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En XFdtd se añade a la placa de un smartphone una antena sencilla para operar en la banda LTE y se sintoniza el circuito de adaptación para operar en varias bandas de frecuencia. Los componentes de la red de adaptación se eligen para maximizar la eficiencia del sistema.
La figura 1 muestra la antena utilizada, que es una simple tira alimentada fuera del centro. Se puede considerar como dos antenas L invertidas espalda con espalda de diferentes longitudes "superiores", aunque los modos de funcionamiento son más complicados que eso. La figura 2 muestra la eficiencia del sistema para esta antena cuando se alimenta directamente y demuestra que la adaptación es necesaria para mejorar el rendimiento.
Figura 1: Antena LTE sin red de adaptación.
Figura 2: Eficacia del sistema de antena no emparejada.
Los teléfonos móviles están pensados para funcionar en varias bandas de frecuencia definidas por un operador. En la Tabla 1 se indican las bandas LTE necesarias para este ejemplo.
Cuadro 1. Bandas de frecuencias definidas por el operador Bandas de frecuencia definidas por el operador.
Para conseguir la máxima transferencia de potencia y eficacia, se utiliza una red de adaptación entre el alimentador y la antena. El objetivo de los criterios de diseño es producir una antena y un circuito de adaptación que proporcionen una eficacia media del sistema de al menos el 65% en todas las bandas de funcionamiento. Para satisfacer los objetivos de diseño, se ha elegido el circuito de adaptación de la figura 3. La Figura 4 muestra la antena y el circuito de adaptación en XF y la Figura 5 muestra la disposición del circuito con mayor detalle.
Figura 3: Esquema de la red de correspondencia.
Figura 4: Esquema de la red de correspondencia.
Figura 5: Detalles del trazado de la red de correspondencia.
El objetivo en este caso es encontrar un conjunto de condensadores e inductores reales fabricados por Murata que puedan utilizarse en el circuito de adaptación de este dispositivo móvil. Basándonos en esta aplicación y en los requisitos de tamaño aproximados de nuestro diseño físico del circuito, elegimos como componentes candidatos los condensadores de las series GJM y GRM de Murata en tamaño 0603 (0,6 x 0,3 mm), junto con los inductores de las series LQP03TG, LQP03TN, LQP03TQ y LQP03HQ. Debido a que estamos utilizando varias series de componentes diferentes, algunos de los valores de capacitancia e inductancia se repiten a través de múltiples series. Para representar con precisión todos los componentes, los componentes de optimización del circuito se especifican como una definición sintonizable y cada componente Murata se representa mediante una definición de dispositivo independiente.
Figura 6: Una de las definiciones de componentes una vez importado el MDIF.
Nota: En lugar de importar un único archivo .s2p para cada componente Murata y crear una nueva definición de dispositivo cada vez, los datos s2p de cada serie se pueden compilar en un archivo MDIF que se puede importar a la definición sintonizable. XF creará entonces automáticamente un nuevo dispositivo para cada serie de datos s2p en el archivo MDIF, como se muestra en la Figura 6.
El optimizador de elementos de circuito de XF se utiliza para caracterizar el sistema mediante el solver FDTD de onda completa de XF. Los componentes óptimos de cada serie se determinan basándose en esa caracterización. Como resultado, los valores de los componentes elegidos y sus números de parte Murata se proporcionan en la Tabla 2 y la eficiencia del sistema correspondiente para la antena emparejada se compara con el caso no emparejado, como se ve en la Figura 7.
Tabla 2: Valores óptimos de los componentes del circuito.
Figura 7: Eficacia del sistema de antena adaptada y no adaptada.
Figura 8: Eficiencia del sistema de antena adaptada, CEO y FDTD.
Para validar aún más los resultados de la optimización del circuito, se importan los archivos netlist correspondientes para cada uno de los componentes Murata elegidos y se utilizan para definir cada componente en nuestro circuito de adaptación, y se ejecuta una simulación FDTD. La simulación FDTD confirma los resultados que vimos de la optimización del circuito, como se muestra en la Figura 8. Ahora que un conjunto de componentes del circuito real adecuado se conoce, un prototipo de trabajo puede ser construido y el rendimiento de la antena se puede medir en un laboratorio para confirmar los resultados de la simulación.