IC 기판 - 튜닝 가능한 공경 핸드폰 안테나의 평가와 최적화

스마트폰과 다른 휴대용 무선 기기가 작동하는 전자기 (EM) 환경은 주로 사용자의 행동으로 인해 자주 변한다.EM과 사용자 신체 간의 결합으로 인해 사용자 자체는 장치 안테나의 방사능 특성에 근본적으로 영향을 미칠 것입니다.사용자는 서로 다른 방식을 사용하기 때문에 안테나를 설계할 때 반드시 무작위 요소를 고려해야 한다.무선 링크는 일반적으로 이러한 결합으로 인해 퇴화되므로 설계자는 서로 다른 물리적 영향으로 인해 발생할 수 있는 문제를 최소화하기 위해 주의해야 합니다.

튜닝 가능한 구멍 지름 안테나의 설계를 위해 다양한 사용 조건에서 안테나의 잠재적 대역폭과 방사능 효율을 평가하는 새로운 계산 방법을 도입했습니다.이를 통해 설계 엔지니어가 PCB 설계 프로세스의 초기에 적합한 안테나 설계를 평가하는 데 도움이 될 것입니다.우리는 안테나 방향도와 S 매개변수를 무선 주파수 설계 자동화 소프트웨어 플랫폼인 OptenniLab에 가져와 안테나의 특성을 평가하고 안테나의 총 복사 효율을 최적화하기 위해 일치 회로를 합성했다.

공경 조정 가능한 안테나의 경우, 우리는 먼저 공경 조정 소자의 최적 값을 찾아 안테나의 이론적 성능 한계를 평가함으로써 최대의 복사 효율을 실현한다.설계 과정의 후기에 우리는 일치 회로와 조정 회로를 최적화한 후에 그것들의 효율을 최적 복사 효율과 비교했다.

용례로 구성된 시뮬레이션 모델이 본체에 가까워 안테나 성능에 영향을 주는 주요 현상은 다음과 같습니다.

1) 전매체 부하로 인한 안테나 부조화.전매질 부하는 안테나의 전기 길이를 연장하기 때문에 안테나의 주파수는 감소할 것이다.

2) 신체의 에너지 흡수로 인한 손실.이런 손실은 안테나의 복사 효율에 직접적인 영향을 준다.

이 글의 시뮬레이션 모델은 그림 1과 같은 전기 소형 스마트폰 안테나로 구성되어 있으며, 이 안테나는 설계 주파수에서 기본적으로 비공명적이다.ANSYS HFSS EM 에뮬레이터를 사용하여 세 가지 구성의 안테나를 시뮬레이션합니다. 이러한 구성을"자유 공간 구성","손 구성","헤드 구성"이라고 부릅니다. 구멍 지름 조정 안테나의 새로운 성능 특성도 휴대폰 안테나에는 두 가지 기본적인 조정 방법이 있습니다. 이른바 구멍 지름 조정 및 임피던스 조정 (그림 4).구멍 지름 튜닝에서 튜너 어셈블리는 구조의 전류 분포를 변경하여 임피던스와 복사 효율에 영향을 줍니다.방사능 효율을 최적화하는 능력은 공경 튜닝이 유행하는 주요 원인 중 하나이며, 안테나 성능을 공경 구성 요소의 함수로 직관적으로 보여주는 새로운 방법도 제시했습니다. OptenniLab에서는 전자기 시뮬레이터의 귀일화 방사선 방향도를 전자기 시스템의 S참수 행렬과 함께 가져올 때터미널 회로가 포트에 배치되면 소프트웨어는 적절한 가중 포트 복사도를 중첩하여 총 복사도를 계산할 수 있습니다.얻은 총 복사 방향도는 튜너와 관련된 복사 효율을 직접 계산하는 데 사용할 수 있으며, 일부 대표적인 튜너 분량 값을 연구하는 데 도움이 된다.

튜너 구성 요소의 함수인 송전 포트 임피던스는 일반적으로 소형 비공명 안테나에 대해 매우 유용한 정보가 아닙니다. 안테나는 세트 총 일치 회로에만 작동하도록 설계되어 있기 때문입니다.대신, 주어진 참조 회파 손실 수준에서 얼마나 넓은 대역폭을 얻을 수 있는지 물어봐야 합니다.OptenniLab에는 구멍 지름 컴포넌트 값에 대한 질문에 답하는 데 도움이 되는 대역폭 잠재력 계산 도구[1]가 있습니다.

그림 5(a)-(c)의 경우 각 환경 구성에서 선택한 여러 구멍 지름 컴포넌트 값의 함수로 방사능 효율과 사용 가능한 대역폭에 대한 "매핑" 을 구성했습니다.대역폭 잠재력을 통해 계산된 목표 반향 손실 수준은 10dB이다.

서로 다른 구성의 물리적 성능 제한 각 구성의 최종 성능 제한을 고려할 때 방사능 효율을 극대화하기 위해 구멍 지름 분량의 최적 값을 찾아야 합니다.최적 값은 주파수 대역과 구성에 따라 다릅니다.최적화 목표를 설정하고 후보 설계의 성능을 평가할 때 궁극적인 한계를 이해하는 것은 매우 유용합니다.

이 연구에서 우리는 위성 항법 주파수 대역인 베이더우 B1-2 (약 1587-1592MHz) 와 3GPP 주파수 대역 1 (1920-2170MHz) 의 두 가지 장면을 고려했다.단일 구멍 지름 튜너의 경우 구멍 지름 분량의 값을 조정해 최적의 방사능 효율을 쉽게 찾을 수 있다. RF 설계 자동화 소프트웨어 플랫폼은 실시간으로 방사능 효율을 다시 계산할 수 있다.결과는 다음과 같습니다.

베이더우 B1-2

· 자유공간: hrad, 최대값 = 41%(-3.9dB), L구경 = 1.4nH

· 손: hrad, 최대값 = 24% (-6.2dB), L 공경 = 3.4nH

· 헤드: hrad, 최대값 = 6%(-12.2dB), 구멍 지름 = 개로

3GPP 대역1

· 자유공간: hrad, 최대 = 45%(-3.4dB), L구경 = 1nH

· 손: hrad, 최대 = 32% (-5.0dB), L 구경 = 3nH

· 헤드: hrad, 최대값 = 6%(-12.2dB), L 구멍 지름 = 5nH

이론과 실제 일치 회로 성능 복사 효율은 주어진 주파수에서 안테나 총 효율의 물리적 상한선을 제시한다.전체 주파수 대역에서 완벽한 무손실 임피던스 정합이 필요하기 때문에 실제로 이 물리적 상한선에 도달할 수 없습니다.또한 서로 다른 구성에 대해 최적 임피던스 정합 회로가 반드시 같은 것은 아닙니다.이론상의 폐쇄 루프 공경 조화를 고려할 때, 그 중 공경 분량은 환경의 변화에 적응하며, 우리는 어떤 배치의 가장 좋은 공경 분량 값을 가정할 수 있다.그럼에도 불구하고 주파수 대역과 구성에 대한 임피던스 일치의 절충을 받아들여야 합니다.