Antenna Magus 天線設計流程
Antenna Magus 是用于加速天線設計和建模過程的軟件工具。包含350多個經過驗證的天線數據庫,用戶只需輸入天線指標,便能在幾分鐘內得出滿足要求的參數化天線模型,且模型支持導出到CST中做精確仿真。無論對天線設計工程師,還是使用天線模型的電磁兼容工程師以及研究天線布局的系統工程師來說,Magus天線庫都是一個極其有用的工具。
下圖是Magus的工作界面。主要包含天線性能指標、天線結構參數、3D模型、天線背景理論(包含引用文獻)、天線性能(阻抗、遠場)等。
接下來,我們通過Antenna Magus設計一款WIFI天線來展示其工作流程。
Antenna Magus 的一般工作流程如下:
o檢索天線
o設計天線
o評估性能
o輸出仿真模型到CST
一、檢索天線
方法1:從Quick Start,跟隨Specification指引,找到滿足一定規范的天線。
方法2:直接用Find 模式,輸入關鍵詞(名稱、帶寬、輻射特性等)檢索天線。
該案例采用第一種方法進行天線檢索。
Magus 篩選了37個符合規范要求(小型化、容易集成、WLAN 2.45GHz頻段)的天線,作為備選方案供用戶選擇。
我們可以在Edit Specification中添加更多指標來約束備選天線,比如輸入阻抗、輻射方式、天線尺寸等。這里我們輸入天線尺寸作為一個約束條件。
接下來,我們挑選幾個不同類型的天線到Collection面板中,進一步研究天線性能。這里,我們選擇了終端天線中常見的四種類型:Monopole,Patch,Loop,PIFA。
在Collection面板中選中天線,可以預覽該天線的物理參數( 尺寸、3D模型等) 以及該類型天線的工作原理&設計指導。在3D模型界面,由于增加了尺寸約束,軟件會自動標注天線X Y Z三個維度的總體尺寸,并判斷是否符合要求。綠色框顯示滿足約束。
按照同樣方式預覽四個天線,發現其中Monopole天線 和 PIFA天線符合空間要求,Patch天線遠大于約束尺寸(該方案淘汰),而Loop天線臨近滿足要求。對于Loop天線,為了能讓其滿足尺寸要求,我們需要重新設計&調整天線。
二、設計天線
由于我們是在Specification指引下檢索天線,所以軟件給出的備選方案已經考慮了WIFI天線的設計指標,比如在2.4GHz附近都有諧振。(PS:如果是直接用Find模式檢索天線,在天線設計環節,需要手動指定頻率、帶寬等內容)
默認參數的Loop天線尺寸過大,不滿足要求。為了做到天線尺寸小型化,可以適當增加天線支架的介電常數&選擇更高的諧振頻率。經過細微調整,天線尺寸已經符合空間要求。(PS:設計天線這一環節,可以調整參數很多。除了頻率、帶寬、材料外,用戶同樣可以調整所有參數化的尺寸)
三 評估計算
Antenna Magus一旦設計好了天線,就可以對其性能進行評估。不同于CST等電磁仿真的全波求解,在天線Magus中,強調的是在短時間內的給出粗略的結果。通常1-2分鐘就可得到天線的阻抗、駐波、S參數等曲線參數,以及遠場方向圖。
為了方便分析天線結果,軟件支持把不同天線放一起對性能進行快速比較(這個功能方便天線選型)。我們把剛挑選的Monopole、PIFA、以及重新設計的Loop天線添加到對比面板中:
通多對三個備選天線的對比,可以看到在2450Mzh處,都有明顯諧振。而Loop&PIFA在高頻存在多模。
我們可以進一步對比其它參數,比如低于-6dB的帶寬。下圖可見,該Loop天線帶寬明顯大于備選的Monopole和PIFA天線。
四、導出模型到CST
Antenna magus設計好的天線可以直接導入CST進行更精確的仿真&分析。導出的天線模型已經自動完成了CST的仿真設置,如算法、激勵、網格、邊界等。用戶直接運行CST即可得到更準確的結果。。
通常情況,CST和Antenna magus結果偏差不會很大。細微的頻偏也可通過參數掃描或者優化進行快讀調諧(導入CST的模型是參數化模型)。特別的,對于該案例中的Loop天線,Antenna Magus計算的結果和CST T_solver仿真結果高度一致,有興趣的同學可以驗證下。