¿Cómo resolvimos el desafío de diseño de las antenas de telefonía móvil?
En este artículo, estudiaremos la conferencia "Desafíos del diseño de antenas de terminales de teléfonos móviles" del ingeniero de Nokia Kalle Kiesi para estudiar lo difícil que es diseñar una antena con excelente rendimiento para un teléfono móvil en la actualidad. Luego corresponda uno por uno para ver qué buenas soluciones tiene Agilent para esto. En el siglo pasado, ser ingeniero de antenas de telefonía móvil todavía era un trabajo relativamente fácil. En primer lugar, no es necesario diseñar muchos tipos de antenas: antenas de látigo, antenas helicoidales y antenas PIFA; en segundo lugar, la banda de frecuencia es única y solo requiere antenas de una sola frecuencia o, como máximo, antenas de doble frecuencia. Ha pasado el tiempo y el tiempo ha entrado en el siglo XXI. Los teléfonos móviles han entrado en los hogares de la gente común y tienen cada vez más funciones. Como ingeniero de diseño de antenas de teléfonos móviles, ¿sigue mi vida tan tranquila como antes? Los fabricantes de teléfonos móviles han planteado muchos requisitos para los ingenieros de antenas: los teléfonos móviles tan voluminosos como ladrillos ya no son una herramienta para lucirse. Los teléfonos móviles tan delgados como tarjetas de visita se están volviendo cada vez más populares, y reducir el tamaño de las antenas se ha convertido en la prioridad. tarea más urgente. Pero esta tarea es difícil de completar: hoy en día, la antena principal de los teléfonos móviles está diseñada para ser de cuatro o cinco bandas; la comunicación de datos de alta velocidad requiere un mayor rendimiento de la antena, lo que sólo es posible con antenas de mayor tamaño; al mismo tiempo, diferentes especificaciones para antenas de teléfonos móviles Los requisitos son cada vez más estrictos: características de radiación Normas de seguridad EMF: la tasa de absorción específica (SAR) debe cumplir con ciertos estándares compatibilidad con audífonos (HAC): las señales de los teléfonos móviles deben cumplir; No interfiere con los audífonos. Requisitos EMC: La emisión de parásitos y las autointerferencias deben cumplir los requisitos. Los teléfonos móviles actuales tienen un diseño muy compacto: no sólo integran componentes necesarios como micrófonos, altavoces, pantallas y antenas, sino que también tienen diferentes aplicaciones como cámaras, Bluetooth y WLAN. Cómo configurar más de 10 antenas de radiofrecuencia en un espacio limitado para admitir sistemas de baja frecuencia como FM y AM sin causar problemas de EMC es realmente un dolor de cabeza. Y en el caso de las nuevas tecnologías de comunicación, también se podrán utilizar nuevas tecnologías como MIMO o la diversidad para mejorar las velocidades de datos y el rendimiento de OTA. Los teléfonos móviles de hoy han cambiado respecto a la situación pasada en la que dominaban el mundo los clamshells o tabletas. Vienen en varios estilos: cubiertas deslizantes, giratorias, superficies metálicas y las antenas están lo más ocultas posible. Es necesario desarrollar antenas adecuadas para diferentes tipos de teléfonos móviles. Ya no es como antes, cuando una misma antena se podía utilizar en varios modelos de teléfonos móviles. Y la posición de instalación de la antena también debe determinarse con mucho cuidado. Los diferentes hábitos operativos de los usuarios no pueden afectar el rendimiento de la antena. No importa cómo la mano del usuario agarre el teléfono móvil, el rendimiento de la antena del teléfono móvil también debe reducirse significativamente. ser considerado. Incluso hay que considerar cómo funcionará el teléfono en diferentes entornos: en su bolsillo, en su escritorio, en diferentes orientaciones. Parece que ser ingeniero de antenas es muy difícil hoy en día. Se necesita mucha energía para ajustar repetidamente la posición y refinar el mecanismo después de instalar la antena. Al mismo tiempo, debe estar en línea con el desarrollo de todo el teléfono móvil y el diseño debe corregirse rápidamente. Pero la buena noticia es que Agilent ahora tiene una buena solución para el diseño de antenas de teléfonos móviles: Agilent lanzó AMDS, un software diseñado específicamente para el modelado y diseño de antenas, a finales de 2006. Este software puede ayudar a los ingenieros de antenas de teléfonos móviles a diseñar mejor las antenas, integrarlas antes con los teléfonos móviles para mejorar el rendimiento y considerar más las condiciones de uso de los teléfonos móviles. En respuesta a los desafíos actuales del diseño de antenas de teléfonos móviles, analicemos cómo AMDS puede ayudar a los ingenieros de antenas de teléfonos móviles uno por uno. AMDS se puede conectar de manera efectiva con el software de diseño CAD principal de la industria y puede importar y exportar fácilmente diferentes archivos, de modo que el diseño estructural de teléfonos móviles y el diseño de antenas se puedan combinar sin problemas. Los formatos de archivo que AMDS puede manejar son: SAT, DXF, STEP, IGES y Pro-E. AMDS tiene una herramienta de modelado simple y eficiente. A través del editor de modelos, puede crear modelos sólidos tridimensionales y modelos bidimensionales basados en tamaños, realizar operaciones básicas como copiar, mover, escalar y rotar, y aplicar lógica (booleana). ) operaciones para realizar operaciones complejas combinación de formas. Usar el editor de modelos que viene con AMDS es suficiente para la construcción de modelos generales. Como se muestra a la derecha, el modelo de unión SMA creado en AMDS: Al mismo tiempo, la función de capas de AMDS puede registrar las propiedades del material correspondientes a cada módulo del. modelo importado., las propiedades del modelo se pueden restaurar rápidamente al importar después de modificar el modelo CAD sin tener que editar repetidamente las propiedades del material, lo que mejora en gran medida la eficiencia del procesamiento de modelos complejos de teléfonos móviles.
