[Optenni Lab] 무선 주파수 설계 자동화 소프트웨어 플랫폼


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모바일 장치 또는 기타 전기적 소형 장치용 안테나를 설계할 때 안테나 작동은 일치하는 회로로 튜닝되어 안테나가 원하는 주파수 대역에서 작동하도록 합니다. 일반적으로 임피던스 매칭의 목표가 임피던스 불일치로 인해 안테나에서 반사되는 전력의 최소화라고 오해하곤 합니다. 사실상 모든 일치 회로에 손실이 포함되어 있기 때문에, 이러한 손실은 안테나 효율을 희생시키면서 임피던스 매칭을 더 잘 달성하는 데 도움이 될 수 있습니다. 본 글에서는 안테나 시스템의 다양한 손실 메커니즘을 조사하고 복사 성능을 최적화할 수 있는 방법을 설명합니다. 플롯과 최적화 결과는 Optenni Lab RF(Radio Frequency) Design Automation 소프트웨어에서 얻었습니다.

다음 예를 보겠습니다. 그림 1은 일치하지 않는 안테나의 전력 균형을 보여줍니다. 임피던스 불일치로 인해 대부분의 전력이 증폭기로 다시 반사됩니다. 안테나의 복사 효율은 64.7%이지만 전력 반사로 인해 복사 전력은 16.2%에 불과합니다.


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그림 1. 일치하지 않는 안테나의 전력 균형

3개의 부품 매칭 회로를 추가하겠습니다. 그림 2에서는 주파수 범위에서 임피던스 불일치가 최소화되었을 때의 결과를 보여줍니다(한 주파수에서는 임피던스와 정확히 일치할 수 있지만 대부분의 안테나는 일부 주파수 대역 내에서 모두 작동이 가능해야 합니다). 우리는 칩 인덕터와 캐패시터의 실제적인 공급 모델을 매칭 회로에 사용합니다. 이 경우 반사된 전력은 다소 작지만 사용 가능한 전원의 3분의 1 이상이 일치하는 회로의 손실 공진에 의해 흡수됩니다.


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그림 2. 주파수 대역에서 반사가 최소화 된 안테나의 전력 균형

마지막으로, 주파수 대역에서 최소 효율을 극대화하기 위해 매칭 회로가 최적화 된 경우를 고려합니다. 이제 반사 전력과 부품 손실의 균형을 맞춰 복사 전력을 최대화하는 솔루션을 얻었습니다.


Figure3
그림 3. 주파수 대역에서 최소 효율이 극대화되는 안테나의 전력 균형

두 번째 예에서는 안테나에 튜닝 구성요소 또는 스위치를 배치할 수 있는 이른바 애퍼쳐 튜닝 포트가 있습니다. 매칭 회로 설계를 위해서, Altair Feko와 같은 전자기 시뮬레이터의 다음 데이터가 필요합니다.
1. 시뮬레이션 포트 간의 임피던스 및 커플링을 설명하는 2 x 2 크기의 주파수 종속 S 매개 변수 매트릭스.
2. 한 번에 한 포트가 여기되고 다른 포트는 50Ω 부하로 종료되는 각 포트의 복사 패턴

위 데이터를 바탕으로 Optenni Lab은 매칭 회로와 애퍼쳐 포트의 구성 요소를 변경할 때 안테나 및 회로 응답을 계산합니다.

먼저 애퍼쳐 포트가 열려있는 경우를 고려합니다. 그림 4는 안테나의 열악한 복사 효율로 인해 대부분의 전력이 흡수되는 전력 균형을 보여줍니다.


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그림 4. 애퍼쳐 포트가 열려있는 안테나의 전력 균형

다음으로, 복사 전력을 최대화하기 위해 코일을 애퍼쳐 포트에 배치하고 매칭 회로와 함께 코일의 값을 최적화합니다(즉, 원하는 대역에 대한 최소 효율 극대화). 코일의 영향으로 복사 효율이 향상되어 총 복사 전력이 향상되지만, 개구부 구성 요소에서도 일부 구성 요소 손실이 발생합니다(커플링 손실로 표시됨).


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그림 5. 애퍼쳐 포트의 인덕터 값과 매칭이 최적화된 안테나의 전력 균형

그림 6과 7은 Optenni Lab의 애퍼쳐 튜너블 안테나 시스템과 최적화된 회로의 최적화 설정을 보여줍니다.


Figure6
그림 6. 애퍼쳐 튜너블 안테나 시스템에 대한 Optenni Lab의 최적화 설정


Figure7
그림 7. 애퍼쳐 튜너블 안테나 시스템에 대한 Optenni Lab의 최적화 결과

시뮬레이션 관점에서 복사 효율은 다른 전자기 시뮬레이션을 실행할 필요없이 Optenni Lab에서 계산되었습니다. 꽤 복잡한 일이지만 원래의 복사 패턴과 S 매개 변수에 대한 지식을 통해 모든 포트 종단과 매칭, 여기에 대한 복사 패턴을 재결합하여 결합된 복사 패턴과 효율을 얻을 수 있습니다.

더 자세한 정보는 (여기)에서 확인하실 수 있습니다.

작성자: Jussi Rahola(Optenni Ltd CEO)
Optenni의 주요 제품인 Optenni Lab™은 자동 정합 회로 합성 및 최적화, 능동 임피던스 제어를 통한 안테나 어레이 빔 포밍 및 다양한 평가 기능을 갖춘 선도적인 RF 설계 자동화 소프트웨어 플랫폼입니다. Optenni Lab은 주요 EM 도구와 연결되며 일반적으로 튜너블 또는 기타 다중 대역 안테나 시스템 및 위상 배열 설계에 적용됩니다. Optenni Lab RF 설계 자동화 소프트웨어는 Altair Partner Alliance를 통해 제공됩니다.

원문은 (여기)에서 만나보실 수 있습니다.

감사합니다.
한국알테어

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