設(shè)計(jì)和仿真無線局域網(wǎng)設(shè)備天線

　　Momentum中使用的矩量法（MOM）仿真技術(shù)假設(shè)介質(zhì)平面是無限大的。大多數(shù)應(yīng)用都近似滿足這樣的條件。在必須考慮有限介質(zhì)效應(yīng)的情況下（如印刷偶極非常緊密地貼近PCB邊緣時(shí)），可以通過全三維電磁場仿真工具，使用有限元方法（FEM）進(jìn)行分析。圖5顯示了使用由Agilent EEs of EDA開發(fā)的電磁設(shè)計(jì)系統(tǒng)（EMDS）進(jìn)行仿真的情形，將偶極子天線先后放置在與PCB邊緣間隔5mm和2mm的位置，結(jié)果發(fā)現(xiàn)諧振頻率發(fā)生了大約 100MHz的偏移。

圖5 全三維電磁場仿真顯示印刷偶極子天線在靠近PCB邊緣時(shí)的效應(yīng)。
將偶極子天線從距離PCB邊緣5mm處移動(dòng)到2mm處時(shí)，諧振頻率向上偏移100MHz

圖6 由于矩量法（MOM）計(jì)算中固有的無限大介質(zhì)平面假設(shè)，因此矩量法計(jì)算出來的偶極子天線遠(yuǎn)場圖顯示在PCB平面方向上沒有任何輻射。右側(cè)為較精確的有限元方法（FEM）計(jì)算的遠(yuǎn)場圖，如顏色漸變所示，其輻射功率的螺旋形分布更為平滑

　　圖6中比較了Momentum和EMDS預(yù)測的偶極子天線遠(yuǎn)場輻射圖。由于EMDS在計(jì)算過程中不需要假設(shè)無限PCB介質(zhì)平面的條件，所以其預(yù)測的遠(yuǎn)場圖比矩量法技術(shù)預(yù)測的遠(yuǎn)場圖更精確（矩量法仿真的結(jié)果顯示了在假設(shè)的無限PCB平面方向上沒有任何輻射）。

　　將電路元件和天線一起進(jìn)行協(xié)同仿真和協(xié)同優(yōu)化

　　為了充分利用極化分集技術(shù)，可通過使用pin二極管構(gòu)成的開關(guān)電路與偶極子天線連接，對偶極子天線進(jìn)行導(dǎo)通和關(guān)閉。

　　其間我們必須考慮：

● 開關(guān)電路對整體天線性能的影響。
● 一個(gè)偶極子天線對另一個(gè)偶極子天線的影響。
● 對處于天線和收發(fā)信機(jī)之間的開關(guān)電路進(jìn)行電 路匹配。

圖7 電磁場與電路協(xié)同仿真可對雙天線和開關(guān)電路一起進(jìn)行分析和優(yōu)化，還可以應(yīng)用在DSP控制下的自適應(yīng)天線匹配和波束成形上

　　通過使用先進(jìn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)（ADS）平臺(tái)中集成的Momentum執(zhí)行電磁場與電路協(xié)同仿真，可對上述因素進(jìn)行分析。圖7顯示了雙偶極子天線和開關(guān)電路的協(xié)同仿真設(shè)置，此處使用+5V或  -5V控制電壓對接在每個(gè)偶極子天線之后的PIN二極管進(jìn)行偏置來實(shí)現(xiàn)極化選擇。圖8顯示了從兩個(gè)雙偶極子天線的共用饋電處得到的S11反射系數(shù)。

圖8 極化分集偶極子天線的反射系數(shù)，包括了極化開關(guān)電路的效應(yīng)

　　從現(xiàn)在開始，如果需要通過調(diào)整偶極子天線的幾何尺寸和改變開關(guān)電路的參數(shù)來優(yōu)化偶極子天線的共振頻率或S11匹配，可以在ADS中執(zhí)行電磁場與電路協(xié)同仿真。在軟件定義無線電環(huán)境中，如單一天線必須能夠在不同的頻率和帶寬上工作，同樣可以使用類似的技術(shù)來設(shè)計(jì)在DSP控制下的自適應(yīng)天線匹配或波束成形網(wǎng)絡(luò)。它同樣有助于對電容器矩陣進(jìn)行切換的自適應(yīng)開關(guān)電路，在手機(jī)與使用者相距不同距離時(shí)自適應(yīng)電路通過切換不同的電容跟蹤匹配不斷變化的天線特性。