El mallado adaptativo de AMDS puede desarrollar diferentes esquemas de mallado basados en diferentes módulos de todo el teléfono móvil: si el campo electromagnético alrededor de la antena cambia drásticamente, use una malla más pequeña, mientras que las estructuras sin importancia o los campos electromagnéticos cambian lentamente, etc., un espacio grande. Se puede utilizar la rejilla. Esto no sólo garantiza la precisión de la simulación, sino que también mejora su eficiencia. El mallado correcto es el requisito previo para obtener resultados de simulación correctos. AMDS puede mostrar la situación de la malla y permitir a los usuarios ver y modificar la malla. Para aplicaciones MIMO y aplicaciones de diversidad de antenas, AMDS también se puede diseñar de manera eficiente. Si importa los patrones de radiación de campo lejano de dos antenas, el sistema calculará automáticamente el patrón de radiación total. Los ingenieros de diseño de antenas y teléfonos móviles están muy preocupados por el progreso de la investigación y el desarrollo. Si se necesita una semana para simular el efecto de una antena de teléfono móvil, no importa cuán alta sea la precisión, es inaceptable. Debido a la adopción del algoritmo FDTD, AMDS es muy adecuado para la computación paralela y se pueden utilizar tarjetas aceleradoras de hardware para aumentar considerablemente la velocidad de simulación. Si utiliza una estación de trabajo equipada con una tarjeta aceleradora de hardware para simular el modelo de teléfono móvil, solo tardará quince minutos en obtener los resultados de la simulación. El uso de tecnología de aceleración de hardware puede aumentar la velocidad de simulación de AMDS en más de 20 veces. Una vez que los ingenieros modifican el diseño, pueden obtener rápidamente resultados de retroalimentación, lo que mejora enormemente la eficiencia del diseño. AMDS puede analizar muy bien los diferentes requisitos de uso de los teléfonos móviles. AMDS puede calcular la potencia radiada, SAR, aumento de temperatura, etc. de la antena. AMDS ayuda a los ingenieros de antenas a reducir los ciclos de producción de pruebas de muestras y a superar una variedad de especificaciones de prueba estrictas al producir el primer prototipo. Para los diferentes hábitos de uso de los usuarios de teléfonos móviles y el estado de funcionamiento real del teléfono móvil, AMDS puede simularlos para simular la situación real en la mayor medida posible. Como se muestra en la imagen de arriba, las características de radiación son completamente diferentes cuando el teléfono móvil se sostiene en la mano y cuando el teléfono móvil se sostiene junto a la cabeza de la persona. Las características de reflexión del puerto también son muy diferentes. De esta manera, no es necesario realizar mediciones reales en teléfonos móviles, manos humanas y modelos de cabeza SAM en el cuarto oscuro, y el estado de funcionamiento del teléfono móvil se puede predecir de antemano. Con AMDS, las antenas de teléfonos móviles se pueden diseñar y verificar bien: AMDS permite que diferentes ingenieros colaboren en el diseño de prototipos de antenas y puede simular rápidamente todo el diseño: AMDS lee modelos de antenas y teléfonos móviles de las principales herramientas CAD de la industria y los realiza de manera eficiente. red Se divide la red y luego se simula y analiza la antena integrada con el teléfono móvil. Acelere el proceso de diseño de la antena: gracias al uso de la tecnología FDTD y la tecnología de aceleración de hardware, se puede realizar una simulación de banda ancha rápida. Obtenga análisis de campo lejano, ganancia, parámetro S y otros resultados. Maximice la aproximación al mundo real: AMDS puede ayudar a los ingenieros a calcular SAR, análisis de temperatura, potencia/eficiencia y HAC. Elija la herramienta de simulación más adecuada para cada diseño: Agilent proporciona un conjunto completo de tecnología de simulación 3D: Momentum integrado en ADS utiliza el algoritmo MoM, adecuado para la simulación de circuitos planos multicapa. EMDS también está integrado en ADS, utilizando el algoritmo FEM, adecuado para; simulación de campo cerrado Simule cualquier estructura tridimensional; AMDS utiliza el algoritmo FDTD, que es particularmente adecuado para simular situaciones de apertura y banda ancha. Además, la salida y la importación se pueden realizar fácilmente entre tres software de simulación diferentes.