設計和仿真無線局域網(wǎng)設備天線

　　Momentum中使用的矩量法（MOM）仿真技術假設介質(zhì)平面是無限大的。大多數(shù)應用都近似滿足這樣的條件。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），可以通過全三維電磁場仿真工具，使用有限元方法（FEM）進行分析。圖5顯示了使用由Agilent EEs of EDA開發(fā)的電磁設計系統(tǒng)（EMDS）進行仿真的情形，將偶極子天線先后放置在與PCB邊緣間隔5mm和2mm的位置，結果發(fā)現(xiàn)諧振頻率發(fā)生了大約 100MHz的偏移。

圖5 全三維電磁場仿真顯示印刷偶極子天線在靠近PCB邊緣時的效應。
將偶極子天線從距離PCB邊緣5mm處移動到2mm處時，諧振頻率向上偏移100MHz

圖6 由于矩量法（MOM）計算中固有的無限大介質(zhì)平面假設，因此矩量法計算出來的偶極子天線遠場圖顯示在PCB平面方向上沒有任何輻射。右側為較精確的有限元方法（FEM）計算的遠場圖，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預測的偶極子天線遠場輻射圖。由于EMDS在計算過程中不需要假設無限PCB介質(zhì)平面的條件，所以其預測的遠場圖比矩量法技術預測的遠場圖更精確（矩量法仿真的結果顯示了在假設的無限PCB平面方向上沒有任何輻射）。

　　將電路元件和天線一起進行協(xié)同仿真和協(xié)同優(yōu)化

　　為了充分利用極化分集技術，可通過使用pin二極管構成的開關電路與偶極子天線連接，對偶極子天線進行導通和關閉。

　　其間我們必須考慮：

● 開關電路對整體天線性能的影響。
● 一個偶極子天線對另一個偶極子天線的影響。
● 對處于天線和收發(fā)信機之間的開關電路進行電 路匹配。

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

　　通過使用先進設計系統(tǒng)（ADS）平臺中集成的Momentum執(zhí)行電磁場與電路協(xié)同仿真，可對上述因素進行分析。圖7顯示了雙偶極子天線和開關電路的協(xié)同仿真設置，此處使用+5V或  -5V控制電壓對接在每個偶極子天線之后的PIN二極管進行偏置來實現(xiàn)極化選擇。圖8顯示了從兩個雙偶極子天線的共用饋電處得到的S11反射系數(shù)。

圖8 極化分集偶極子天線的反射系數(shù)，包括了極化開關電路的效應

　　從現(xiàn)在開始，如果需要通過調(diào)整偶極子天線的幾何尺寸和改變開關電路的參數(shù)來優(yōu)化偶極子天線的共振頻率或S11匹配，可以在ADS中執(zhí)行電磁場與電路協(xié)同仿真。在軟件定義無線電環(huán)境中，如單一天線必須能夠在不同的頻率和帶寬上工作，同樣可以使用類似的技術來設計在DSP控制下的自適應天線匹配或波束成形網(wǎng)絡。它同樣有助于對電容器矩陣進行切換的自適應開關電路，在手機與使用者相距不同距離時自適應電路通過切換不同的電容跟蹤匹配不斷變化的天線特性。