FDTD シミュレーション: LTE アンテナのマッチングネットワークの最適化

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スマートフォンの PC ボードに LTE バンド動作用の簡易アンテナを追加 XFdtd また、マッチング回路は、複数の周波数帯域で動作するように調整されています。マッチング・ネットワーク内のコンポーネントは、システム効率を最大化するために選択されます。 

図1は、使用されているアンテナを示しており、これは中央から給紙される単純なストリップです。これは、動作モードがそれよりも複雑であるにもかかわらず、異なる「トップ」の長さの2つのバックツーバック反転 L アンテナとして考えることができます。図2は、直接給電する場合のこのアンテナのシステム効率を示し、パフォーマンス向上のためにマッチングが必要であることを示しています。
 

図 1: ネットワークが一致しない LTE アンテナ。

図 2: 一致しないアンテナのシステム効率。

携帯電話は、オペレータによって定義された複数の周波数帯域で動作することを意図しています。表1は、この例で必要な LTE バンドの概要を示しています。

 
表 1: 演算子によって定義された周波数帯域。

表 1: 演算子によって定義された周波数帯域。

 

最大限の電力伝達と効率を実現するために、フィードとアンテナの間に一致するネットワークが使用されます。設計基準の目標は、アンテナと一致回路を生成して、すべての動作帯域に対して少なくとも 65% の平均システム効率を提供することです。設計目標を満たすために、図3の整合回路が選択される。図4は XF のアンテナと整合回路を示し、図5は回路レイアウトをより詳細に示しています。

 

図 3: 一致するネットワークの概略

 

図 4: 一致するネットワークのレイアウト

図 5: 一致するネットワークレイアウトの詳細。

この場合の目標は、このモバイルデバイスのマッチング回路で使用することができ、ムラタが製造した実際のコンデンサとインダクタのセットを見つけることです。このアプリケーションと物理回路レイアウトからの概算サイズの要件に基づいて、0603サイズ (0.6 x 0.3 mm) の村田 GJM および GRM シリーズコンデンサは、LQP03TG、LQP03TN、LQP03TQ、および LQP03HQ シリーズのインダクタとともに選択され、候補コンポーネント。複数の異なるコンポーネントシリーズを使用しているため、複数のシリーズにわたってキャパシタンスとインダクタンス値の一部が繰り返されます。すべてのコンポーネントを正確に表現するために、回路最適化コンポーネントはチューナブル定義として指定され、ムラタの各コンポーネントは個別のデバイス定義で表されます。 

図 6: MDIF がインポートされた後のコンポーネント定義の1つ。

メモ: ムラタの各コンポーネントに対して s2p ファイルをインポートし、新しいデバイス定義を作成するのではなく、各シリーズの s2p データを MDIF ファイルにコンパイルして、チューナブル定義にインポートすることができます。XF は、図6に示すように、MDIF ファイル内の s2p データのセットごとに新しいデバイスを自動的に作成します。 

XF の回路要素オプティマイザ XF のフルウェーブ FDTD ソルバーを使用してシステムを特徴付けるために使用されます。各シリーズの最適な構成要素は、その特性に基づいて決定されます。この結果、選択した部品値とムラタの部品番号が表2に表示され、一致したアンテナの対応するシステム効率が、図7に示すように、不一致ケースと比較されます。

 

表 2: 最適な回路成分値。

 

図 7: マッチしたアンテナと一致しないもののシステム効率。

図 8: アンテナ、CEO、FDTD のシステム効率

回路最適化による結果をさらに検証するために、選択したムラタの各コンポーネントの対応するネットリストファイルをインポートして使用し、マッチング回路の各コンポーネントを定義し、FDTD シミュレーションを実行する。FDTD シミュレーションは図8に示すように回路最適化から見た結果を確認する.これで、適切な実際の回路部品のセットがわかったので、作業プロトタイプを構築し、実験室でアンテナ性能を測定して、シミュレーション結果を確認することができます。