我們是怎樣解決手機(jī)天線設(shè)計(jì)難題的？_圖文

1、我們是怎樣解決手機(jī)天線的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)的?在本文中,我們將研讀Nokia工程師Kalle Kiesi的講義手機(jī)終端天線設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn),來研究一下當(dāng)今針對(duì)一款手機(jī)設(shè)計(jì)出性能出色的天線是多么困難的事情。再逐一對(duì)應(yīng),看看安捷倫對(duì)此有什么好的解決辦法。 在上個(gè)世紀(jì),當(dāng)手機(jī)天線工程師還是一件比較輕松的事情。一來需要設(shè)計(jì)的天線種類不多:鞭狀天線、螺旋天線、PIFA天線;二來頻段單一,只需要單頻天線,最多雙頻天線。 時(shí)過境遷,時(shí)間進(jìn)入了二十一世紀(jì)。手機(jī)已經(jīng)走入平常百姓家,功能也越來越多,作為一名手機(jī)天線設(shè)計(jì)工程師日子是否還像以前一樣悠閑呢?手機(jī)廠商對(duì)天線工程師提出很多要求: 磚頭一樣笨重的手機(jī)再也不是顯擺的工具,薄如

2、名片的手機(jī)越來越受寵,減小天線體積成了最緊迫的任務(wù)。但是這個(gè)任務(wù)卻很難完成:今天手機(jī)主天線被設(shè)計(jì)成四頻、五頻;高速數(shù)據(jù)通信對(duì)天線的性能要求更高,這只有較大尺寸的天線才可能達(dá)到;同時(shí),不同的規(guī)范對(duì)手機(jī)天線的要求也越來越嚴(yán): 輻射特性;EMF安全規(guī)定:比吸收率(SAR必須滿足一定的標(biāo)準(zhǔn);對(duì)助聽器的兼容性(HAC:手機(jī)信號(hào)不能對(duì)助聽器產(chǎn)生干擾。EMC要求:雜波發(fā)射和自干擾要符合要求。 現(xiàn)在的手機(jī)布局非常緊湊:不僅集成了話筒、揚(yáng)聲器、顯示屏、天線等必備器件,還有攝像頭、藍(lán)牙、WLAN等不同應(yīng)用。如何在有限的空間中設(shè)置10個(gè)以上的射頻天線,支持FM、AM等低頻系統(tǒng),還不能出現(xiàn)EMC問題,真的很讓人頭痛。

3、而且針對(duì)新的通訊技術(shù),還可能使用MIMO或分集等新技術(shù)來提升數(shù)據(jù)率和OTA性能。 現(xiàn)在的手機(jī)一改過去翻蓋或平板一統(tǒng)天下的局面,式樣多種多樣:滑蓋、旋轉(zhuǎn)、金屬表面,天線盡可能的被隱藏起來。針對(duì)不同式樣的手機(jī),都要研發(fā)相對(duì)應(yīng)的天線,不再像過去,一款天線可以在若干型號(hào)的手機(jī)上面使用。而且天線的安裝位置也需要很小心的來確定。 用戶不同的操作習(xí)慣也不能影響天線的性能.不管用戶的手怎么對(duì)手機(jī)進(jìn)行抓握,手機(jī)天線的性能都不能大幅度的下降,人頭對(duì)手機(jī)天線的影響自然也要加以考慮。甚至還得考慮手機(jī)在不同環(huán)境下的工作狀況:在口袋中,在桌面上,在不同的方位。看來,在現(xiàn)在當(dāng)一名天線工程師真的比較辛苦。光是天線安裝好后再反

4、復(fù)調(diào)整位置、細(xì)化機(jī)構(gòu)就得占用大量的精力,同時(shí)還得和手機(jī)整機(jī)研發(fā)步伐一致,很快的更正設(shè)計(jì)。不過好的消息是現(xiàn)在安捷倫針對(duì)手機(jī)天線設(shè)計(jì)有了很好的解決方案:安捷倫在2006年年底推出了專門應(yīng)用于天線建模設(shè)計(jì)的軟件AMDS。這個(gè)軟件可以幫助手機(jī)天線工程師更好的進(jìn)行天線設(shè)計(jì)、更早的和手機(jī)進(jìn)行集成以改進(jìn)性能、更多的考慮手機(jī)的使用狀況。針對(duì)目前手機(jī)天線設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn),我們來逐一分析AMDS怎么來幫助手機(jī)天線工程師。 AMDS可以和業(yè)界的主流CAD設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行有效連接,方便的導(dǎo)入、輸出不同文件,讓手機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和天線設(shè)計(jì)可以無縫結(jié)合。AMDS可以處理的文件格式有:SAT、DXF、STEP、IGES、Pro-E。AMD

