無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)設備天線(xiàn)的設計和仿真

對帶有開(kāi)關(guān)電路的2.4 GHz極化分集印刷天線(xiàn)進(jìn)行電磁場(chǎng)及電磁場(chǎng)與電路協(xié)同仿真

通過(guò)采用極化分集技術(shù)，可以用低成本PCB基片制造具有良好接收機性能的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)設備(WLAN)天線(xiàn)。本文將描述如何使用最新的三維電磁場(chǎng)(EM)仿真工具來(lái)設計和仿真一對2.4GHz正交極化的印刷偶極子天線(xiàn)，同時(shí)預測表面電流和相關(guān)的遠場(chǎng)輻射圖。

與目前很多同一主題的文章不同，本文論述如何通過(guò)使用EM電路協(xié)同仿真，綜合考慮用于天線(xiàn)極化切換的基帶電路元件的效應。采用本文所描述的方法，設計人員可從線(xiàn)性或非線(xiàn)性電路仿真中直接對天線(xiàn)激勵，而無(wú)須手動(dòng)執行數據傳遞。

概述

消費類(lèi)無(wú)線(xiàn)應用要求天線(xiàn)應隱蔽地安裝在無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品中，且必須具有低成本和高性能。下面的示例描述了如何通過(guò)在FR4 PCB電路板上印刷雙正交偶極子天線(xiàn)，來(lái)滿(mǎn)足2.4GHz WLAN應用的上述要求。當PCB電路板被垂直放置時(shí)，垂直或水平偶極子天線(xiàn)將分別優(yōu)先發(fā)射和接收垂直或水平極化的信號，如圖1所示。

通過(guò)在天線(xiàn)單元中建立可檢測和切換較強信號的電路，可以使用這種極化分集技術(shù)來(lái)降低多路徑反射和干擾對WLAN網(wǎng)絡(luò )的影響。這種天線(xiàn)的設計和分析已經(jīng)在一些文獻中詳細描述，所以本文將通過(guò)使用電磁場(chǎng)(EM)仿真來(lái)快速分析天線(xiàn)的特性，進(jìn)一步再使用電磁場(chǎng)與電路協(xié)同仿真技術(shù)來(lái)分析開(kāi)關(guān)電路對天線(xiàn)性能的影響。

使用電磁場(chǎng)仿真對天線(xiàn)設計進(jìn)行快速分析

圖2顯示了偶極子天線(xiàn)的結構和幾何尺寸。

使用Agilent EEsof EDA的Momentum三維平面電磁場(chǎng)仿真器天線(xiàn)結構進(jìn)行精確仿真，結果與公認的數據相吻合。Momentum三維平面電磁場(chǎng)仿真器在典型的筆記本電腦(HP xw4400Intel Dual Core 6600 2.4GHz WinXP 64bit 2GB RAM)上運行，仿真時(shí)間為一分鐘。由于這樣快速的仿真，我們可以快速分析幾何形狀或材料參數等變量變化時(shí)天線(xiàn)的特性。

圖3顯示了FR4介電常數在4.2～5.0之間的變化對偶極子天線(xiàn)諧振頻率的影響。此處我們注意到，介電常數越高，則共振頻率越低。這個(gè)結果不出所料，因為相對于介電常數升高而造成基片材料中的波長(cháng)減少，偶極子天線(xiàn)本身具有較大的電尺寸。當設計低制造成本產(chǎn)品時(shí)，通常會(huì )存在這些變化，考慮這些因素特別重要。

通過(guò)查看圖4中顯示的幾何結構的變化對天線(xiàn)表面電流的影響，可對天線(xiàn)設計得到進(jìn)一步的了解。表面電流圖對診斷失配或不希望有的耦合的來(lái)源非常有幫助，圖中的電流密度用多種顏色來(lái)表示，并通過(guò)對電流相位進(jìn)行360°掃描動(dòng)態(tài)刷新而得到動(dòng)畫(huà)效果?，F在，可
以看到電流是如何被引入到相鄰結構中或在何處引起了不希望有的諧振，從而進(jìn)一步進(jìn)行修正。這比傳統的試探法多次加工和調整電路板或不斷地進(jìn)行切割、粘貼電路板要精確和高效得多。