Vollständige Wellensimulation: Passendes Netzwerkdesign für GPS / Bluetooth Antenne

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Eine einzige Antenne kann für GPS- und Bluetooth-Anwendungen verwendet werden, wenn ein passendes Netzwerk richtig ausgelegt ist. Sobald die gewünschte passende Netzwerktopologie mit einem Schaltungssimulator bestimmt wurde, sind Vollwellensimulationen erforderlich, um die endgültigen LC-Werte zu bestimmen, da es eine parasitäre Kopplung zwischen Antenne und Anpassungsnetzwerk gibt, die vom Schaltungssimulator nicht berücksichtigt wird.

Abbildung 1 zeigt die GPS/Bluetooth-Antenne, die sich an einer Ecke der Leiterplatte des mobilen Geräts befindet. Nach der Bestimmung der Topologie des Anpassungsnetzwerks werden die Kupferbahnen auf der Leiterplatte ausgelegt (Bild 2). Die Einspeisung und der Nebenschlussinduktor werden über Vias durch das Substrat geerdet. Obwohl die beiden Induktoren und der einzelne Kondensator platziert wurden, sind ihre Endwerte nicht bekannt.

Abbildung 1: GPS/Bluetooth-Antenne.

Abbildung 2: Abgleich des Netzwerklayouts mit den vorhandenen Komponenten.

 

Sobald alle Projekteinstellungen definiert sind (Materialeigenschaften, Gitter, Wellenform, etc.), Der Schaltungselementoptimierer von XF wird verwendet, um das System mit dem Vollwellen-FDTD-Solver von XF zu charakterisieren. Anschließend werden die endgültigen Bauteilwerte anhand der Systemcharakterisierung ermittelt. Da der FDTD-Solver verwendet wird, erfasst und berücksichtigt dieser Prozess alle elektromagnetischen Phänomene, die die Leistung des Anpassungsnetzwerks beeinflussen.

Als Input für die Optimierung werden die Schwellenwerte für das GPS- und Bluetooth-Band als Ziele angegeben. Der Reflexionsfaktor muss für das GPS- und Bluetooth-Band unter -4 dB bzw. -10 dB liegen. Zusätzlich können die Induktionswerte zwischen 0,1 nH und 100 nH liegen, während der Kondensator zwischen 0,1 pF und 100 pF liegen kann.

Nachdem die Optimierung durchgeführt wurde, werden die endgültigen Komponentenwerte bereitgestellt, wie in Abbildung 3 dargestellt. Als Verifikationsschritt wird eine weitere FDTD-Simulation durchgeführt, indem die LC-Komponentenwerte aus der Optimierung auf das Projekt angewendet werden. Die S11-Ergebnisse sind in Abbildung 4 dargestellt. Die Optimierung fand Komponentenwerte, die den Schwellenwert für das GPS- und Bluetooth-Band erreichten.

Abbildung 3: Optimierte Komponentenwerte.

Abbildung 4: S11 für unangepasste und angepasste Antenne.

 

Während der abschließenden FDTD-Simulation wurden im stationären Zustand elektrische Felder durch die Ebene mit dem Anpassungsnetzwerk gesammelt (Abbildung 5). Die Kopplung zwischen Antenne und Kupferspuren unterstreicht die Bedeutung der Berücksichtigung aller elektromagnetischen Effekte bei der Bestimmung der endgültigen LC-Komponentenwerte.

Abbildung 5: Feldkopplung zwischen Antenne und Anpassungsnetzwerk.