5、S有著簡單、高效的建 模工具,通過模型編輯器,可以實(shí)現(xiàn)基于尺寸的三維實(shí)體模型建立、二維模型建立,進(jìn)行復(fù)制、移動(dòng)、縮放、旋轉(zhuǎn)等基本操作,應(yīng)用邏輯(Boolean操作進(jìn)行復(fù)雜形狀的組合。使用AMDS自帶的模型編輯器,足以進(jìn)行一般的模型建立,如右圖所示為在AMDS中建立的SMA接頭模型:同時(shí),AMDS的分層功能,可以記錄導(dǎo)入模型各模塊相對(duì)應(yīng)的材料特性,修改CAD模型后再進(jìn)行導(dǎo)入時(shí)可以快速恢復(fù)模型特性,而不需重復(fù)編輯材料特性,大大提高了處理復(fù)雜手機(jī)模型的效率。 AMDS的自適應(yīng)網(wǎng)格劃分(Adaptive meshing可以根據(jù)整個(gè)手機(jī)不同的模塊制定不同的網(wǎng)格劃分方案:如天線周圍電磁場變化劇烈,采用較小

6、的網(wǎng)格,而不重要的結(jié)構(gòu)或電磁場變化緩慢的自由空間等,可以采用大網(wǎng)格。這樣既保證了仿真精度,又提高了仿真效率。正確的網(wǎng)格剖分是得到正確仿真結(jié)果的前提。AMDS能夠顯示網(wǎng)格剖分情況,并且允許用戶查看、修改網(wǎng)格。針對(duì)MIMO應(yīng)用及天線分集應(yīng)用,AMDS也可以進(jìn)行高效的設(shè)計(jì)。如導(dǎo)入兩個(gè)天線的遠(yuǎn)場輻射圖,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)計(jì)算總輻射圖。 天線手機(jī)設(shè)計(jì)工程師非常在意研發(fā)進(jìn)度,如果得到手機(jī)天線的效應(yīng)需要仿真一個(gè)禮拜,即使精度再高,也是不能接受的。由于采用FDTD算法,AMDS非常適合并行計(jì)算,可以使用硬件加速卡來大幅度提高仿真速度。如使用安裝了硬件加速卡的工作站來仿真手機(jī)模型,只需要十五分鐘就可以得到仿真結(jié)果。使用

7、硬件加速技術(shù)可以提高AMDS的仿真速度20倍以上。工程師對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行修改后,可以快速得到反饋結(jié)果,大大的提高了設(shè)計(jì)效率。針對(duì)手機(jī)不同的使用要求，AMDS 可以很好的進(jìn)行分析。AMDS 可以計(jì)算天 線的輻射功率、SAR、溫升等。AMDS 幫助天線工程師減少樣品試制輪回，在制 作出第一次樣機(jī)時(shí)就能通過多種嚴(yán)格的測試規(guī)范。 對(duì)于手機(jī)用戶的不同使用習(xí)慣及手機(jī)的實(shí)際工作狀態(tài)，AMDS 可以對(duì)其進(jìn)行 仿真來最大程度的模擬實(shí)際情況。 如在上圖中，手機(jī)放在手中的狀態(tài)和手握住手機(jī)放在人頭旁邊的輻射特性是 完全不同的，端口的反射特性也差別很大。這樣不需要在暗室中對(duì)手機(jī)、人手、 SAM 人頭模型進(jìn)行實(shí)測，就可以提前預(yù)

8、測手機(jī)的工作狀態(tài)。 使用 AMDS，可以很好的設(shè)計(jì)驗(yàn)證手機(jī)天線： AMDS 允許不同工程師進(jìn)行協(xié)作設(shè)計(jì)天線原型，而且可以快速的對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì) 進(jìn)行仿真：AMDS 從業(yè)界主流 CAD 工具中讀取天線及手機(jī)模型，高效的進(jìn)行網(wǎng)格 劃分，再對(duì)集成了手機(jī)的天線進(jìn)行仿真分析。 加快天線的設(shè)計(jì)流程：由于采用 FDTD 技術(shù)及硬件加速技術(shù)，可以進(jìn)行快速 寬帶仿真。得到遠(yuǎn)場分析、增益、S 參數(shù)等結(jié)果。 最大程度逼近真實(shí)世界：AMDS 可以幫助工程師計(jì)算 SAR、溫度分析、功率/ 效率、HAC。 為每一個(gè)設(shè)計(jì)選擇最適當(dāng)?shù)姆抡婀ぞ撸喊步輦愄峁┱兹S仿真科技：集成 在 ADS 中的 Momentum 采用 MoM 算法，適合多層平面電路仿真；EMDS 也集成 在 ADS 中， 采用 FEM 算法， 適合對(duì)閉場三維任意結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