Einführung
XFdtd 3D Electromagnetic Simulation Software analysiert Antennen- und Anpassungsschaltungsstrukturen unter Verwendung der Vollwellen-Finite-Difference Time-Domain (FDTD) Simulationsmethode. Der Circuit Element Optimizer von XF nutzt die Vollwellenanalyse zur Auswahl der Komponentenwerte für ein bestimmtes Leiterplattenlayout. Der Auswahlprozess wird durch benutzerdefinierte Strahlungseffizienz- oder S-Parameter-Ziele geleitet und erhält die Genauigkeit durch die Berücksichtigung aller EM-Phänomene, die die Anpassungsschaltungsstruktur beeinflussen, wie z.B. die Kopplung zwischen Antennenmetall und nahegelegenen Leiterbahnen auf der Leiterplatte.
Simulation von Schaltungskomponenten in FDTD
XF simuliert ideale verklumpte Schaltungselemente, die direkt in das EM-Simulationsnetz eingebunden werden. Die Schaltungselemente werden im Zeitbereich zusammen mit der EM-Simulation simuliert. Zusätzlich zu diskreten Spannungsquellenanregungen und Abschlusswiderständen können diese Schaltungskomponenten auch Antennenanpassungskomponenten wie Kondensatoren und Induktivitäten sein. Diese Komponenten werden während der Simulation nicht aus der EM-Simulation in ein ideales Schaltungsschema partitioniert, sondern bleiben in der EM-Layout-Geometrie an ihrem Platz. Daher werden bei der Simulation der Schaltungskomponenten die Verluste in den Signalleitungen, die Durchgangsinduktivität, die Erdungsrückleitungen und die Übertragungsleitungseffekte berücksichtigt, die bei der Vollwellen-FDTD-EM-Simulation ermittelt wurden.
Die direkt im FDTD-Netz angeschlossenen Schaltkreiselemente werden optimiert.
Optimierung von Schaltelementen
Aufbauend auf der Fähigkeit von XF, direkt an das EM-Netz angeschlossene Schaltkreiselemente zu simulieren, ermittelt der Circuit Element Optimizer von XF die besten Komponentenwerte auf der Grundlage der folgenden Ziele:
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Strahlungseffizienz
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Effizienz des Systems
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S-Parameter
Mit Hilfe der Vollwellen-EM-Simulation mit den passenden Schaltungselementen charakterisiert XF das System und führt eine Optimierung durch, ohne die Komponenten in eine andere Umgebung zu verschieben und ideale Erdungen hinzuzufügen. XF simuliert die EM-Struktur nicht bei jeder Iteration der Optimierung. Stattdessen bleibt die EM-Struktur statisch, wobei alle EM-Wechselwirkungen berücksichtigt werden, während die in sie eingesteckten Schaltungskomponenten optimiert werden.
Der Optimierer ist in der Lage, optimale Werte für die folgenden Arten von Schaltungskomponenten zu ermitteln:
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Festwiderstand, Kondensator, Induktor
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Idealer Widerstand, Kondensator, Induktor
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Realistischer Kondensator, Induktor mit benutzerdefiniertem äquivalenten Serienwiderstand
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Passive abstimmbare integrierte Schaltungen (PTIC oder "Tuner")
Jede Komponente kann einen diskreten Wertebereich annehmen, der die bei einem Komponentenlieferanten verfügbaren Teile repräsentiert.
Parasiten und EM-Effekte werden berücksichtigt
Bei der Entwicklung von Hochfrequenz- und Hochleistungsschaltungen und -antennensystemen wird die EM-Simulation eingesetzt, um die komplexen und unzähligen elektromagnetischen Kopplungsmechanismen, Übertragungsleitungseffekte und Erdungsrückstrompfade zu erkennen, die die Leistung beeinflussen und begrenzen. Da die Schaltungselemente an ihrem endgültigen Platz im Schaltungs- oder Antennensystemlayout belassen werden, berücksichtigt XF diese EM-Effekte auf die Schaltungskomponenten auch dann, wenn sie optimiert werden. Es besteht keine Notwendigkeit, die Schaltungskomponenten in ein idealisiertes Schaltungsschema zu verschieben, in dem diese Kopplungs- und Übertragungsleitungseffekte verloren gehen. Der Circuit Element Optimizer von XF nutzt alle verfügbaren EM-Informationen, um die bestmögliche optimierte Anpassung zu erreichen. Diese Fähigkeit ist besonders beliebt bei komplizierten, leistungsstarken Anwendungen wie Mobiltelefonen, bei denen die XF-Optimierung sogar die Auswirkungen des Kopfes oder der Hand eines Mobiltelefonbenutzers auf die Antennenleistung berücksichtigen kann.
Die Optimierung der Vollwellenschaltung berücksichtigt die Feldkopplung zwischen Antenne und Anpassungsnetzwerk.
Entwurfsablauf mit Schaltungselement-Optimierung
Der Prozess beginnt in der Regel mit dem Entwurf und der EM-Simulation einer Antennenstruktur. Sobald die komplexe Impedanz, die in die Antenne hineinragt, aus der EM-Simulation bestimmt ist, kann eine Anpassungsnetzwerk-Topologie gewählt und können die Werte der in Frage kommenden Komponenten zugewiesen werden. Als Nächstes wird die Anpassungsschaltung in den Entwurf eingefügt, einschließlich aller Details der Verbindungen, Durchkontaktierungen und Pads. Dabei kann es sich um eine Leiterplatte handeln, die die Antenne speist, oder um Schaltungskomponenten, die am Antennenfuß oder einer anderen Struktur in der Nähe angebracht sind. Nachdem die Anpassungsstruktur und die Positionen der Schaltungselemente definiert wurden, wird der Circuit Element Optimizer verwendet, um das System zu charakterisieren und optimale Komponentenwerte auszuwählen. Anhand von benutzerdefinierten Zielen und zulässigen Werten für jede Komponente bestimmt der Circuit Element Optimizer, welche Komponentenwerte am besten zu den Zielen passen. Zur Validierung können die ausgewählten Komponenten in eine endgültige Vollwellen-FDTD-Simulation eingefügt oder ein physischer Prototyp gebaut und im Labor getestet werden.
