設計和仿真無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)設備天線(xiàn)

　　Momentum中使用的矩量法（MOM）仿真技術(shù)假設介質(zhì)平面是無(wú)限大的。大多數應用都近似滿(mǎn)足這樣的條件。在必須考慮有限介質(zhì)效應的情況下（如印刷偶極非常緊密地貼近PCB邊緣時(shí)），可以通過(guò)全三維電磁場(chǎng)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(kāi)發(fā)的電磁設計系統（EMDS）進(jìn)行仿真的情形，將偶極子天線(xiàn)先后放置在與PCB邊緣間隔5mm和2mm的位置，結果發(fā)現諧振頻率發(fā)生了大約 100MHz的偏移。

圖5 全三維電磁場(chǎng)仿真顯示印刷偶極子天線(xiàn)在靠近PCB邊緣時(shí)的效應。
將偶極子天線(xiàn)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）計算中固有的無(wú)限大介質(zhì)平面假設，因此矩量法計算出來(lái)的偶極子天線(xiàn)遠場(chǎng)圖顯示在PCB平面方向上沒(méi)有任何輻射。右側為較精確的有限元方法（FEM）計算的遠場(chǎng)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預測的偶極子天線(xiàn)遠場(chǎng)輻射圖。由于EMDS在計算過(guò)程中不需要假設無(wú)限PCB介質(zhì)平面的條件，所以其預測的遠場(chǎng)圖比矩量法技術(shù)預測的遠場(chǎng)圖更精確（矩量法仿真的結果顯示了在假設的無(wú)限PCB平面方向上沒(méi)有任何輻射）。

　　將電路元件和天線(xiàn)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(guò)使用pin二極管構成的開(kāi)關(guān)電路與偶極子天線(xiàn)連接，對偶極子天線(xiàn)進(jìn)行導通和關(guān)閉。

　　其間我們必須考慮：

● 開(kāi)關(guān)電路對整體天線(xiàn)性能的影響。
● 一個(gè)偶極子天線(xiàn)對另一個(gè)偶極子天線(xiàn)的影響。
● 對處于天線(xiàn)和收發(fā)信機之間的開(kāi)關(guān)電路進(jìn)行電 路匹配。

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

　　通過(guò)使用先進(jìn)設計系統（ADS）平臺中集成的Momentum執行電磁場(chǎng)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(xiàn)和開(kāi)關(guān)電路的協(xié)同仿真設置，此處使用+5V或  -5V控制電壓對接在每個(gè)偶極子天線(xiàn)之后的PIN二極管進(jìn)行偏置來(lái)實(shí)現極化選擇。圖8顯示了從兩個(gè)雙偶極子天線(xiàn)的共用饋電處得到的S11反射系數。

圖8 極化分集偶極子天線(xiàn)的反射系數，包括了極化開(kāi)關(guān)電路的效應

　　從現在開(kāi)始，如果需要通過(guò)調整偶極子天線(xiàn)的幾何尺寸和改變開(kāi)關(guān)電路的參數來(lái)優(yōu)化偶極子天線(xiàn)的共振頻率或S11匹配，可以在A(yíng)DS中執行電磁場(chǎng)與電路協(xié)同仿真。在軟件定義無(wú)線(xiàn)電環(huán)境中，如單一天線(xiàn)必須能夠在不同的頻率和帶寬上工作，同樣可以使用類(lèi)似的技術(shù)來(lái)設計在DSP控制下的自適應天線(xiàn)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)行切換的自適應開(kāi)關(guān)電路，在手機與使用者相距不同距離時(shí)自適應電路通過(guò)切換不同的電容跟蹤匹配不斷變化的天線(xiàn)特性。