產(chǎn)品設計生命周期中的射頻仿真

無論是在消費、汽車、醫(yī)療還是工業(yè)行業(yè)，最新的技術趨勢是將所有有線接口轉(zhuǎn)換為無線接口。這種接口從有線到無線的轉(zhuǎn)換提供了更大的靈活性和便利性，并提供全球訪問，而不是區(qū)域綁定的有線訪問。根據(jù)新的市場研究報告，預計到2023年，市場將從2018年的65.1億臺達到87.8億臺，2018年至2023年的復合年增長率為6.2%。

構建硬件產(chǎn)品本身是一個耗時且昂貴的過程。而設計無線產(chǎn)品需要適當?shù)?a target="_blank">天線類型規(guī)格選擇、放置和預防措施，以滿足預期的射頻測量。如果不這樣做，將增加上市時間、開發(fā)成本，并且可能需要多次旋轉(zhuǎn)。將其添加到最新的物聯(lián)網(wǎng)應用中需要產(chǎn)品更加緊湊，其中嵌入了多個RF解決方案，這將使RF和產(chǎn)品設計的復雜性更上一層樓，并在產(chǎn)品設計中增加風險。

在實際原型上進行傳統(tǒng)的天線性能測量可以在一定程度上解決目的，即（一個或兩個）RF天線數(shù)量有限且產(chǎn)品復雜度低。在產(chǎn)品中具有小尺寸、高復雜性和特定射頻性能標準的多個天線不遵循這種方法。與許多情況一樣，所選的RF天線解決方案無法按預期工作，這可能會縮短上市時間并增加開發(fā)成本。

為了解決這一障礙，設計人員尋求優(yōu)化產(chǎn)品設計流程和開發(fā)成本，同時考慮RF解決方案的復雜性。RF仿真是一種可以消除這種額外風險負擔的解決方案。

RF仿真是巨大的，隨著其仿真復雜性和方法的考慮而增長。有多個模擬器軟件，如HFSS，CST，AD等，應根據(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RF天線設計/仿真。設計人員需要將這種RF天線仿真有效地集成到其產(chǎn)品設計方法、方法和驗證階段，以獲得最大收益。

對產(chǎn)品設計的需求變得越來越復雜，產(chǎn)品設計師/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計感到困惑。新的仿真細節(jié)和數(shù)據(jù)需要新的產(chǎn)品設計管理技術。

從根本上說，射頻天線設計/仿真驗證了產(chǎn)品選項，還有助于在產(chǎn)品在設計周期中不斷發(fā)展時選擇正確的操作。因此，硬件產(chǎn)品設計和射頻天線設計之間的聯(lián)系表明，如何將射頻設計階段包含在產(chǎn)品開發(fā)周期階段中。

概念驗證

概念驗證（POC）階段從沒有任何機械模型的產(chǎn)品的基本概念開始。所需的詳細信息包括產(chǎn)品用例、天線要求、估計的 PCB 尺寸、主要金屬部件（如果有）、材料詳細信息和所需的產(chǎn)品尺寸。使用簡化的機械模型進行仿真，該模型將提供有關可行和不可行算法的詳細信息。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)務案例和產(chǎn)品規(guī)范。

預仿真

完成 POC 階段后，硬件要求規(guī)范和系統(tǒng)架構將最終確定。預仿真是使用機械工程師設計的最新/更豐富的模型完成的。此階段可能需要多次迭代，直到天線解決方案完成。此外，此階段還將提供多個天線產(chǎn)品中不同天線解決方案的最小距離、位置和方向。該相位應確保產(chǎn)品中的其余變化不會影響RF天線解決方案。預仿真階段是整個RF天線仿真階段的主要階段。

模擬

原理圖和布局設計完成后，仿真或虛擬測試階段開始。屆時，原型的機械外殼也將最終確定。因此，該模擬是在功能齊全/極其詳細的機械模型上進行的。需要精確的外殼、機械部件屬性和材料細節(jié)，以獲得確切的細節(jié)，這將有助于獲得更準確的射頻仿真結果。此外，它還需要優(yōu)化RF性能，并測試附近機械，金屬和PCB布局變化的可能影響。在這里，RF仿真的準確性取決于準確且定義明確的細節(jié)，這有助于獲得最終產(chǎn)品中可能存在的風險并提前做好準備。

驗證

一旦原型板準備就緒并完成啟動測試，驗證階段就開始了。盡管仿真要求精度很高，但它始終需要通過物理測量來驗證仿真結果。還需要排除人為錯誤，并提供正確的模擬細節(jié)。在預仿真和仿真階段，額外的合并濾波器將需要在驗證階段進行調(diào)整以獲得最佳性能。射頻天線測量的驗證階段將填補射頻天線產(chǎn)品設計的剩余空白。

在這個完整的RF天線仿真設計階段，需要考慮多個參數(shù)，并確保設計/仿真RF天線解決方案滿足其要求。參數(shù)包括天線類型、天線位置、方向、設計多個天線時的天線隔離、回波損耗、駐波比、增益、帶寬、輻射效率、平面圖的影響、附近部件對輻射方向圖的影響。

如上所述，將射頻天線設計/仿真集成到硬件產(chǎn)品中將有助于有效地設計復雜的射頻天線產(chǎn)品。它從初始需求階段開始逐步降低射頻風險，以避免產(chǎn)品在后期階段出現(xiàn)主要障礙。產(chǎn)品所有者可以根據(jù)仿真結果做出主動決策，而不是實際承擔風險。

審核編輯：郭婷