Substrat IC - Penghargaan dan optimasi antena telefon bimbit dengan terbuka yang boleh dibuka

Persekitaran elektromagnetik (EM) di mana telefon cerdas dan peranti tanpa wayar portable lain sering beroperasi perubahan, dan ini terutama disebabkan oleh tindakan pengguna. Pengguna sendiri akan mempengaruhi karakteristik radiasi antena peranti disebabkan sambungan antara EM dan tubuh pengguna. Pengguna menggunakan cara yang berbeza, jadi faktor rawak mesti dianggap bila merancang antena. Pautan tanpa wayar biasanya rosak oleh pasangan ini, dan desainer mesti berhati-hati untuk minimumkan mana-mana masalah yang mungkin berlaku disebabkan kesan fizikal yang berbeza.

Untuk desain antena terbuka tunable, kami telah memperkenalkan pengiraan baru untuk menilai lebar band dan efisiensi radiasi potensi antena dalam kondisi penggunaan yang berbeza. Ini akan membantu jurutera merancang menilai rancangan antena yang sesuai awal dalam proses merancang PCB. Kami mengimport corak antena dan parameter S ke dalam platform perisian automatasi reka frekuensi radio OptenniLab, meneliti ciri-ciri antena, dan mengintesis sirkuit yang sepadan untuk optimumkan keseluruhan efisiensi radiasi antena.

Untuk antena yang boleh dibuka, kita pertama-tama mencari nilai terbaik unsur penyesuaian terbuka untuk menilai had prestasi teori antena, untuk mencapai efisiensi radiasi maksimum. Dalam tahap kemudian proses desain, kita optimize sirkuit yang sepadan dan sirkuit penyesuaian, dan kemudian membandingkan efisiensi mereka dengan efisiensi radiasi terbaik.

Model simulasi untuk konfigurasi kes penggunaThe main phenomena that affects antenna performance due to being close to the body are:

1) Antena meletup disebabkan muatan dielektrik. Kerana muatan dielektrik memperpanjang panjang elektrik antena, frekuensi antena akan menurun.

2) Kehilangan disebabkan penyorban kuasa oleh badan. Kehilangan ini mempengaruhi secara langsung efisiensi radiasi antena.

Model simulasi dalam artikel ini terdiri dari antena telefon pintar kecil elektrik yang dipaparkan dalam Figur 1, yang pada dasarnya tidak resonan pada frekuensi desain. Guna simulator EM ANSYS HFSS untuk simulasi antena dalam tiga konfigurasi:Kami rujuk kepada konfigurasi ini sebagai "konfigurasi ruang bebas", "konfigurasi tangan" dan "konfigurasi kepala".Diagram karakteristik prestasi baru untuk antena penyesuaian terbukaThere are two basic tuning methods for mobile phone antennas, the so-called aperture tuning and impedance tuning (Figure 4). Dalam tuning terbuka, komponen tuner akan mengubah distribusi semasa dalam struktur, dengan itu mempengaruhi impedance dan efisiensi radiasi. Kemampuan untuk optimum efisiensi radiasi adalah salah satu sebab utama untuk popularitas penyesuaian terbuka, dan kami juga telah mengusulkan kaedah baru yang secara visual memperlihatkan prestasi antena sebagai fungsi komponen terbuka. Dalam OptenniLab, apabila corak radiasi normalisasi simulator elektromagnetik diemport bersama-sama matriks S-parameter sistem elektromagnetik, perisian boleh mengira corak radiasi keseluruhan apabila sirkuit terminal ditempatkan di port dengan menggantikan corak radiasi port berat yang sesuai. Patung radiasi yang menghasilkan boleh digunakan untuk mengira secara langsung efisiensi radiasi yang berkaitan dengan tuner, memudahkan kajian beberapa nilai komponen tuner mewakili.

Impedasi port sumber sebagai fungsi komponen tuner biasanya bukan maklumat yang sangat berguna untuk antena kecil yang tidak resonan, kerana antena direka untuk bekerja hanya dengan sirkuit yang sepadan. Sebaliknya, kita perlu tanya seberapa lebar bandwidth boleh dicapai pada tahap rujukan kehilangan kembalian tertentu? OptenniLab mempunyai alat pengiraan potensi lebar bandwidth [1], yang boleh membantu menjawab mana-mana soalan mengenai nilai unsur terbuka.

Bagi Figur 5(a)-(c), dalam setiap konfigurasi persekitaran, kami telah membina "peta" untuk efisiensi radiasi dan lebar band yang tersedia sebagai fungsi beberapa nilai komponen terbuka yang dipilih. Aras kehilangan kembalian sasaran dihitung oleh potensi lebar band ialah 10dB.

Had prestasi fizik bagi konfigurasi berbeza Apabila mempertimbangkan had prestasi terbaik bagi setiap konfigurasi, kita mesti cari nilai optimal bagi komponen terbuka untuk maksimumkan efisiensi radiasi. Nilai optimal bergantung pada band frekuensi dan konfigurasi. Sebagaimana kita menetapkan tujuan optimizasi dan menilai prestasi calon desain, ia sangat berguna untuk memahami keterangan akhir.

Dalam kajian ini, kami mempertimbangkan dua skenario: band frekuensi navigasi satelit Beidou B1-2 (sekitar 1587-1592MHz) dan band frekuensi 3GPP 1 (1920-2170MHz). Untuk tuner terbuka tunggal, efisiensi radiasi terbaik boleh mudah ditemui dengan menyesuaikan nilai komponen terbuka-platform perisian automatasi reka-reka RF boleh menghitung semula efisiensi radiasi dalam masa sebenar. Hasilnya adalah seperti ini:

Beidou B1-2

· Ruang bebas: hrad, max=41% (-3.9dB), L terbuka=1.4nH

· Tangan: hrad, max=24% (-6.2dB), L terbuka=3.4nH

· Kepala: hrad, max=6%(-12.2dB), bukaan=sirkuit terbuka

Band 3GPP 1

· Ruang bebas: hrad, max=45% (-3.4dB), L terbuka=1nH

· Tangan: hrad, max=32%(-5.0dB), L terbuka=3nH

· Kepala: hrad, max=6%(-12.2dB), bukaan L=5nH

Efisiensi radiasi memberikan had atas fizik bagi keseluruhan efisiensi antena pada frekuensi tertentu. Ia mustahil untuk mencapai had atas fizik ini dalam latihan, kerana ia memerlukan impedance yang sempurna tanpa kehilangan sepadan di seluruh band frekuensi. Selain itu, untuk konfigurasi yang berbeza, sirkuit yang sepadan impedance yang terbaik tidak perlu sama. Mengingat penyesuaian terbukaan loop tertutup teori, di mana komponen terbuka menyesuaikan kepada perubahan dalam persekitaran, kita boleh menganggap nilai komponen terbuka terbaik untuk mana-mana konfigurasi. Tetapi walaupun begitu, kita masih perlu menerima kompromi impedance sepadan pada band frekuensi dan konfigurasi.