產(chǎn)品設(shè)計(jì)生命周期中的射頻仿真

無論是在消費(fèi)、汽車、醫(yī)療還是工業(yè)行業(yè)，最新的技術(shù)趨勢是將所有有線接口轉(zhuǎn)換為無線接口。這種從有線到無線的接口轉(zhuǎn)換提供了更大的靈活性、便利性，并提供了全球范圍的訪問，而不是受限于區(qū)域的有線訪問。根據(jù)新的市場研究報(bào)告，預(yù)計(jì)到 2023 年，市場將從 2018 年的 65.1 億臺增至 87.8 億臺，2018 年至 2023 年的復(fù)合年增長率為 6.2%。

構(gòu)建硬件產(chǎn)品本身就是一個耗時且成本高昂的過程。而設(shè)計(jì)無線產(chǎn)品需要適當(dāng)?shù)?a target="_blank">天線類型規(guī)格選擇、放置和預(yù)防措施，以滿足預(yù)期的射頻測量。不這樣做會增加上市時間和開發(fā)成本，并且可能需要多次旋轉(zhuǎn)。將此添加到最新的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序需要產(chǎn)品更緊湊，并嵌入多個射頻解決方案，這將使射頻和產(chǎn)品設(shè)計(jì)的復(fù)雜性更上一層樓，并為產(chǎn)品設(shè)計(jì)增加大量風(fēng)險。

在實(shí)際原型上進(jìn)行常規(guī)天線性能測量可以在一定程度上解決射頻天線數(shù)量有限（一個或兩個）和產(chǎn)品復(fù)雜度低的目的。在產(chǎn)品中具有多個小尺寸、高復(fù)雜性和特定射頻性能標(biāo)準(zhǔn)的天線不遵循這種方法。在許多情況下，所選的射頻天線解決方案無法按預(yù)期工作，這可能會縮短產(chǎn)品上市時間并增加開發(fā)成本。

為了克服這一障礙，設(shè)計(jì)人員在考慮射頻解決方案復(fù)雜性的情況下尋求優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程和開發(fā)成本。RF 仿真是一種可以消除這種額外風(fēng)險負(fù)擔(dān)的解決方案。

RF 仿真是巨大的，隨著其仿真復(fù)雜性和方法的考慮而不斷增長。有多種模擬器軟件，如 HFSS、CST、ADS 等，應(yīng)根據(jù)問題類型明智地使用。大多數(shù)情況下，HFSS 被選擇用于嵌入式解決方案的射頻天線設(shè)計(jì)/仿真。設(shè)計(jì)人員需要將這種射頻天線仿真有效地集成到他們的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法、方法和驗(yàn)證階段，以獲得最大的收益。

對產(chǎn)品設(shè)計(jì)的需求變得越來越復(fù)雜，產(chǎn)品設(shè)計(jì)師/經(jīng)理對如何在產(chǎn)品硬件開發(fā)階段有效地添加射頻天線設(shè)計(jì)感到困惑。新的模擬細(xì)節(jié)和數(shù)據(jù)需要新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)管理技術(shù)。

從根本上說，RF 天線設(shè)計(jì)/仿真驗(yàn)證了產(chǎn)品選項(xiàng)，還有助于隨著產(chǎn)品在設(shè)計(jì)周期中的發(fā)展選擇正確的操作。因此，硬件產(chǎn)品設(shè)計(jì)和射頻天線設(shè)計(jì)之間的聯(lián)系表明，射頻設(shè)計(jì)階段必須如何納入產(chǎn)品開發(fā)周期階段。

概念證明

概念驗(yàn)證 （POC） 階段從沒有任何機(jī)械模型的產(chǎn)品的基本概念開始。所需的詳細(xì)信息是產(chǎn)品用例、天線要求、估計(jì)的 PCB 尺寸、主要金屬部件（如果有）、材料詳細(xì)信息和所需的產(chǎn)品尺寸。使用簡化的機(jī)械模型進(jìn)行模擬，這將提供有關(guān)可行和不可行算法的詳細(xì)信息。稍后，只能在此階段確定主要障礙，這將有助于產(chǎn)品所有者創(chuàng)建更好的業(yè)務(wù)案例和產(chǎn)品規(guī)范。

預(yù)模擬

POC 階段完成后，硬件需求規(guī)范和系統(tǒng)架構(gòu)最終確定。預(yù)模擬是使用機(jī)械工程師設(shè)計(jì)的最新/更豐富的模型完成的。這個階段可能需要多次迭代，直到天線解決方案結(jié)束。此外，此階段還將提供多種天線產(chǎn)品中不同天線解決方案的最小距離、位置和方向。該階段應(yīng)確保產(chǎn)品中的其余更改不會影響射頻天線解決方案。預(yù)仿真階段是整個射頻天線仿真階段的主要階段。

模擬

一旦原理圖和布局設(shè)計(jì)完成，仿真或虛擬測試階段就開始了。到這個時候，原型機(jī)的機(jī)械外殼也將完成。因此，本次仿真是在全功能/極其詳細(xì)的力學(xué)模型上進(jìn)行的。需要準(zhǔn)確的外殼、機(jī)械部件屬性和材料細(xì)節(jié)，以獲得有助于獲得更準(zhǔn)確的射頻仿真結(jié)果的準(zhǔn)確細(xì)節(jié)。此外，它需要優(yōu)化射頻性能，并測試附近機(jī)械、金屬和 PCB 布局變化的可能影響。在這里，RF 模擬的準(zhǔn)確性取決于準(zhǔn)確且定義明確的細(xì)節(jié)，這些細(xì)節(jié)有助于了解最終產(chǎn)品中可能存在的風(fēng)險并提前做好準(zhǔn)備。

驗(yàn)證

一旦原型板準(zhǔn)備好并完成啟動測試，驗(yàn)證階段就開始了。盡管仿真聲稱精度很高，但始終需要通過物理測量來驗(yàn)證仿真結(jié)果。還需要排除人為錯誤并提供正確的模擬細(xì)節(jié)。在預(yù)模擬和模擬階段添加的附加過濾器將需要在驗(yàn)證階段進(jìn)行調(diào)整以獲得最佳性能。射頻天線測量的驗(yàn)證階段將填補(bǔ)射頻天線產(chǎn)品設(shè)計(jì)的剩余空白。

在這個完整的射頻天線仿真設(shè)計(jì)階段，需要考慮并確保設(shè)計(jì)/仿真射頻天線解決方案滿足其要求的多個參數(shù)。這些參數(shù)是天線類型、天線放置、方向、設(shè)計(jì)多個天線時的天線隔離、回波損耗、VSWR、增益、帶寬、輻射效率、地面規(guī)劃的影響、附近部件對輻射方向圖的影響。

如上所述將射頻天線設(shè)計(jì)/仿真集成到硬件產(chǎn)品中將有助于以有效的方式設(shè)計(jì)復(fù)雜的射頻天線產(chǎn)品。它從初始需求階段開始逐漸降低射頻風(fēng)險，以避免后期產(chǎn)品的主要障礙。產(chǎn)品所有者可以根據(jù)模擬結(jié)果做出主動決策，而不是實(shí)際承擔(dān)風(fēng)險。

審核編輯：郭婷