透過先進的天線設計與模擬技術,從概念到量產,為您的智慧終端與應用場景提供最佳化的無線性能方案。
天線是所有連網設備與無線系統的核心。從智慧手機、電腦、電子植入裝置、工業機械、汽車、火車到飛機與太空船,幾乎所有現代設備都內建天線,用於支援WiFi、藍牙、5G等通訊協議。隨著6G與衛星互聯網等新趨勢的興起,市場對創新天線設計與安裝的需求正日益增加。
天線的設計對於確保性能表現至關重要,其設計需滿足中心頻率、頻寬、效率與方向性/增益等規格。然而,天線的安裝位置同樣不容忽視,因為其平台環境可能對天線的實際性能產生重大影響。在複雜的真實環境中,訊號傳播可能導致覆蓋範圍問題,或引發無線電系統之間的共址干擾。
天線模擬技術可應用於天線開發和整合的各個階段,從初期設計到優化性能、滿足規格需求,再到評估實際安裝效能與射頻暴露情況。SIMULIA提供完善的天線合成(Antenna Synthesis)與電磁模擬工具,協助天線工程師應對各種應用需求,快速實現卓越設計與高效驗證。
除了天線本體,SIMULIA電磁模擬工具還可用於設計天線饋電(Feeds)及其它重要元件,例如調諧電路(Tuning Circuits)、濾波器、多工器(Multiplexers)和波導結構(Waveguides)。如需了解更多,請參考「微波/射頻濾波器和元件模擬」。
無線系統的成功始於選擇合適的天線。面對種類繁多的天線類型,以及不斷出現的新設計,要找到最適合的天線並非易事。SIMULIA Antenna Magus是一款專業工具,可幫助使用者搜索並探索天線資料庫,快速篩選出符合需求的設計方案。
SIMULIA Antenna Magus的設計嚮導功能可以根據規格和尺寸,自動推薦適合的天線類型,並生成指定頻率調諧的模擬模型。此外,其它SIMULIA工具,如CST Studio Suite、WASP-NET和Fest3D,也提供專業的設計自動化功能,特別適用於天線和饋電的專業應用。
天線設計可以在CST Studio Suite中進行3D建模與分析。使用者可以添加其它元素(如饋電)、修改材料、進行性能優化。模擬過程同時考慮了耦合和寄生效應,並可計算天線的KPI,例如遠場輻射圖、方向性、增益與S參數。此外,還可針對5G等特殊應用計算特定指標。還可以導出近場數據作為天線放置模擬的輸入源。
CST Studio Suite的陣列嚮導可幫助快速構建天線陣列模擬,覆蓋從單元設計到無限陣列優化,再到有限3D陣列模擬的全流程。即使是超大型陣列,也能透過高效能運算快速完成模擬。
天線通常是更大模組的一部分,其性能會受到饋電、天線罩、接地平面和其它元件的鄰近效應影響。透過模擬,可以針對因安裝而引起的阻抗不匹配設計匹配電路,並計算出最佳調諧電路值,確保天線性能達到最佳狀態。
在太空等高功率真空應用中,饋電元件面臨了多次電子放電(Multipactor)與電暈效應(Corona Effects)的潛在風險,這些現象可能會導致損壞或性能下降。透過模擬技術可預測這些失效模式,包括熱效應,以確保饋電元件在發射後能夠安全運行。
天線所安裝的平台可能反射、繞射或吸收電磁波,進而影響天線性能。此外,天線與平台金屬結構之間的耦合效應可能導致頻率失諧。無論平台是像筆記型電腦或智能手這類小型且複雜的裝置,還是像汽車、飛機或基地台這類電氣非常大的結構,模擬技術都可精準計算安裝後的性能表現,並協助找到理想的天線安裝位置。
可以模擬街道、辦公室和工廠等複雜環境,以計算真實場景中的多徑傳播和預期覆蓋範圍。還可以通過模擬來分析和緩解共站干擾和天線靈敏度降低。可以使用CST Studio Suite干擾任務分析天線系統之間的干擾,該任務突出了潛在的EMI風險並幫助工程師快速緩解這些風險。
任何具有發射功能的設備都必須經過多項安全法規認證,如電磁干擾(EMI)與人體射頻暴露規範。透過模擬,可在真實人體模型中計算射頻吸收比(SAR)及其它射頻暴露指標,比傳統測量更高效。
包括美國聯邦通訊委員會(FCC)在內的多個認證機構,已接受模擬數據作為測試數據的替代方案。藉由模擬技術建構並測試虛擬天線原型,與傳統實體原型相比,不僅節省時間與成本,還能快速應對設計問題並重新模擬,大幅降低後期測試失敗的風險。