產(chǎn)品設(shè)計(jì)生命周期中的射頻仿真

無(wú)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(shì)是將所有有線接口轉(zhuǎn)換為無(wú)線接口。這種接口從有線到無(wú)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(wèn)，而不是區(qū)域綁定的有線訪問(wèn)。根據(jù)新的市場(chǎng)研究報(bào)告，預(yù)計(jì)到2023年，市場(chǎng)將從2018年的65.1億臺(tái)達(dá)到87.8億臺(tái)，2018年至2023年的復(fù)合年增長(zhǎng)率為6.2%。

構(gòu)建硬件產(chǎn)品本身是一個(gè)耗時(shí)且昂貴的過(guò)程。而設(shè)計(jì)無(wú)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(cè)量。如果不這樣做，將增加上市時(shí)間、開(kāi)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(yīng)用中需要產(chǎn)品更加緊湊，其中嵌入了多個(gè)RF解決方案，這將使RF和產(chǎn)品設(shè)計(jì)的復(fù)雜性更上一層樓，并在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中增加風(fēng)險(xiǎn)。

在實(shí)際原型上進(jìn)行傳統(tǒng)的天線性能測(cè)量可以在一定程度上解決目的，即（一個(gè)或兩個(gè)）RF天線數(shù)量有限且產(chǎn)品復(fù)雜度低。在產(chǎn)品中具有小尺寸、高復(fù)雜性和特定射頻性能標(biāo)準(zhǔn)的多個(gè)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(wú)法按預(yù)期工作，這可能會(huì)縮短上市時(shí)間并增加開(kāi)發(fā)成本。

為了解決這一障礙，設(shè)計(jì)人員尋求優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程和開(kāi)發(fā)成本，同時(shí)考慮RF解決方案的復(fù)雜性。RF仿真是一種可以消除這種額外風(fēng)險(xiǎn)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增長(zhǎng)。有多個(gè)模擬器軟件，如HFSS，CST，AD等，應(yīng)根據(jù)問(wèn)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(shè)計(jì)/仿真。設(shè)計(jì)人員需要將這種RF天線仿真有效地集成到其產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法、方法和驗(yàn)證階段，以獲得最大收益。

對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的需求變得越來(lái)越復(fù)雜，產(chǎn)品設(shè)計(jì)師/經(jīng)理對(duì)如何在產(chǎn)品硬件開(kāi)發(fā)階段有效地添加射頻天線設(shè)計(jì)感到困惑。新的仿真細(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(shuō)，射頻天線設(shè)計(jì)/仿真驗(yàn)證了產(chǎn)品選項(xiàng)，還有助于在產(chǎn)品在設(shè)計(jì)周期中不斷發(fā)展時(shí)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，如何將射頻設(shè)計(jì)階段包含在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期階段中。

概念驗(yàn)證

概念驗(yàn)證（POC）階段從沒(méi)有任何機(jī)械模型的產(chǎn)品的基本概念開(kāi)始。所需的詳細(xì)信息包括產(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(jiǎn)化的機(jī)械模型進(jìn)行仿真，該模型將提供有關(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)仿真

完成 POC 階段后，硬件要求規(guī)范和系統(tǒng)架構(gòu)將最終確定。預(yù)仿真是使用機(jī)械工程師設(shè)計(jì)的最新/更豐富的模型完成的。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(gè)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(yīng)確保產(chǎn)品中的其余變化不會(huì)影響RF天線解決方案。預(yù)仿真階段是整個(gè)RF天線仿真階段的主要階段。

模擬

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

驗(yàn)證

一旦原型板準(zhǔn)備就緒并完成啟動(dòng)測(cè)試，驗(yàn)證階段就開(kāi)始了。盡管仿真要求精度很高，但它始終需要通過(guò)物理測(cè)量來(lái)驗(yàn)證仿真結(jié)果。還需要排除人為錯(cuò)誤，并提供正確的模擬細(xì)節(jié)。在預(yù)仿真和仿真階段，額外的合并濾波器將需要在驗(yàn)證階段進(jìn)行調(diào)整以獲得最佳性能。射頻天線測(cè)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(gè)完整的RF天線仿真設(shè)計(jì)階段，需要考慮多個(gè)參數(shù)，并確保設(shè)計(jì)/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(shè)計(jì)多個(gè)天線時(shí)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(duì)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)品中將有助于有效地設(shè)計(jì)復(fù)雜的射頻天線產(chǎn)品。它從初始需求階段開(kāi)始逐步降低射頻風(fēng)險(xiǎn)，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(jié)果做出主動(dòng)決策，而不是實(shí)際承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)。

審核編輯：郭婷