XFdtdでスマートフォンのPCボードにLTEバンド動作用のシンプルなアンテナを追加し、マッチング回路を複数の周波数帯で動作するように調整する。マッチングネットワークのコンポーネントは、システム効率を最大化するように選択されています。
図1は、使用されているアンテナで、中央から給電される単純なストリップである。動作モードはもっと複雑ですが、「トップ」の長さが異なる2つの背中合わせの逆L字アンテナと考えることができます。図2は、このアンテナに直接給電した場合のシステム効率を示しており、性能向上のためにはマッチングが必要であることを示しています。
図1：マッチングネットワークなしのLTEアンテナ。
図2：整合されていないアンテナのシステム効率。
携帯電話は、事業者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る。表1に、この例で必要となるLTE帯域の概要を示す。
ー表1事業者によって定義された周波数帯域。
最大限の電力伝送と効率を実現するため、給電とアンテナの間には整合回路が採用されている。設計基準の目標は、すべての動作帯域にわたって少なくとも65％の平均システム効率を提供するアンテナと整合回路を製造することです。設計目標を満たすために、図3の整合回路が選ばれています。図4はアンテナと整合回路をXFで示したもので、図5は回路レイアウトをより詳細に示したものです。
図3：マッチング・ネットワークの概略図。
図4：マッチングネットワークのレイアウト。
図5：マッチングネットワークのレイアウトの詳細。
この場合の目標は、このモバイル機器の整合回路に使用できる村田製作所製の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、物理的な回路レイアウトから得られるおおよそのサイズ要件に基づいて、村田製作所の0603サイズ（0.6×0.3mm）のGJMシリーズとGRMシリーズのコンデンサ、およびLQP03TG、LQP03TN、LQP03TQ、LQP03HQシリーズのインダクタを候補部品として選びました。複数の異なる部品シリーズを使用しているため、キャパシタンスとインダクタンスの値の一部は、複数のシリーズで繰り返されています。すべてのコンポーネントを正確に表現するため、回路最適化コンポーネントは調整可能な定義として指定され、村田製作所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インポート後のコンポーネント定義の1つ。
注：村田製作所の各コンポーネントについて1つの.s2pファイルをインポートし、毎回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、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Circuit Element Optimizerを使用し、XFの全波FDTDソルバーでシステムの特性評価を行う。その特性評価に基づいて、各シリーズから最適な部品が決定されます。その結果、選択された部品の値と村田製作所の部品番号が表2に示され、図7に見られるように、整合されたアンテナの対応するシステム効率が整合されていない場合と比較されます。
表2：最適な回路部品の値。
図7：整合アンテナと非整合アンテナのシステム効率。
図8：マッチド・アンテナ、CEO、FDTDのシステム効率。
回路の最適化で得られた結果をさらに検証するために，選択した村田製作所の各コンポーネントに対応するネットリスト・ファイルをインポートして，マッチング回路の各コンポーネントを定義するために使用し，FDTDシミュレーションを実行しました．FDTDシミュレーションでは、図8に示すように、回路最適化で得られた結果が確認されました。これで、適切な実回路部品一式が判明したため、実用的なプロトタイプを作成し、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。
