设计和仿真无线局域网设备天线

　　Momentum中使用的矩量法（MOM）仿真技术假设介质平面是无限大的。大多数应用都近似满足这样的条件。在必须考虑有限介质效应的情况下（如印刷偶极非常紧密地贴近PCB边缘时），可以通过全三维电磁场仿真工具，使用有限元方法（FEM）进行分析。图5显示了使用由Agilent EEs of EDA开发的电磁设计系统（EMDS）进行仿真的情形，将偶极子天线先后放置在与PCB边缘间隔5mm和2mm的位置，结果发现谐振频率发生了大约 100MHz的偏移。

图5 全三维电磁场仿真显示印刷偶极子天线在靠近PCB边缘时的效应。
将偶极子天线从距离PCB边缘5mm处移动到2mm处时，谐振频率向上偏移100MHz

图6 由于矩量法（MOM）计算中固有的无限大介质平面假设，因此矩量法计算出来的偶极子天线远场图显示在PCB平面方向上没有任何辐射。右侧为较精确的有限元方法（FEM）计算的远场图，如颜色渐变所示，其辐射功率的螺旋形分布更为平滑

　　图6中比较了Momentum和EMDS预测的偶极子天线远场辐射图。由于EMDS在计算过程中不需要假设无限PCB介质平面的条件，所以其预测的远场图比矩量法技术预测的远场图更精确（矩量法仿真的结果显示了在假设的无限PCB平面方向上没有任何辐射）。

　　将电路元件和天线一起进行协同仿真和协同优化

　　为了充分利用极化分集技术，可通过使用pin二极管构成的开关电路与偶极子天线连接，对偶极子天线进行导通和关闭。

　　其间我们必须考虑：

● 开关电路对整体天线性能的影响。
● 一个偶极子天线对另一个偶极子天线的影响。
● 对处于天线和收发信机之间的开关电路进行电 路匹配。

图7 电磁场与电路协同仿真可对双天线和开关电路一起进行分析和优化，还可以应用在DSP控制下的自适应天线匹配和波束成形上

　　通过使用先进设计系统（ADS）平台中集成的Momentum执行电磁场与电路协同仿真，可对上述因素进行分析。图7显示了双偶极子天线和开关电路的协同仿真设置，此处使用+5V或  -5V控制电压对接在每个偶极子天线之后的PIN二极管进行偏置来实现极化选择。图8显示了从两个双偶极子天线的共用馈电处得到的S11反射系数。

图8 极化分集偶极子天线的反射系数，包括了极化开关电路的效应

　　从现在开始，如果需要通过调整偶极子天线的几何尺寸和改变开关电路的参数来优化偶极子天线的共振频率或S11匹配，可以在ADS中执行电磁场与电路协同仿真。在软件定义无线电环境中，如单一天线必须能够在不同的频率和带宽上工作，同样可以使用类似的技术来设计在DSP控制下的自适应天线匹配或波束成形网络。它同样有助于对电容器矩阵进行切换的自适应开关电路，在手机与使用者相距不同距离时自适应电路通过切换不同的电容跟踪匹配不断变化的天线特性。