Chất nền IC - Trình tự động thiết kế kiểu RF thế hệ mới cho khả năng đánh giá đa ăng-ten và hiệu suất

♪ Với những thay đổi trong công nghệ không dây, Số hệ thống radio trong nhiều thiết bị di động tiếp tục tăng lên, và với Internet của thế giới đồ vật và 5G đang được phát triển, This trend is still growing. Hướng này đã gây khó khăn cho các nhà thiết kế tần số, bởi vì họ cần đảm bảo hiệu quả của nhiều hệ thống radio hoạt động cùng một lúc, nhưng cũng cần giảm thiểu nhiễu và mất điện.

Bài báo này giải thích các vấn đề về thiết kế đa hệ thống từ góc nhìn của ăng-ten.. Sự gia tăng số lượng nguyên tố ăng-ten trong thiết bị là xu hướng phát triển chính của ăng-ten., phù hợp với xu hướng đa hệ thống đã đề cập. Tuy, đa dạng ăng-ten, Đa phần kết xuất và công nghệ ánh sáng đã thúc đẩy tiến trình này. Cùng một lúc, bởi vì kích thước của thiết bị không thể tăng lên, Độ sâu của ăng-ten sẽ tăng.. Việc này sẽ tiếp tục làm các mối nối nối gia tăng., một trong những thử thách chính trong việc thiết kế Hệ thống đa-ăng.

Coupling between antennas
Since antennas are essentially resonant structures, có thể có kết nối giữa các ăng-ten gần nhau.. Nếu khoảng cách giữa các ăng-ten rất gần, và tần số hoạt động của chúng nằm gần nhau, cộng hưởng mạnh hơn.. Tương tự với các cấu trúc vật lý, Sóng âm vang thường ở tần số thấp nhất hoặc tỷ lệ điều hoà nhất của tần số cơ bản. Do đó, the antenna suitable for 3GPP band 3 (1710 -1880 MHz) and the 5 GHz antenna (5170-5835 MHz) may have three strong harmonic resonances. Cấu trúc phóng xạ ăng-ten trong thiết bị gọn thường là isotropic. Tuy rằng hướng ăng-ten có thể được dùng để tách ra qua cực quang., Cách tiếp cận này chỉ có trong những trường hợp đơn giản nhất.. Ví dụ như, trong trường hợp lý tưởng nhất, một mô hình móc với bức xạ bằng không dọc theo trục đào, chỉ có thể cô lập ba ăng-ten qua tính chất mô hình của nó.. The number of peripheral antennas often exceeds the number of antennas located in the near field of each other (Figure 1), và thiết kế công nghiệp không thể đặt ăng-ten vào vị trí điện từ tối ưu.. Do đó, Chúng ta phải đối phó với một mức độ hợp tác nhất định..

Các hệ thống radio khác nhau bị cách ly bởi các bộ lọc ở đầu nguồn RF, nhưng vẫn còn nhiều lý do, và hiệu ứng kết nối giữa các ăng-ten cần được xử lý cẩn thận. Đầu tiên, nhiều hệ thống kết xuất nhiều lần có cùng tần số với các kiểu ăng-ten khác nhau. Thứ hai, s ự nối động mạnh với tần số điều hòa âm thanh có thể gây ra tín hiệu phân tử truyền của phát A cặp với băng tần số điều khiển B của máy nhận. B ộ lọc cũng có thể có nhiệt độ trì hoãn hỗn loạn âm thanh tương tự với ăng-ten mật khẩu. Thứ ba, dây chắn lọc thường phù hợp với môi trường mạch 50 oham, và cản ăng-ten có thể là bất kỳ giá trị nào khác hơn 50 ohms, làm cho băng vượt qua thực tế thay đổi đáng kể khỏi giá trị thiết kế, nên hiệu suất thường chỉ tốt hơn khi dây dừng gần băng chuyền. Điều này có nghĩa là bộ lọc của hệ thống A có thể rò rỉ điện kết nối từ hệ thống B tới hệ thống A, dẫn tới sự giảm độ nhạy của hệ thống A và sự mất điện của hệ thống B. Cuối cùng, hiệu quả phóng xạ của những cái ăng-ten nhỏ có thể rất thấp. Nói cách khác, ngay cả khi hệ thống radio đã được lọc hoàn toàn, các ăng-ten bao quanh sẽ dùng một phần lớn nguồn năng lượng kết nối.

Để tránh được những vấn đề trên đây, chúng ta cần phải đề xuất một phương pháp phân tích và phân tích đầy đủ mới cho hệ thống ăng-ten.

Tại sao các phương pháp phân t ích hiện tại không thể xử lý nó?

