Eine einzige Antenne kann für GPS- und Bluetooth-Anwendungen verwendet werden, wenn ein Anpassungsnetzwerk richtig entworfen wird. Sobald die gewünschte Topologie des Anpassungsnetzwerks mit einem Schaltungssimulator bestimmt wurde, sind Vollwellensimulationen erforderlich, um die endgültigen LC-Werte zu bestimmen, da es eine parasitäre Kopplung zwischen der Antenne und dem 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. Nachdem die Topologie des Anpassungsnetzwerks festgelegt wurde, werden die Kupferbahnen auf der Leiterplatte verlegt (Abbildung 2). Die Einspeisung und die Shunt-Induktivität werden mit Durchkontaktierungen durch das Substrat geerdet. Obwohl die beiden Induktivitäten und der einzelne Kondensator bereits platziert wurden, sind ihre endgültigen Werte noch nicht bekannt.
Abbildung 1: GPS/Bluetooth-Antenne.
Abbildung 2: Passendes Netzlayout mit eingebauten Komponenten.
Sobald alle Projekteinstellungen definiert sind (Materialeigenschaften, Gitter, Wellenform usw.), wird der Circuit Element Optimizer von XF verwendet, um das System mit dem Vollwellen-FDTD-Solver von XF zu charakterisieren. Anschließend werden die endgültigen Komponentenwerte anhand der Systemcharakterisierung bestimmt. Da der FDTD-Solver verwendet wird, erfasst und berücksichtigt dieser Prozess alle elektromagnetischen Phänomene, die die Leistung des Anpassungsnetzwerks beeinflussen.
Als Eingaben für die Optimierung werden die Schwellenwerte für die GPS- und Bluetooth-Bänder als Ziele vorgegeben. Der Reflexionskoeffizient muss unter -4 dB bzw. -10 dB für das GPS- und Bluetooth-Band liegen. Außerdem können die Induktionswerte zwischen 0,1 nH und 100 nH liegen, während der Kondensator zwischen 0,1 pF und 100 pF liegen kann.
Nach Abschluss der Optimierung werden die endgültigen Komponentenwerte bereitgestellt, wie in Abbildung 3 dargestellt. Zur Überprüfung wird eine weitere FDTD-Simulation durchgeführt, bei der die LC-Komponentenwerte aus der Optimierung auf das Projekt angewendet werden. Die Ergebnisse von S11 sind in Abbildung 4 dargestellt. Bei der Optimierung wurden Komponentenwerte gefunden, die den Schwellenwert für die GPS- und Bluetooth-Bänder erfüllen.
Abbildung 3: Optimierte Komponentenwerte.
Abbildung 4: S11 für nicht angepasste und angepasste Antennen.
Während der abschließenden FDTD-Simulation wurden stationäre elektrische Felder durch die Ebene, die das Anpassungsnetzwerk enthält, erfasst (Abbildung 5). Die Kopplung zwischen der Antenne und den Kupferleiterbahnen zeigt, wie wichtig es ist, alle elektromagnetischen Effekte bei der Bestimmung der endgültigen LC-Komponentenwerte zu berücksichtigen.
