El software de simulación electromagnética 3D XFdtd analiza estructuras de antenas y circuitos de adaptación mediante el método de simulación de onda completa en el dominio temporal por diferencia finita (FDTD ). El optimizador de elementos de circuito de XF utiliza el análisis de onda completa para seleccionar los valores de los componentes para un determinado diseño de placa de circuito impreso (PCB). El proceso de selección se guía por los objetivos de eficiencia de radiación o parámetros S definidos por el usuario y mantiene la precisión teniendo en cuenta todos los fenómenos EM que afectan a la estructura del circuito de adaptación, como el acoplamiento entre el metal de la antena y las trazas cercanas de la placa de circuito impreso.
XF simula elementos de circuito ideales que se conectan directamente a la malla de simulación EM. Los elementos del circuito se simulan en el dominio del tiempo junto con la simulación EM. Además de las fuentes de excitación de tensión discretas y las resistencias de terminación, estos componentes de circuito pueden ser componentes de adaptación de antena, como condensadores e inductores. Estos componentes no se separan de la simulación EM en un esquema de circuito ideal durante la simulación; permanecen en su lugar en la geometría del diseño EM. Como resultado, la simulación de los componentes del circuito tiene en cuenta las pérdidas en el trazado de la señal, la inductancia de la vía, los caminos de retorno a tierra y los efectos de la línea de transmisión detectados por la simulación EM FDTD de onda completa.
Se optimizarán los elementos de circuito agrupados conectados directamente en la malla FDTD.
Basándose en la capacidad de XF para simular elementos de circuito lumped conectados directamente a la malla EM, el Optimizador de Elementos de Circuito de XF determina los mejores valores de componentes basándose en los siguientes objetivos:
Eficacia de la radiación
Eficacia del sistema
Parámetros S
Utilizando la simulación EM de onda completa con los elementos del circuito de adaptación en su lugar, XF caracteriza el sistema y ejecuta una optimización sin mover los componentes a un entorno diferente ni añadir tierras ideales. XF no simula la estructura EM con cada iteración de la optimización. En su lugar, la estructura EM permanece estática, con todas las interacciones EM tenidas en cuenta, mientras se optimizan los componentes del circuito conectados a ella.
El optimizador es capaz de determinar valores óptimos para los siguientes tipos de componentes de circuito:
Resistencia fija, condensador, inductor
Resistencia ideal, condensador, inductor
Condensador realista, inductor con resistencia en serie equivalente definida por el usuario.
Circuitos integrados pasivos sintonizables (PTIC o "sintonizadores")
Cada componente puede adoptar una gama discreta de valores, que representan las piezas disponibles de un proveedor de componentes.
Para el diseño de circuitos y sistemas de antenas de alta frecuencia y alto rendimiento, la simulación EM se utiliza para ver los complejos y múltiples mecanismos de acoplamiento electromagnético, los efectos de las líneas de transmisión y las rutas de corriente de retorno a tierra que afectan y limitan el rendimiento. Al dejar los elementos del circuito en su lugar definitivo en el diseño del circuito o sistema de antena, XF incluye esos efectos EM en los componentes del circuito incluso cuando se están optimizando. No hay necesidad de mover los componentes del circuito a un esquema de circuito idealizado donde estos efectos de acoplamiento y línea de transmisión se pierden. El optimizador de elementos de circuito de XF utiliza toda la información EM disponible para llegar a la mejor coincidencia optimizada posible. Esta capacidad es especialmente popular en aplicaciones complicadas y de alto rendimiento, como los teléfonos móviles, donde la optimización de XF puede incluso tener en cuenta el efecto de la cabeza o la mano de un usuario de teléfono móvil en el rendimiento de la antena.
La optimización del circuito de onda completa tiene en cuenta el acoplamiento de campo entre la antena y la red de adaptación.
El proceso suele comenzar con el diseño y la simulación EM de una estructura de antena. Una vez determinada la impedancia compleja que mira hacia la antena a partir de la simulación EM, se puede elegir una topología de red de adaptación y asignar los valores de los componentes candidatos. A continuación, se establece el circuito de adaptación en el diseño, incluidos todos los detalles de interconexiones, vías y pastillas. Puede tratarse de una placa de circuito impreso que alimente la antena o de componentes de circuito fijados a la base de la antena o a otra estructura cercana. Una vez definidas la estructura de adaptación y las ubicaciones de los elementos de circuito, se utiliza el Optimizador de Elementos de Circuito para caracterizar el sistema y seleccionar los valores óptimos de los componentes. Utilizando los objetivos definidos por el usuario y los valores permitidos para cada componente, el Optimizador de Elementos de Circuito determina qué valores de componentes se ajustan mejor a los objetivos. Como validación, los componentes elegidos pueden introducirse en una simulación FDTD de onda completa final o puede construirse y probarse un prototipo físico en el laboratorio.