Trước đây, chúng tôi sử dụng ba phương pháp phân tích hệ thống ăng-ten khác nhau:

1. đo đạc dựa trên phương pháp: Các tham số S của hệ thống đa cổng được mô tả bởi một bộ phân tích mạch vector (VN) nhiều cổng, và mẫu phóng xạ tương ứng với mỗi ăng-ten được đo bằng một thiết bị đo bằng tay nằm trong một buồng cắt ngang.

2. Trình giả lập tần số radio chung có thể phân tích mạch của hệ thống ăng-ten, nhưng không ảnh hưởng gì tới lượng và hiệu quả của phóng xạ.

3. Hệ thống mô phỏng điện tử của hệ thống ăng-ten sử dụng một mô hình ảo linh hoạt để thay thế thiết bị đo bằng tay, và phần mềm điện từ thường cũng chứa một lượng lớn các chức năng dữ liệu sau-xử lý dữ liệu tương tự.

Tất cả các phương pháp trên không thể xử lý đúng các điều khoản giao phối lẫn nhau trong hệ thống đa-antenne. Với phương pháp 1, vì hiệu quả phóng xạ phụ thuộc vào vị trí kết nối của mỗi cổng và mô hình phóng xạ 3D, làm thế nào để tính chính xác độ hiệu quả phóng xạ cũng là một vấn đề khó lường. Hơn nữa, dữ liệu hiệu suất phóng xạ thường được xác định bởi các điểm lưới tần số, thay vì các tham số S, mà có thể làm cho tính toán hiệu suất tổng hợp phức tạp hơn. Một hệ thống tiêu biểu 12-antenne bao gồm cả độ cặp đôi cả 132. Chúng ta cần phải tự viết quá nhiều điều khoản giao phối trong phương trình tính to án hiệu quả tổng hợp.

Xét về sự mất kết nối và độ hiệu quả phóng xạ liên quan cùng lúc với thiết bị, trình giả điện từ thường phù hợp hơn với vấn đề đa-antenne, và khả năng tổng quát của mỗi ống được tính to án. Rõ ràng, mặc dù giả lập điện từ chỉ hỗ trợ mô hình phóng xạ bản địa theo định dạng bản địa, không may là, không có định dạng tiêu chuẩn cho mô hình phóng xạ. Điều đó có nghĩa là trong thực tế, mỗi mô phỏng điện từ có định dạng mô hình bức xạ riêng, và các dữ liệu chế độ không thể chia sẻ giữa các mô phỏng khác nhau, như các tập tin tham số S.

Nhưng giả lập điện từ cũng có những điểm mù. Khi đến được cổng ăng-ten, qua những mạch khớp, bộ lọc, v.v. chúng tôi cần các bộ mạch và các mô hình của chúng. Bộ mô phỏng RF để ý đến thư viện thành phần hơn, và mẫu thành phần thực sự rất quan trọng khi phân tích to àn bộ hệ thống. Hơn nữa, nó không chỉ liên quan đến hiệu quả tổng quát, mà còn liên quan đến các tổn thất các thành phần, xung điện và các dòng chảy liên kết các bộ phận khác nhau. Khi phân tích loại năng lượng này, trình giả lập RF rất mạnh, nhưng khi phân tích năng suất tổng quát, chúng không hề hài lòng.

Tất cả, giả lập điện từ phù hợp cho sự nhập từ ăng-ten vào không gian tự do, và giả lập mạch tần số radio phù hợp với cổng ma trận S từ bộ khuếch đại đến mô tả của ăng-ten nhập. Có phương pháp phân tích nào có thể kết hợp hai phương pháp trên không?

new method
New software has been developed, nó kết hợp lợi thế của mô phỏng mạch điện tử và tần số radio trong việc phân tích tình trạng của... Hệ thống đa-ăng, và tối ưu hiệu hệ thống qua tổng hợp mạch tự động.

Cách hiệu quả của hệ thống ăng-ten sẽ được hoàn thành thông qua hệ thống tương đối đơn giản khớp và tách rời. Nhưng nếu bạn cần đảm bảo rằng tất cả các yếu tố trên được xem xét đúng và cùng lúc, bạn phải mô tả đúng cách thức hiệu quả hệ thống.

Các phương pháp mới được nhúng vào phần mềm mềm mềm tự động tần số của Optenni Lab. Sau nhiều năm phát triển, nó có thể kết nối thẳng các vấn đề điện từ và mạch điện của hệ thống đa-antenne. Nhìn về phía trước trường điện từ, ngoài ma trận đa cổng S-tham số ma trận, các mô hình phóng xạ 3D của một số nhà máy mô phỏng điện từ tiêu chuẩn của công nghiệp cũng được hỗ trợ. Chủ đề chính là cung cấp "công cụ thích hợp nhất cho mỗi vấn đề", nên nền tảng sẽ cực kỳ trung lập về nguồn dữ liệu và kết xuất. Đối với một hệ thống N-antenne dưới một cấu trúc cụ thể, ma trận số tham số NxN S và biểu đồ phóng xạ N (quá tần số) có thể nhận ra sự mô tả hoàn to àn của hệ thống tuyến từ ống thiên tới không gian tự do.

