 |
اجزای الکتریکی در سیستم های ارتباطی بی سیم به گونه ای طراحی شده اند که برای حمل و نقل و بهره وری کوچک و سبک باشند و در عین حال عملکرد و کارایی مناسبی داشته باشند. آنتن‌ها اجزای ضروری در دستگاه‌های تلفن همراه هستند و باید در فضای محدودی که مشخصات صنعتی مجاز می‌داند قرار بگیرند. برای برآورده کردن این نیاز، آنتن F معکوس مسطح (PIFA) رایج است و یک انتخاب محبوب برای آنتن های کوچک در تلفن های همراه است. طراحی PIFA را می توان تنظیم و گسترش داد تا چندین باند فرکانس را از تلفن های همراه، Wi-Fi و Bluetooth® پوشش دهد .. آنتن در این مثال مقدماتی فقط برای محدوده فرکانس پایین پیوند باند خدمات بی سیم پیشرفته (AWS) تنظیم شده است. خواص تطبیق امپدانس آنتن بر حسب پارامترهای S محاسبه شده و الگوی تابش میدان دور شبیه سازی شده است.
شکل 1: یک PIFA ساده روی برد مدار FR4 توسط یک بسته ABS محصور شده است. قسمت جلوی محفظه شامل ترکیبی از شیشه و یک بستر سیلیکونی کامپوزیت است که یک صفحه نمایش لمسی را تشکیل می دهد. حوزه هوای اطراف و لایه‌های کاملاً منطبق که برای شبیه‌سازی مورد نیاز هستند، در این شکل گنجانده نشده‌اند.
محدوده فرکانس downlink باند AWS از 2.11 گیگاهرتز تا 2.155 گیگاهرتز است. در این محدوده فرکانس، قسمت فلزی آنتن را می توان با استفاده از مرزهای رسانای الکتریکی کامل (PEC) مدل کرد. تلفات روی سطوح فلزی به دلیل رسانایی بالای مس ناچیز است.
برد مدار FR4 با صفحه زمین در داخل محفظه اکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS) بدون تلفات RF قرار داده شده است. آنتن با کیس ماکت تلفن همراه در یک حوزه هوای کروی مدل‌سازی شده است که توسط لایه‌های کاملاً منطبق (PML) محصور شده است که تمام تشعشعات خروجی از آنتن را جذب می‌کند.
شکل 2: نمای زوم شده PIFA. این شامل یک بخش تابشی، یک نوار تغذیه و یک نوار تطبیق امپدانس است که به سطح زمین کوتاه شده است.
یک پورت توده ای با امپدانس مرجع 50 Ω برای تحریک آنتن و ارزیابی امپدانس ورودی استفاده می شود. پورت توده ای بین دو مرز فلزی اختصاص داده شده است: صفحه زمین تخته FR4 و یک نوار تغذیه عمودی ( شکل 2 ). نوار دیگری که به سطح زمین کوتاه شده است در مجاورت نوار تغذیه برای تطبیق امپدانس اضافه می شود. فاصله Δ، شکاف تطبیق امپدانس، نقش مهمی برای تطبیق آنتن با امپدانس مرجع دارد.
شکل 3 هنجار میدان E پیش فرض را در صفحه xy نشان می دهد که در آن ارتفاع صفحه برای تجسم نمودار در سطح بالایی PIFA تنظیم می شود. نمودار توزیع میدان نشان می دهد که میدان الکتریکی در یکی از سطوح فلزی بالایی دور از نقطه تغذیه قوی است. این شبیه توزیع میدانی یک آنتن تک قطبی موج چهارم است که PIFA از آن تکامل یافته است.
الگوی تابش میدان دور با فرمت قطبی آنتن در شکل 5 نشان داده شده است . از آنجایی که آنتن کوچک شده و در یک گوشه از صفحه زمین قرار می گیرد، این الگوی تابش آزیموتال دیگر همه جهته نیست. بهره آنتن در صفحه xy از -6 dBi تا 2 dBi متغیر است .
پارامترهای S در محدوده فرکانس داده شده در شکل 4 نشان داده شده است . تمام مقادیر محاسبه شده S 11 زیر 10- دسی بل هستند که نسبت موج ایستاده ولتاژ (VSWR) کمتر از 2:1 است. این نسبت نشان می‌دهد که چگونه امپدانس ورودی آنتن با امپدانس مرجع 50 Ω که در سیستم‌های اندازه‌گیری رایج مانند آنالایزرهای شبکه معمول است مطابقت دارد.
