une plate - forme logicielle d'automatisation de la conception RF, évalué les caractéristiques de l'antenne et synthétisé des circuits d'adaptation pour optimiser l'efficacité radiative totale de l'antenne.

Pour une antenne accordable en ouverture, nous trouvons d'abord la valeur optimale de l'élément d'accord d'ouverture pour évaluer les limites de performance théoriques de l'antenne et atteindre ainsi une efficacité rayonnante maximale. Plus tard dans le processus de conception, nous avons optimisé les circuits d'adaptation et les circuits d'accord, puis comparé leur efficacité à l'efficacité radiative optimale.

Le modèle de simulation de la configuration du cas d'utilisation les principaux phénomènes qui affectent les performances de l'antenne en raison de la proximité du fuselage sont:

1) désaccordage de l'antenne causé par une charge diélectrique. Comme la charge diélectrique allonge la longueur électrique de l'antenne, la fréquence de l'antenne sera réduite.

2) Perte due à l'absorption d'énergie par le corps. Cette perte affecte directement l'efficacité de rayonnement de l'antenne.

Le modèle de simulation présenté ici consiste en une antenne de smartphone miniature motorisée représentée sur la figure 1, qui est sensiblement non résonnante à la fréquence de conception. Simulez des antennes dans trois configurations avec le simulateur ANSYS HFSS em: Nous appellerons ces configurations "configuration espace libre", "configuration main" et "configuration tête". Nouvelles caractéristiques de performance des antennes à réglage d'ouverture il existe deux méthodes de réglage de base pour les antennes de téléphone portable, appelées réglage de diamètre de trou et réglage d'impédance (Figure 4). En accord d'ouverture, l'ensemble Tuner va modifier la distribution du courant dans la structure, ce qui affecte son impédance et son efficacité radiative. La capacité d'optimiser l'efficacité du rayonnement est l'une des principales raisons de la popularité de l'Accord d'ouverture, et nous proposons également une nouvelle façon de présenter visuellement les performances de l'antenne en fonction du composant d'ouverture. Dans optennilab, lorsque le diagramme de rayonnement normalisé d'un simulateur électromagnétique est importé avec la matrice de Paramètres s d'un système électromagnétique, Lorsque le circuit terminal est placé sur un port, le logiciel peut calculer un diagramme de rayonnement total en superposant un diagramme de rayonnement de port pondéré approprié. Le diagramme de rayonnement total résultant peut être utilisé pour calculer directement l'efficacité du rayonnement associé au TUNER, ce qui facilite l'étude de certaines valeurs représentatives des composantes du Tuner.

Pour les petites antennes non résonantes, l'impédance du port d'alimentation en fonction de l'ensemble Tuner n'est généralement pas une information très utile car l'antenne est conçue pour fonctionner uniquement avec un circuit d'adaptation globale. Au lieu de cela, nous devrions nous demander quelle largeur de bande peut être obtenue pour un niveau de perte de retour de référence donné? Optennilab dispose d'un outil de calcul du potentiel de bande passante [1] qui peut aider à répondre à toutes les questions concernant les valeurs des éléments d'ouverture.

Pour les figures 5 (A) - (c), dans chaque configuration d'environnement, nous construisons une "carte" de l'efficacité radiative et de la bande passante disponible en fonction de plusieurs valeurs de composantes d'ouverture sélectionnées. Le niveau de perte de retour cible calculé par le potentiel de bande passante est de 10 dB.

Limites de performance physique pour différentes configurations en considérant les limites de performance finales pour chaque configuration, nous devons trouver la valeur optimale de la composante de taille de pore pour maximiser l'efficacité du rayonnement. La valeur optimale dépend de la bande et de la configuration. Lorsque nous fixons des objectifs d'optimisation et évaluons les performances d'une conception candidate, il est utile de connaître les limites finales.

Dans la présente étude, nous avons examiné deux scénarios: la bande de radionavigation par satellite Beidou B1 - 2 (environ 1587 - 1592 MHz) et la bande 3GPP 1 (1920 - 2170 MHz). Pour les tuners mono - ouverture, l'efficacité radiative optimale peut être facilement trouvée en ajustant la valeur de la composante d'ouverture. La plate - forme logicielle RF Design Automation peut recalculer l'efficacité radiative en temps réel. Les résultats sont les suivants:

BeiDou B1 - 2

· espace libre: hrad, max = 41% (- 3,9 DB), l taille de pore = 1,4 NH

· main: hrad, max = 24% (- 6,2 DB), L - pore = 3,4 NH

Tête d'eau: hrad, max = 6% (- 12,2 DB), ouverture = circuit ouvert

3GPP bande 1

· espace libre: hrad, max = 45% (- 3,4 DB), l ouverture = 1nh

· main: hrad, max = 32% (- 5.0db), L - pore = 3nh

· tête: hrad, max = 6% (- 12,2 DB), taille de pore l = 5 NH

Performances théoriques et pratiques du circuit d'adaptation l'efficacité du rayonnement donne la limite supérieure physique de l'efficacité totale de l'antenne à une fréquence donnée. Cette limite supérieure physique n'est pas réalisable en pratique car elle nécessite une adaptation parfaite de l'impédance sans perte sur toute la bande de fréquences. De plus, les meilleurs circuits d'adaptation d'impédance possibles ne sont pas nécessairement identiques pour différentes configurations. Compte tenu de l'accord théorique d'ouverture en boucle fermée, dans lequel la composante d'ouverture s'adapte aux changements de l'environnement, nous pouvons supposer la valeur optimale de la composante d'ouverture pour toute configuration. Mais même alors, nous devons encore accepter le compromis de l'adaptation d'impédance en bande et en configuration.