Sự sinh hoạt của hệ thống đa-antenne có thể được tính bằng cách cân bằng và tô điểm lại trường dựa theo giá trị điện thế và dòng của thiết bị nhập ăng-ten. Bản phân tích mạch không chỉ xem xét các yếu tố khớp, bộ lọc, và các thiết bị khác nhau ở cổng ăng-ten, mà còn liên quan tới tham số S Hiệu ứng kết nối điện giữa các cổng do ma trận đại diện. Bằng cách cân nhắc và ráp lại tất cả các mô hình ăng-ten, có thể dùng mẫu phóng xạ tổng hợp để tính to án chính xác độ hiệu quả phóng xạ của mỗi ăng-ten. Quá trình kết hợp tổng hợp điện tử tương tự (điện thế, năng lượng) và xung điện từ tương tự (mô hình bức xạ) phải kết hợp hai trường.

Như đã nói trước, bất kỳ miền tương tự nào cũng không đủ để được sử dụng một mình: lĩnh vực tương tự mạch hoàn to àn bỏ qua hiệu quả phóng xạ, và hiệu quả phóng xạ của một số ăng-ten trong tình huống thực sự có thể thấp như 30=. hoặc thấp hơn. Hệ thống mô phỏng điện từ không thể tính ra giá trị cân bằng tương ứng của mỗi mẫu bức xạ, dẫn đến hiệu quả phóng xạ không chính xác. Thường thì điều quan trọng hơn là khu vực xung điện từ tương tự quên mất các thành phần khác nhau giữa máy khuếch đại và ăng-ten nhập, và loại lỗ này tính toán một tỷ lệ lớn của tổng mất.

Bởi vì sự kết hợp của các khu vực mô phỏng này rõ ràng hữu dụng, các công cụ phân tích cung cấp độ phân tích khác nhau giữa các khu vực. Tuy nhiên, so với tất cả các giải pháp trước, Optenni Lab có ba đặc trưng hoàn toàn khác nhau: 1) kinh ngạc về sự ngu dốt của các công cụ mô phỏng điện từ. "Từ góc độ của vòng tuần hoàn" đến kết hợp địa hình tự động; Ba) Từ viễn cảnh hệ thống thiết kế đặc biệt số bộ ăng-ten.

Sao lại dùng cấu trúc địa hình?
Vấn đề đa-antenne kết nối với nhau cao cấp có nghĩa là "mọi thứ phụ thuộc vào mọi thứ", Nói cách khác, tất cả các ăng-ten phải được khớp và cẩn thận. Lựa chọn của vòng liên kết của ăng-ten A sẽ ảnh hưởng đến việc chọn mạch khớp của ăng-ten B., C, D và v.v... Vấn đề đa cảng, số địa hình tương ứng có thể tăng theo cấp số nhân tố với số thành phần khớp và số cổng, như vậy cho sự tổng hợp tự động, Phương pháp đơn giản và thô này vẫn không thích hợp, đặt bản địa! Nhưng chúng ta có thể sử dụng một số giả thiết đơn giản hơn để làm cho vấn đề dễ xử lý hơn.. Những giả thiết này cuối cùng quyết định hiệu quả của giải quyết vấn đề liên kết nhiều cổng, nhưng phải lưu ý rằng nếu phương pháp kết hợp địa hình không thể mô tả đúng trình độ của hệ thống, Phương pháp này hầu hết vô dụng. Do đó, khả năng phân tích phải đi trước khả năng tổng hợp và tối đa. Từ góc độ phát triển của nền tảng thiết kế, đây là thuộc tính độc lập, nhưng từ quan điểm của người dùng, những khả năng này rõ ràng có liên quan.

Synthesis solution
The "black box" at the front of the antenna is the basic form of an automatic synthesis solution to produce an optimized matching circuit. The total efficiency of these matching circuits will be optimized (considering component loss and antenna radiation efficiency, và đo độ phân hủy khác nhau có thể lấy được, như sự thua không phù hợp, tổng phát/Mất liên kết RF, and total efficiency). Những dữ liệu này sẽ được hiển thị trong sơ đồ cán cân sức mạnh.. Phân tích 2 và 3 làm minh họa kết quả của những bẫy định vị phổ biến khi tập trung vào S11.. Sự phù hợp xấu không đảm bảo hiệu suất tốt. Do đó, it is important that the optimization tool must be able to identify the actual influencing variables
The Optenni Lab discrete component library integrates actual component models from multiple supplier product libraries. Kết quả là, mất điện/Giá trị hiện thời của mỗi yếu tố khớp có thể được tính chính xác. Thêm nữa., Phương pháp này có thể xác định giá trị giá trị giá trị của thành phần và cảnh báo nhà thiết kế khi giá trị đáng giá bị vượt trội để tránh thiệt hại.. Để hỗ trợ thiết kế cao năng lượng và tần số cao, Cách này đã giải quyết chức năng đã điều tập đoạn người tài vi bạn máy và tự nhiên thiết một cách. Cùng một lúc, Nó hỗ trợ thiết kế lai, dung hòa các thành phần và vi dải riêng biệt. Ví dụ như, dùng tụ điện chắn DC, hay việc sử dụng đoạn phim những dải nhỏ thay vì mục dẫn đầu..