الگوی تابش میدان دور دو بعدی ممکن است برای نشان دادن حداکثر تابش و صفر کافی نباشد. بنابراین، بررسی الگوهای تابش سه بعدی همانطور که در شکل 6 نشان داده شده است، تمرین خوبی است .
با استفاده از پنجره Selection List ممکن است انتخاب مرز صحیح آسان تر باشد . برای باز کردن این پنجره، در نوار ابزار Home روی Windows کلیک کرده و Selection List را انتخاب کنید . (اگر از دسکتاپ کراس پلتفرم استفاده می کنید، ویندوز را در منوی اصلی پیدا می کنید.)
تعریف هندسه را با افزودن یک کره برای یک حوزه هوای اطراف به پایان برسانید، جایی که تنظیمات لایه را برای تعریف لایه‌های کاملاً منطبق بعداً پیکربندی خواهید کرد.
2 |
حالا فیزیک را تنظیم کنید. با فرض ناچیز بودن تلفات روی سطوح فلزی در محدوده فرکانس شبیه سازی، تمام قطعات فلزی را می توان به عنوان رسانای الکتریکی کامل (PEC) مدل کرد.
1 |
اندازه عنصر درشت را برای کاهش اندازه مسئله (درجات آزادی) انتخاب کنید. این امر باعث ایجاد مش کم تراکم در قسمت های منحنی می شود در حالی که حداکثر اندازه عنصر همچنان کوچکتر از 0.2 طول موج است.
1 |
2 |
با گروه توسط مماس پیوسته ، می توانید سطح تلفن را به راحتی انتخاب کنید. گروه بر اساس مماس پیوسته به شما امکان می دهد چهره ها یا لبه های مجاور را انتخاب کنید که به طور پیوسته با تلورانس زاویه ای که شما مشخص کرده اید مماس هستند. انتخاب هر سطح بیرونی گوشی به طور خودکار تمام سطوح بیرونی گوشی را انتخاب می کند.
همان مدل را با وضوح فرکانس بسیار ظریف‌تر با استفاده از جابجایی فرکانس تطبیقی بر اساس ارزیابی شکل موج مجانبی (AWE) تحلیل کنید. هنگامی که یک دستگاه پاسخ فرکانس متفاوتی را ارائه می دهد، AWE زمان حل سریع تری را هنگام اجرای شبیه سازی در بسیاری از نقاط فرکانس ارائه می دهد. مثال زیر با AWE را می توان حدود بیست برابر سریعتر از جاروهای معمولی دامنه فرکانس با وضوح فرکانس یکسان محاسبه کرد.
1 |
3 |
یک منحنی ارزش اسکالر که به آرامی متغیر است برای عبارات AWE به خوبی کار می کند. وقتی نوع بیان AWE روی Physics کنترل شده در تنظیمات مطالعه جابجایی فرکانس تطبیقی تنظیم می‌شود ، sqrt(1-abs(comp1.emw.S11)^2) به طور خودکار برای دستگاه‌های یک پورت استفاده می‌شود.
از آنجایی که چنین مرحله فرکانس خوبی راه حلی با حافظه فشرده ایجاد می کند، اندازه فایل مدل با ذخیره شدن به شدت افزایش می یابد. زمانی که فقط پاسخ فرکانسی متغیرهای مربوط به پورت مورد توجه است، لازم نیست همه راه حل های میدانی ذخیره شوند. با انتخاب کادرهای ذخیره در خروجی در Values of Dependent Variablesبخش، ما می توانیم بخشی از مدل را که راه حل محاسبه شده در آن ذخیره می شود، کنترل کنیم. ما فقط انتخابی حاوی این مرزها را در جایی که متغیرهای پورت محاسبه می‌شوند، اضافه می‌کنیم. اندازه پورت یکپارچه معمولاً در مقایسه با کل دامنه مدل‌سازی بسیار کوچک است و اندازه فایل ذخیره‌شده با مرحله فرکانس خوب کم و بیش اندازه مدل جاروب فرکانس گسسته معمولی است، زمانی که فقط راه‌حل‌های مرزهای پورت یکپارچه ذخیره می‌شوند.
4 |
It is necessary to include the lumped port boundaries to calculate S-parameters. By choosing only the lumped port boundaries for Store fields in output settings, it is possible to reduce the size of a model file a lot.
4 |
