優化LTE天線的匹配網路設計

在XFdtd智慧手機的PC板上添加了一個用於LTE頻帶操作的簡單天線， 匹配電路被調諧用於多頻段中工作。 選擇匹配網路中的元件以最大化系統效率。

用於LTE頻帶操作的簡單天線被添加到XFdtd中的智慧手機的PCB板中， 並且匹配電路被調諧用於能夠在多個頻段中工作。 選擇匹配網路中的元件以最大化系統效率。

圖1顯示了正在使用的天線， 這是一個偏離中心的簡單饋線。 它可以被認為是兩個不同“頂部”長度的背靠背的倒L型天線， 雖然實際工作模式可能會比這更複雜。 圖2顯示了直接饋電時該天線的系統效率，

圖1：沒有匹配網路的LTE天線。

圖2：沒有匹配的天線的系統效率。

智慧手機旨在通過運營商定義的多個頻段工作。 表1列出了本例所需支持的LTE頻段。

表1：運營商定義的頻段。

為了提供最大的功率傳輸和天線輻射效率， 信號饋電的傳輸線和輻射天線單元之間採用了匹配網路。 設計標準的目標是生成一個與天線匹配的電路， 使天線輻射單元能夠在所有的工作頻帶上提供至少65％的平均系統輻射效率。 為了滿足設計目標， 選擇圖3的匹配電路。 圖4顯示了XF中的天線和匹配電路， 圖5更詳細地顯示了電路佈局。

圖3：匹配網路示意圖

圖4：匹配網路的佈局。

圖5：匹配網路佈局的細節

這種情況下的目標是找到一套由村田（Murata）製造的可用於此移動設備匹配電路的實際電容器和電感器。 基於此應用以及我們物理電路佈局的近似尺寸要求， 選擇0603尺寸（0.6 x 0.3 mm， 實際應用中電感電容的尺寸也可以比這個更小）的Murata GJM和GRM系列電容器以及LQP03TG， LQP03TN， LQP03TQ和LQP03HQ系列電感器作為候選元件。 因為我們使用幾個不同的元件系列，所以一些電容和電感值在多個系列中重複使用。為了準確地表示所有元件，電路優化元件被指定為可調整的參數定義，並且每個村田（Murata）元件都由單獨的器件定義來表示。

注意：不是每次為每個村田（Murata）器件元件導入一個.s2p檔，並且每次創建一個新的器件定義，每個器件系列的s2p資料都可以編譯為可導入到可調節定義的MDIF檔中。然後，XF將自動為MDIF檔中的每組s2p資料創建一個新設備，如圖6所示。

圖6：MDIF導入後的元件定義之一

XF的電路元件優化器用於使用XF的全波FDTD求解器的表徵系統。根據該特性確定每個系列的最佳元件。因此，表2中提供了選定的元件值及其村田（Murata）器件編號，並將匹配天線的相應系統效率與不匹配的情況進行比較，如圖7所示。

表2：最佳電路元件值及其相應的村田（Murata）PN號

圖7：匹配和不匹配天線的系統效率

為了進一步驗證電路優化的結果，導入了每個選定村田（Murata）元件的相應網表檔，並用它們來定義匹配電路中的每個元件，並運行FDTD模擬模擬。 FDTD模擬證實了我們從電路優化中看到的結果，如圖8所示。現在已知一組合適的實際電路器件元件，因此可以構建工作原型，並可以在實驗室中測量天線性能以確認模擬結果。

圖8：匹配天線的系統效率

圖9、實際應用中的手機天線

圖10、實際應用中的手機天線

（完）

注意：不是每次為每個村田（Murata）器件元件導入一個.s2p檔，並且每次創建一個新的器件定義，每個器件系列的s2p資料都可以編譯為可導入到可調節定義的MDIF檔中。然後，XF將自動為MDIF檔中的每組s2p資料創建一個新設備，如圖6所示。

圖6：MDIF導入後的元件定義之一

XF的電路元件優化器用於使用XF的全波FDTD求解器的表徵系統。根據該特性確定每個系列的最佳元件。因此，表2中提供了選定的元件值及其村田（Murata）器件編號，並將匹配天線的相應系統效率與不匹配的情況進行比較，如圖7所示。

表2：最佳電路元件值及其相應的村田（Murata）PN號

圖7：匹配和不匹配天線的系統效率

為了進一步驗證電路優化的結果，導入了每個選定村田（Murata）元件的相應網表檔，並用它們來定義匹配電路中的每個元件，並運行FDTD模擬模擬。 FDTD模擬證實了我們從電路優化中看到的結果，如圖8所示。現在已知一組合適的實際電路器件元件，因此可以構建工作原型，並可以在實驗室中測量天線性能以確認模擬結果。

圖8：匹配天線的系統效率

圖9、實際應用中的手機天線

圖10、實際應用中的手機天線

（完）