Một phần quan trọng trong thiết kế mạch tương ứng là bố trí PCB. Optenni Lab dùng một bộ chế độ mô phỏng điện từ nhiều cổng S-tham số mô phỏng để mô tả hệ thống PCB để hỗ trợ sự hoà nhập với bất kỳ kiểu cách nào (hình nộm 4). Tính cách bố trí đơn giản cũng có thể được dựng bằng sự giúp đỡ của dải nhỏ. Trong cả hai trường hợp, các thành phần chủ yếu của kết hợp là các lò phản ứng nguyên tử hay lò phản ứng chứa tụ điện. Cho nên, ngay cả khi bố trí được đặt theo một hình dạng cụ thể như loại Pi hay loại T, vẫn còn cần một sự kết hợp khác nhau với kích thước 2N của L và C. Optenni Lab tổng hợp tất cả các cấu trúc này và phân loại các mạch tối đa trong danh sách theo khả năng của nó.

Thường, Cần phải xem xét các thành phần khác trong chuỗi RF, như balcon, đầu, đường truyền/dây, và công tắc. Các thành phần tần số radio này phù hợp với môi trường đại thao, nhưng như đã đề cập, Làm cản ăng-ten có thể thay đổi đáng kể từ 50 oham, để mỗi thành phần không còn trong một môi trường cản trở thích hợp. Optenni Lab thiết một bộ phần điểm pháp điện thoại này để hợp với một đánh thoáng ăng-ten với sự hộp hội RF để có thể điều khiển khiển mộ tốt, như là tối đa sức mạnh tỏa ra tổng của phần còn lại của mật khẩu và hiệu suất tạm dừng yêu cầu. Hình 5 hiển thị biểu đồ thiết lập.

Điều tương tự, sự tập trung của thiết kế là vấn đề nhạy cảm do sự thay đổi nhỏ của giá trị ứng dụng. Đôi khi giải pháp có vẻ tốt trong quá trình kiểm tra nhanh, nhưng kết quả lại hào nhoáng, vì những thay đổi nhỏ trong giá trị thành phần có thể làm giảm hiệu quả hệ thống. Hình dáng 6 cho thấy một ví dụ nơi hiệu quả của giải pháp "tối ưu" bị giảm nghiêm trọng vì độ chịu đựng của mô-típ. Tuy nhiên, địa hình nằm hạng Không. 3 trong hiệu suất được xem là giá trị phản ứng ổn định nhất. Optenni Lab tự động quay lại theo độ nhạy của độ chịu đựng này, và so với nghiên cứu bằng tay, chi phí có thể bị giảm rất nhiều, có hàng chục loại địa hình thay thế hàng trăm lần.

Multi-antenna specific analysis and synthesis functions
The traditional multi-antenna design relies on the radiating element to achieve resonance at the required frequency, và sự cách ly giữa các ăng-ten được thực hiện qua cách ly vật lý., nhưng nó bị giới hạn bởi các yếu tố thiết kế công nghiệp. Đối với thiết bị gọn, Khoảng cách vật lý có giới hạn, và kết nối có thể gây ra nhiều thử thách.. Thêm nữa., cho bạn Thiết kế tốt nhất PCB, It is important to be able to be Tính ra bức xạ pattern và phóng xạ efficacy của hệ thống tương ứng.

Khi hiệu ứng kết nối mạnh, ăng-ten A sẽ được kích thích, nên ăng-ten B sẽ dẫn ra dòng điện, nó sẽ ảnh hưởng tới mô hình phóng xạ ở vùng xa của ăng-ten A. Những dòng này phụ thuộc vào thiết bị cuối của ăng-ten B. Khác với việc tính năng phát điện nhờ nguyên tố ăng-ten, cái phương pháp này sẽ thay đổi dòng điện dẫn ứng ở điểm truyền ăng-ten. và tính toán các mẫu phóng xạ tổng hợp qua sự kết hợp của các trường khác nhau. Bức xạ hiệu quả được tính toán từ hoàn toàn xa.